Инновационная технология производства кирпича
Обновлено: 05.05.2024
Инновационная компания Watershed Materials из Калифорнии объявила о разработке технологии производства высокопрочного строительного кирпича с использованием геополимеров на основе природных минералов.
С помощью представленной технологии можно превращать обычную глину в надежные и прочные строительные блоки, которые являются альтернативой традиционным бетонным структурам. Согласно результатам тестов, образцы готового геополимерного материала, полученные Watershed Materials, продемонстрировали прочность, в два раза превышающую прочность обычного бетона, а также хорошую устойчивость к воде и агрессивным химическим средам.
Технология подразумевает использование процесса геополимеризации природных глинистых минералов, более экологически чистого, чем существующие технологии производства строительных материалов. Окраска конечного продукта – строительных кирпичей – тоже может быть самой различной, ведь она зависит от цвета сырья.
Геополимеры являются сравнительно новым материалом, который можно считать альтернативой портландцементу, используемому при производстве бетонов и кирпичей. До настоящего времени геополимеры изготавливались в основном из летучей золы, побочного продукта сгорания угля, или из доменного шлака, побочного продукта производства чугуна и стали.
Однако, эти промышленные отходы можно было получить только возле угольных электростанций и сталелитейных предприятий, и их было явно недостаточно для удовлетворения мирового спроса на геополимеры. Заменив летучую золу и шлак на глинистые минералы, инженеры из Watershed Materials добились активизации массового производства нужных в строительстве материалов.
Как заявляет компания, геополимеры являются более экологически чистыми, чем кирпич. Ведь в традиционном производстве кирпичей используются достаточно энергоемкие процессы, связанные с формовкой и последующим обжигом изделий для придания им прочности и стойкости к влаге.
Процесс геополимеризации, разработаннй Watershed Materials, меняет саму структуру глины, делая ее устойчивой к атмосферным явлениям и высоким нагрузкам.
Как сэкономить на строительном сырье, снизить общие затраты на возведение различных построек, а также использовать только экологичные материалы? Этот вопрос актуален для многих мастеров, и специалисты предлагают его эффективное решение.
Новейшие технологии позволяют производить кирпичи из песка без добавления цемента и без проведения обжига. Это уменьшает их себестоимость, избавляет от трудоемкого процесса и сокращает вредные выбросы в окружающую среду.
Кирпичи без обжига – реально ли?
Производство любых строительных материалов становится причиной выделения углекислого газа в атмосферу и играет серьезную роль в возникновении парникового эффекта. Поскольку кирпич является одним из ведущих видов сырья для стройки, то его выпуск остановить невозможно.
Экологичный кирпич из песка
На заметку! Каждый год в мире делают до 1350 млрд кирпичей методом сушки и обжига при температуре свыше 1000 градусов. В итоге каждый кирпич вызывает выброс 500 г углекислого газа.
Недавно на рынке появилась экологичная новинка – строительные блоки от компании Biomason, которые «выращиваются» безопасным для атмосферы путем. Технологию посчитали весьма перспективной, поэтому разработчики получили главный приз на конкурсе Postcode Lottery Green Challenge в 2013 году и с тех пор активно развивают это направление бизнеса.
Кирпич BIOMASON к содержанию ↑
Как производится био-кирпич
Для выпуска материала используется обычный песок, который служит основой для будущих кирпичей. Его заливают специальным вяжущим веществом, состоящим из воды и особых бактерий. Как правило, речь идет о коралловых бактериях, способных формировать прочные кристаллы.
Для ускорения процесса в смесь вводят питательный раствор кальция, а также источник азота (обычно мочевину) – он нужен бактериям для размножения. Массу разливают по формам и оставляют при комнатной температуре.
Уже через 3-5 суток в формах образуется твердое вещество, которое по прочности можно сравнить с натуральным камнем. Как только источник питания и жидкость заканчиваются, коралловые бактерии гибнут.
Важно! Побочные продукты их жизнедеятельности могут использоваться в качестве удобрений.
Явления, лежащие в основе формирования кирпичей, довольно просты. Они относятся к области микробно-индуцированного осаждения кальцинатов (MICP). Бактерии склеивают между собой зернышки песка посредством цепочки химических реакций. Полученный продукт на вид напоминает песчаник, но он не менее хорош, чем обычный обожженный кирпич.
