Розробка технології
одержання пористих керамічних матеріалів з використанням відходів переробки
бурого вугілля.
Беломеря Н.І., Мнускіна В.В.
(ДонДТУ)
Розглянуто можливість застосування напівкоксу - відходу
переробки бурого вугілля Олександрійського родовища для одержання
керамічних виробів з пористою структурою. Встановлені оптимальні кількості
добавок напівкоксу в керамічні маси, що дозволяють забезпечити технологічність
процесів і виконання регламентованих фізико-технічних показників пористих
матеріалів.
Виробництво керамічних будівельних матеріалів
як і раніше залишається пріоритетним напрямком промисловості, попит на які
не зменшується. У зв'язку зі складними економічними умовами і напруженою
екологічною обстановкою висунуті нові вимоги до розробки їх
виробництва, зокрема, вельми актуальне використання відходів різних
виробництв.
Аналіз літературних джерел показав, що в
виробництві керамічних виробів все болше застосування знаходять золи і шлаки
ТЕС, відходи вуглевидобутку і переробки вугілля та ін, присутність яких
сприяє отриманню виробів високої якості.
Метою даної роботи є розробка нового
напрями використання напівкоксу - продукту напівкоксування бурого вугілля
Олександрійського родовища - у виробництві виробів будівельної кераміки в
як вигорає добавки.
Введення напівкоксу до складу мас передбачає поліпшення
не тільки фізико-технічних властивостей будівельних матеріалів, але й економію
значної кількості технологічного палива на випалювання цих виробів.
Відомо, що використання шахтних порід як вигорає добавки
дозволяє виробляти випал за рахунок тепла, що виділяється при їх згорянні, а
надлишок тепла відводити на сушку.
напівкокс, отриманий напівкоксування без доступу
повітря (нагрівання до 500-600 градусів С) бурого вугілля Олександрійського
родовища, має наступні характеристики (таблиця 1).
Таблиця 1. Усереднені показники якості напівкоксу
з бурого вугілля Олександрійського родовища,% мас
Характеристики
Значення
Волога на рядову масу W
4,1
Зола
- на суху масу Аd
45,7
- на рядову масу Аr
43,8
Сірка на рядову масу Sr
2.25
Елементарний склад
Сr
81,0
НR
1,9
Nr
0,83
Sr
9,1
Or
7,17
Однак напівкокс має й ряд недоліків: висока
зольність і підвищена серность. У зв'язку з підвищеною кількістю золи можна
очікувати зниження температури спікання матеріалу за рахунок присутності в ній
оксидів лужних та лужноземельних металів (R2O і Rо), які є
сильними плавнями. При випаленні виробів сірка утворює SО2 і SО3, які
забруднюють навколишнє середовище.
Використання напівкоксу в масах виробів будівельної
кераміки викликає неоходимо регулювання режиму випалу. Так як в процесі
випалення відбувається вигорання напівкоксу, неповне вигоряння вуглецю призводить до
утворення чорної серцевини виробів. Тому, щоб отримати вироби високої
якості необхідно здійснювати ізотермічну витримку при температурах
850-950 градусів С.
Незважаючи на деяке ускладнення процесів,
відбуваються при випаленні виробів з напівкокс, і на ряд його недоліків,
видається цікавим дослідити питання про вплив напівкоксу на властивості
будівельної кераміки.
Аналіз хімічного складу мінерального залишку
напівкоксу бурого вугілля Олександрійського родовища вказує на наявність
оксидів, що складають основу глинистих матеріалів. Дослідження кінетики втрати
маси напівкоксу в інтервалі температур 40-1000 градусів С показало, що
невигорающій залишок при максимальній температурі нагріву, відповідної
температурі випалу, що становить 15%.
Зовнішній вигляд прожарену залишку вказує на
невелике вміст оксидів заліза в напівкокс, так як залишок має
світло-бежевий колір з рожевим відтінком. У ньому міститься мала кількість
оксидів лужних та лужноземельних металів, оскільки пропечений залишок
являє собою сипучий порошок. Основу напівкоксу становлять оксиди
глинистих матеріалів: SiO2 і Al2O3 - дія яких проявляється при більш
високих температурах 1050-1100 градусів С. При цих температурах при постійній
масі напівкоксу перетворюється на скловидний розплав.