Производство Биокирпича к содержанию ↑
Свойства готового материала
Кирпич, созданный по инновационной методике, ничем не уступает классическому материалу. Качества, которыми он обладает:
- долгий срок службы;
- прочность;
- износостойкость;
- влагостойкость;
- неподверженность влиянию агрессивных факторов;
- возможность получения продукции любой формы и размеров;
- возобновляемость и повторная переработка ресурсов для производства;
- пригодность для всех направлений строительства и отделки.
Технология производства кирпичей является прекрасной альтернативой стандартному способу выпуска и экономит массу энергоресурсов, к тому же помогает улучшить экологическую обстановку. Кроме речного песка, для выпуска кирпичей могут использоваться мелкая галька, ракушечник, гравийный отсев, горный песок, известняк, доломиты, шлаки и другое сырье в зависимости от региона производства.
Чем еще занимается компания?
Сейчас Biomason активно сотрудничает с инвесторами во всем мире и развивает применение своей технологии. Кроме прочего, инженеры компании предложили и другие направления работы, причем все они уже опробованы на практике, а некоторые даже взяты на вооружение армией США.
Так, с помощью подготовленных растворов в считаные дни делают дороги и взлетно-посадочные полосы прямо в песчаной пустыне. После пролива территории появляются прочные, твердые и долговечные площадки, готовые к эксплуатации за пару суток.
Biomason предлагает услугу по устранению пыли с особенно запыленных трасс, дорог и подъездных путей. По мере обработки бактериальным раствором дорога покрывается толстой коркой, которая служит не один год, а после разлагается естественным путем. Также бактерии способны очистить водоемы, ранее загрязненные токсичными отходами и вредными веществами.
Таким образом, с помощью микробов человек может снизить нагрузку на окружающую среду, получить прочный, долговечный и качественный строительный материал, улучшить свою жизнь. И все это – в гармонии с природой.
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Aйткaлиeвa Гyльзaт Cляшeвнa, Аcaн Гyльдapxaн Epжaнoвнa
в статье анализируется состав силикатного кирпича . Проанализированы физико-химические свойства силикатного кирпича , его огнестойкость, химическая стойкость, морозостойкость, плотность.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Aйткaлиeвa Гyльзaт Cляшeвнa, Аcaн Гyльдapxaн Epжaнoвнa
Улучшение свойств силикатных строительных материалов на известковокремнеземистом вяжущем с добавлением волластонита
Текст научной работы на тему «Иннoвациoнный мeтoд пoлучeния кирпичeй из oтхoдoв кoкcoхимичecкoгo прoизвoдcтва»
ИННOВАЦИOННЫЙ МEТOД ПOЛУЧEНИЯ КИРПИЧEЙ ИЗ
OТХOДOВ КOКCOХИМИЧECКOГO ПРOИЗВOДCТВА
1 2 Aйткaлиeвa Г-C. , Аcaн Г-E.
1Айткалиева Гульзат Сляшевна - доктор PhD, старший преподаватель; 2Асан Гульдархан Ержановна - магистрант, кафедра химии и химических технологий, Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар, Республика Казахстан
Аннотация: в статье анализируется состав силикатного кирпича. Проанализированы физико-химические свойства силикатного кирпича, его огнестойкость, химическая стойкость, морозостойкость, плотность.
Ключевые слова: кирпич, производство, прочность, давление, марка, сырец, строительство.
Силикатный кирпич является экологически чистым продуктом. По технико-экономическим показателям он значительно превосходит глиняный кирпич. На его производство затрачивается 15 - 18 часов, в то время как на производство глиняного кирпича - 5 - 6 дней и больше. В два раза снижаются трудоемкость и расход топлива, а стоимость - на 1 5- 40%. Однако у силикатного кирпича меньше огнестойкость, химическая стойкость, морозостойкость, водостойкость, несколько больше плотность и теплопроводность. В условиях постоянного увлажнения прочность силикатного кирпича снижается. Силикатный кирпич производится нескольких размеров (рисунок 1):
2) 250- 120-88мм и других видов.
Рис. 1. Параметры силикатного кирпича
Для улучшения качества и потребительских свойств рекомендуется производить, наряду со стандартным известково-песчаным кирпичом, известково-зольный кирпич, а также различные красители.
Известково-зольный кирпич содержит 21-26% извести и 76-80% золы. Технология изготовления такая же, как и известково-песчаного кирпича [1].
В качестве способа производства рекомендуется силосный способ. По сравнению с барабанным, этот способ более экономичен, а технология производства более проста.
На протяжении ряда последних лет в Павлодарской области наметилось стабильное повышение спроса на строительные материалы. Прежде всего, это связано с относительно благоприятным экономическим климатом области. Благодаря этому, повысился спрос на жильё, что привело к усиленному строительству, как многоквартирных домов, так и для одной семьи. Причём, исходя из разных факторов предпочтительнее строительство жилищных помещений именно из кирпича.
На УПНК-ПВ проведены исследования и разработана технология производства известковозольного кирпича. Сырьевыми компонентами являются коксовая пыль [2].
Испытания проб пыли рукавных фильтров и циклонов показали полное соответствие ее требованиям. Коксовая пыль характеризуется равномерным изменением объема.
Зерновой и химический составы золошлаковой смеси, пробы которой отбирались с различных горизонтов золоотвала, представлены в таблице 1.
Насыпная плотность золошлаковой смеси составляет 760-1000 кг/м3, влажность 26-36 %. По зерновому составу она является среднезернистой, так как содержит 73-78 % зольной составляющей. Образцы зольной составлявшей в смеси с портландцементом при кипячении проявляют равномерность изменения объема.
Тaблицa 1. Зepнoвoй и xимичecкий cocmaвы зoлoшлaкoвoй cмecи
Coдepжaниe зёpeн кpyпнee 5 мм Шлньге ocтaтки (мac. %) до cитax, мм Coдepжaниe чacтиц мeнee 0,16 мм, мac. %
2,5 1,25 0,63 0,315 0,16
Зависимость прочности известково-зольного сырца и кирпича от величины формовочной влажности и давления прессования (таблица 2) аналогична влиянию указанных факторов на свойства известково-песчаного кирпича [3].
Тaблицa 2. Вeличины фopмoвoчнoй влaжнocmи и дaвлeния пpeccoвaния
Дaвлeниe пpeccoвaния, МПя Пpeдeл пpoчнocти ^и cжaтии, Мта
^и влaжнocти cмecи, мac. %
8 10 14 16 8 10 14 16
20 0,47 0,46 0,42 0,3 6,5 7,9 9 8,6
25 0,5 0,54 0,59 0,41 7,7 10 10,8 9,9
30 0,66 0,69 0,65 0,44 7,8 12,4 12,6 12
У известково-песчаных смесей менее тесная зависимость прочности сырца от величины давления прессования. Эти отличия обусловлены, прежде всего, более развитой поверхностью частиц золошлаковой смеси, чем у кварцевого песка одинакового зернового состава. Развитая поверхность предопределяет увеличение числа контактов между частицами при уплотнении и связанное с этим повышение прочности сцепления и механического зацепления. Доля последних в прочности сырца на основе кварцевого песка составляет всего 20 - 30%. Повышение роли названных факторов в формировании прочности известково-песчаного сырца и кирпича достигается при увеличении расхода вяжущего или введении в сырьевую смесь уплотняющих либо укрупняющих добавок.
Требования к техническим свойствам силикатного кирпича меняются в зависимости от области его применения, обычно определяемой строительными нормами, неодинаковыми в разных странах.
Прочность при сжатии и изгибе. В зависимости от предела прочности на сжатие силикатный кирпич подразделяют на марки 75, 100, 125, 150 и 200.
Марка кирпича определяется его средним пределом прочности при сжатии, который составляет обычно 7,5-35 МПа. В стандартах ряда стран (Казахстан, Россия, Канада, США), наряду с этим, также регламентируют предел прочности кирпича при изгибе. Пустотелые камни средней плотностью 1000 и 1200 кг/м3 могут иметь марки 50 и 25. В большинстве стандартов предусмотрено определение прочности кирпича в воздушно-сухом состоянии и лишь в английском стандарте - в водонасыщенном.
В стандартах приведены средняя прочность кирпича данной марки и минимальные значения предела прочности отдельных кирпичей пробы, составляющие 75-80% среднего значения.
Водопоглощение - это один из важных показателей качества силикатного кирпича и является функцией его пористости, которая зависит от зернового состава смеси, ее формовочной влажности, удельного давления при уплотнении. По ГОСТ 379-79 водопоглощение силикатного кирпича должно быть не менее 6%.