На першому етапі дослідження впливу добавок напівкоксу
на фізико-хімічні властивості керамічних мас були проведені попередні
експерименти з одержання пористих структур на основі глини Дзержинського
родовища.
все маси складалися з 95-70% глини, 5-30% напівкоксу з
кроком 5%. Зернистість частинок глини та напівкоксу складала менше 0,5 мм. Зразки
виготовлені методом напівсухого пресування (вологість 10%) і випалення проводили в
електричної муфельній печі при температурі 1050 градусів С.
Основні фізико-технічні характеристики зразків
визначали за стандартними методиками. Отримані результати представлені в
таблиці 2.
Таблиця 2. Основні фізико-технічні властивості
глинистих мас, що містять напівкокс
Зміст полукококса,%
Температура випалу,? С
Водопоглинання на холоду
Вх,%
Водопоглинання
при кип'ятінні Вк,%
Коефіцієнт морозостійкості, К
Відкрита поріс-тости, Потк,%
0
1050
14,80
14,80
1
27,62
5
13,88
15,06
0,92
27,96
10
16,85
17,11
0,98
29,59
15
19,03
20,56
0,93
33,41
20
28,29
28,86
0,98
41,99
25
33,34
34,55
0,96
46,53
30
41,94
44,52
0,94
52,08
Аналіз результатів попередніх досліджень
показав досить значне збільшення водопоглинання і пористості з
зростанням вмісту напівкоксу в зразках. Так, наприклад, при 30% вміст
напівкоксу відкрита пористість збільшується до 52%, а водопоглинання - до 42%.
Цей факт дозволив позначити області та перспективи
використання продукту напівкоксування бурого вугілля як вигорає
добавки, що забезпечує високу пористість при виготовленні легковагих
шамотних вогнетривів і пористої фільтрує кераміки.
Таким чином, результати попередніх досліджень
підтвердили припущення про шляхи використання напівкоксу бурого вугілля
Олександрійського родовища в якості паливовмісних добавки в
виробництві звичайного глиняної цегли, легковагих шамотних вогнетривів і
пористої фільтрує кераміки.
З даних таблиці 2 видно, що вимоги щодо
морозостійкості, що пред'являються до глиняному цеглі, не виконуються. Тому був
проведено відбір глин родовищ Донецької області, властивості яких
відповідали б усім вимогам, що пред'являються.
Знайдено, що для виготовлення керамічної цегли
підходять глини Нікіфоровський та Краматорського родовищ, а для зразків
шамотного легковагої вогнетривів - глина Волноваського родовища.
Основні фізико-технічні властивості керамічних
мас, що містять оптимальну кількість напівкоксу, наведені в таблиці 3.
Таблиця 3. Основні властивості мас, що містять
оптимальну кількість напівкоксу
Наймену-
вання матеріалу
Компоненти
Зміст компонентів,%
Температура випалу,? С
Водопогло-
щення В,%
Об.
поріс-
тости Потк,%
Удавана. щільність?,
г/см3
Коеф мороз-
ки, К
Пред.
ін-
ти при стисненні
Глиняна цегла
Глина краматорська напівкокс
95
5
1000
7,68
15,56
2,03
0,81
444
Глина нікіфорская напівкокс
90
10
1025
10,64
20,57
1,88
0,56
335
Шамотний легковагий Вогнетрив
Глина Волноваська
Шамот
напівкокс
43
37
20
1250
32,6
41,75
1,28
-
51
Шамотносі-
лікатний матеріал
Шамот
напівкокс
Понад 100%
Рідке скло
80
20
9
1150
40,29
49,12
1,22
-
-
Таким чином, показано, що напівкокс бурого вугілля
є цінним компонентом керамічних мас, який може використовуватися для
створення пористої структури в керамічних виробах різного призначення.
Список літератури
Для підготовки даної роботи були використані
матеріали з сайту http://masters.donntu.edu.ua