При насыщении водой прочность силикатного кирпича снижается по сравнению с его прочностью в воздушно -сухом состоянии так же, как и у других строительных материалов, и это, снижение обусловлено теми же причинами [4]. Коэффициент размягчения силикатного кирпича при этом зависит от его макроструктуры, от микроструктуры цементирующего вещества и составляет обычно не менее 0,8.
Морозостойкость. В нашей стране морозостойкость кирпича, особенно лицевого, является наряду с прочностью важнейшим показателем его долговечности. По ГОСТ 379 -79 установлены четыре марки кирпича по морозостойкости. Морозостойкость рядового кирпича должна составлять не менее 15 циклов замораживания при температуре - 15 oC и оттаивания в воде при температуре 15-20 oC, а лицевого - 25, 35, 50 циклов в зависимости от климатического пояса, частей и категорий зданий, в которых его применяют.
В настоящее время в связи с применением механических захватов для съема и укладки сырца в сырьевую широту стали вводить значительно большее количество дисперсных фракций для повышения его плотности и прочности. Вследствие этого в структуре вырабатываемого сейчас силикатного кирпича заметную роль играют уже микрокапилляры, в которых вода не замерзает, что значительно повышает его морозостойкость.
1. Хавкин Л.М. Технология силикатного кирпича / Л.М. Хавкин. М.: «Технология силикатного кирпича», 2008.
2. Вахнин М.П. Производство силикатного кирпича / М.П. Вахнин, A.A. Анищенко. М.: «Производство силикатного кирпича», 1989.
3. Павленко В.И. Радиационный мониторинг производства извести и силикатного кирпича / В.И. Павленко, И.С. Тушева. М. : «Строительные материалы № 4», 2001.
4. Воробьёв В.А. Строительные материалы / В.А. Воробьев. М.: «Строительные материалы», 2011.
Проведен анализ внедренных технологических решений на предприятии «Ключищинская керамика» и намечены дальнейшие пути развития производства в направлении улучшения качества производимой продукции и получения энергоэффективных материалов.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ливада А.Н.
Каолинитовая глина Новоорского месторождения - эффективная добавка в производстве лицевого кирпича и клинкера
Инновационные технологии высокоэффективных керамических строительных изделий на основе кремнистых пород
Текст научной работы на тему «Инновационные технологии в производстве керамических изделий на кирпичном заводе "Ключищинская керамика"»
А.Н. ЛИВАДА, генеральный директор группы компаний «ФОН» (Республика Татарстан)
Инновационные технологии в производстве керамических изделий на кирпичном заводе «
В связи с реализацией национального проекта «Доступное и комфортное жилье — гражданам России» импульс развития получили не только правовая и нормативно-техническая база, финансовые механизмы, но и материальная база строительства — промышленность строительных материалов. Учитывая, что на государственном уровне приоритет отдается индивидуальному жилищному строительству, доля которого из года в год увеличивается, особую актуальность приобретает выпуск экологичных, энергоэффективных долговечных строительных материалов, использование которых не требует сложной техники и грузоподъемных механизмов. Это одна из причин активного роста подотрасли штучных стеновых материалов, из которых керамические стеновые материалы обладают лучшим комплексом технико-экономических и эксплуатационных свойств.
Применение керамических материалов для возведения стен обеспечивает сочетание долговечности, высоких теплозащитных свойств, оптимального влажностно-го режима ограждающих конструкций, и соответственно, высокие качественные характеристики микроклимата в помещениях. Многовековая история строительства и эксплуатации зданий из керамического кирпича в Европе и Азии со всей очевидностью это подтверждает. Строители России также всегда высоко ценили преимущества керамических материалов, а производители — неустанно работали над их совершенствованием.
Филиал ЗАО «ФОН» — завод «Ключищинская керамика» (г. Казань) является одним из ведущих в производстве стеновой керамики в Республике Татарстан. Стратегической линией развития предприятия является внедрение инновационных технологий как в процессы производства керамических материалов, так и в процессы управления производством.
В настоящей работе проведен анализ внедренных инноваций и выделены дальнейшие пути развития производства в направлении улучшения качества производимой продукции и получения материалов с улучшенными теплотехническими свойствами.
Одним из самых перспективных видов стеновой керамики являются пустотело-поризованные изделия, которые используются в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала.
Для получения керамических материалов, сочетающих высокие прочностные и теплофизические свойства, на предприятии «Ключищинская керамика» были проведены комплексные исследования с целью определения оптимального режима сушки и обжига, влияния состава и дисперсности шихты на свойства продукции.
Сырьем для производства керамических изделий являются малоценные полиминеральные красножгущие-ся глины Ключищинского месторождения, которые считались условно пригодными для производства керамического кирпича, и глинистый мергель Северо-Салмановского месторождения, который ранее исключался из запасов сырья ввиду большого содержания карбонатов.
В результате проведенных исследований удалось обеспечить стабильность качества лицевого кирпича и поризованного камня. Например, исследование динамики статистических параметров процесса производства за первые три года работы завода показало снижение коэффициента вариации предела прочности при сжатии с 25% до 5%. Такого результата удалось достичь за счет усреднения глин и стабилизации технологического режима.
С целью создания керамических энергоэффективных материалов были проведены исследования влияния добавок органического и неорганического происхождения на прочностные и теплофизические свойства изделий. Добавки органического происхождения (древесные опилки, отходы бумажного производства) способствуют поризации изделия на первой стадии разогрева печи (зона подготовки), минеральные добавки (золы ТЭЦ, отходы угледобычи и углеобогащения) способствуют дополнительной поризации и переводу окислительной газовой среды в восстановительную. В исследованных глинах содержится до 5% оксида железа. В восстановительной среде малоактивный оксид железа (III) переходит в форму оксида железа (II), более легкоплавкую и обладающую большой реакционной способностью. Быстрая диффузия ионов двухвалентного железа в обезвоженные остатки глинистых минералов приводит к разрушению последних, т. е. к аморфи-зации, таким образом, создавая условия для более раннего протекания реакций в твердой фазе и возникновения новых фаз (полевые шпаты, гематит, аморфная фаза и др.).
В результате проведенных исследований с добавками органического происхождения установлено, что оптимальное сочетание прочностных и теплофизиче-ских свойств керамики достигается за счет более тонкого измельчения глинистого сырья и при размере частиц выгорающих добавок не более 1 мм.
В качестве минеральной добавки рассматривались тонкоизмельченные отходы углеобогащения Коркин-ского разреза, которые представляют собой аргиллиты с содержанием Al2O3 в количестве 24% и содержанием углерода до 20%. Опыты показали, что введение в шихту всего 5 мас. % добавки позволяет снизить температуру обжига на 40—50оС и повысить прочность пустот-но-поризованных изделий до 11 МПа при плотности 0,72 г/см3. Такие свойства дают возможность возводить стены жилых зданий полностью из пустотело-поризованной керамики и облицовочного кирпича.
Немаловажной составляющей успешного решения задачи повышения качества строительных материалов при одновременном снижении материальных и энергетических затрат является применение современной техники и инновационных технологий в производстве. В этом направлении проводятся исследования по разработке промышленной технологии производства микросфер с плотностью около 0,2 г/см3 с достаточной прочностью, позволяющей производить смешение и переработку глиняных масс без их разрушения.
научно-технический и производственный журнал
Полые стеклокристаллические алюмосиликатные микросферы размером от 20—500 мкм можно получить из природного минерального сырья (пески, трепелы, диатомиты и др.) путем мокрого помола и обжига получаемых при распылении шлама микрокапель в высокотемпературном пламени плазменной горелки. Введение микросфер в состав глины позволит снизить массу изделий, улучшить их теплоизоляционные характеристики, улучшить сушильные свойства в производстве и снизить расход топлива на обжиг. Проведенные опыты показывают, что возможно получение керамических стеновых материалов плотностью 600—700 кг/м3 при прочности до 10 МПа.
Проведенные исследования позволяют прогнозировать получение высокоэффективных керамических стеновых материалов из повсеместно распространенного глинистого сырья и техногенных отходов, а также зольных микросфер, образующихся при сжигании твердого топлива на тепловых электростанциях.
В настоящее время важнейшей задачей керамической промышленности является существенное увеличение объемов, повышение качества и расширение номенклатуры изделий, а также всемерное повышение эффективности производства с целью снижения энергозатрат и цены на продукцию. Владельцам и руководителям предприятий пришло понимание важности правильно разработанной технологии, ее неукоснительного соблюдения и, конечно же, глубокой переработки сырья, которое раньше называли малоценными суглинками.
Обеспечение стабильного качества невозможно без применения современных инновационных технологий в управлении производством. Современные информационные технологии на заводе «Ключищинская керамика» обеспечивают надлежащий контроль и в автоматическом режиме осуществляют действия, поддерживающие данный режим. Руководитель производства больше не нуждается в посредниках, составляющих для него отчеты, он сам постоянно получает информацию о работе экструдера, о влажности воздуха в сушилах, о возможных блокировках на линии и т. д. Каждый из специалистов предприятия имеет строго определенный и достаточный уровень доступности к программе управления предприятием.
В настоящее время накоплено достаточно знаний и практического опыта, чтобы отказаться от традиционных технологий, основанных на грубодисперсных композициях, и перейти к инновационным технологиям, позволяющим производить энергоэффективные изделия на основе тонкоизмельченных масс.
На заводе предусмотрена тщательная глиноподго-товка с высокой степенью гомогенизации керамическо-
го сырья. Для окончательного выравнивания характеристик сырья предусмотрен шихтозапасник с объемом, позволяющим выдерживать шихту не менее 10 суток.
В процессе сушки продолжается структурообразова-ние изделий и для этого необходимо четкое соблюдение заданных термодинамических условий. Гибкая регулировка температуры и объема теплоносителя, подаваемого в каждую зону, дает возможность адаптировать режим сушки к свойствам сырья, что позволило снизить температуру сушки до 40—45°С и привело к снижению расхода газа до 1,66 МДж/кг обожженной продукции.
Регулировка и поддержание заданного режима сушки производятся через систему программного логического контроля.
Наиболее интенсивное воздействие на керамическую массу оказывается в процессе обжига, являющегося заключительной и важнейшей стадией керамического производства. Также обжиг является наиболее энергоемким процессом, определяющим удельный расход энергетических ресурсов на единицу продукции.
Туннельная печь оснащена современными высокоскоростными горелками и системой перемешивания воздуха. В горелках предусмотрена подача дополнительного воздуха, предназначенного для непрерывного охлаждения всей конструкции горелки, в особенности ее сопловой части. Воздух охлаждения не выходит в рабочее пространство печи, а используется для наддува полости амбразуры, после чего удаляется наружу. Для полного окисления горючего газа используется воздух, находящийся в избытке в рабочем пространстве печи. Так как температура воздуха печи составляет 900—1000оС, то этим достигается большая экономия топлива, увеличивается ресурс работы горелок и позволяет полностью исключить выброс газов из зоны обжига в рабочую зону.
Отлаженный технологический процесс, высокая ответственность и дисциплина всего персонала завода «Ключищинская керамика», постоянный контроль на всех производственных этапах за работой оборудования позволяют выпускать качественную, конкурентноспо-собную, пользующуюся большим спросом у покупателей продукцию.
Применение продукции завода «Ключищинская керамика» в строительстве позволяет собственникам жилья получить сочетание оптимальной цены и надежности, гарантированную пожарную безопасность, долговечность, привлекательный и солидный внешний вид зданий современного дизайна. Сотрудники завода и их коллеги строители убеждены, что будущее за керамическим домостроением.
Ключевые слова: строительные керамические материалы, инновационные технологии, качество.
■^¡ШШШИ 111 шш шт КЛЮЧИЩИНСКАЯ КЕРАМИКА
Филиал ЗАО «ФОН» - «Ключищинская керамика» 422574, Республика Татарстан, Верхнеуслонский район, с.Ключищи, ул.Заводская, д.1
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Ашмарин Г.Д., Ласточкин В.Г., Илюхин В.В., Минаков А.Г., Татьянчиков А.В.
Приведена информация о запасах кремнистых пород по регионам России. На ряде примеров показано, что в такое сырье можно успешно использовать для производства керамических изделий. При этом может применяться как пластическое, так и компрессионное формование. Разработаны технологические схемы заводов компрессионного формования для использования кремнистых пород в сочетании с глинами и отходами углеобогащения, в том числе с высоким содержанием углерода.
Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Ашмарин Г.Д., Ласточкин В.Г., Илюхин В.В., Минаков А.Г., Татьянчиков А.В.
Текст научной работы на тему «Инновационные технологии высокоэффективных керамических строительных изделий на основе кремнистых пород»
Инновационные технологии высокоэффективных керамических строительных изделий на основе кремнистых пород
В последнее время публикуется много работ по совершенствованию технологии производства керамических стеновых материалов, вовлечению в технологический процесс нетрадиционного и техногенного сырья. В то же время такому важному виду сырья, как кремнистые породы, и их использованию как самостоятельно, так и совместно с отходами добычи и обогащения углей, зол ТЭЦ, шлаков не уделяется должного внимания.
Кремнистые породы (диатомиты, трепелы, опоки) благодаря наличию в их составе аморфной активной кремнекислоты обладают рядом ценных свойств: тонкопористой структурой, сравнительно малой средней плотностью и относительно низкой теплопроводностью. Совокупность указанных свойств предопределяет эффективное использование кремнистых пород в производстве строительных материалов, и в частности при производстве керамических изделий. Опыт показывает, что использование кремнистых и глинистых пород в смеси с углесодержащими отходами позволяет значительно улучшить физико-механические свойства керамики за счет создания в процессе обжига восстановительной среды и перехода трехвалентного железа в более легкоплавкое двухвалентное, что обеспечивает более интенсивное спекание при снижении температуры на 100—150оС.
Россия располагает крупнейшими запасами кремнистых пород. Запасы только разведанных месторождений оцениваются около 2,5 млрд м3 [1]. Наиболее значимые разведанные запасы по отдельным регионам России приведены в табл. 1.
Около миллиарда кубометров оцениваются и прогнозные запасы. Известно о скоплении нескольких миллиардов тонн углесодержащих отходов, количество которых из года в год увеличивается. Однако кремнистые породы и промышленные отходы до настоящего
времени не нашли должного применения в промышленности строительных материалов вообще и в производстве керамических стеновых материалов в частности, особенно при производстве пустотно-поризованной керамики с высокими теплозащитными свойствами. При производстве таких изделий в настоящее время уже ощущается нехватка природных поризующих материалов органического происхождения (опилок, гречишной и рисовой лузги и др.). При разработке оптимальных составов масс, соответствующих физико-химическим и технологическим свойствам исходных сырьевых материалов, наиболее перспективными заменителями пори-зующих добавок органического происхождения могут стать кремнистые породы (диатомиты, трепелы, опоки).
В последнее время нами изучены физико-химические свойства ряда месторождений кремнистых пород, глин и углесодержащих отходов, проведены исследования физико-химических свойств на лабораторных образцах. Данные табл. 2—4 показывают, что из масс оптимальных составов методом компрессионного формования можно получить образцы керамики с высокими физико-механическими свойствами.
Трепел Ново-Айбесиновского месторождения с высоким содержанием кальцита целесообразно использовать в смеси с глиной для производства пустотно-поризованной керамики по технологии пластического формования, добиваясь снижения массы изделия за счет не только количества вводимого в шихту трепела, но и потери массы при разложении СаСО3 в процессе обжига керамики и выделении СО2. При этом повышается прочность изделия за счет формирования мелкопористой структуры и образования волластонита.
На основании результатов лабораторных испытаний были выпущены изделия в производственных условиях
Запасы разведанных месторождений кремнистых пород (опоки, трепелы, диатомиты) в регионах Российской Федерации, тыс. м3
Республики Области Края
Регион Мордовия Чувашия Коми Самарская Ульяновская Саратовская Курская Мурманская Волгоградская Пензенская Астраханская Владимирская Калужская Смоленская Московская Брянская Оренбургская Курганская Челябинская Свердловская Сахалинская Ростовская Ленинградская Краснодарский Хабаровский Приморский
Запасы 495201 10716 10872 47725 200521 62110 5060 41904 418709 4246 61699 18571 79232 23000 58582 329847 36046 8351 158895 135207 81351 21298 17754 20499 22774 9009
научно-технический и производственный журнал
Шеланговского кирпичного завода по технологии пластического формования. Из смеси глины Атратьевского месторождения и трепела Ново-Айбесиновского месторождения в массовом соотношении 1:1 при влажности шихты 24% была выпущена партия изделий 2НФ по ГОСТ 530—2007 со следующими физико-механическими свойствами (табл. 5). Как видно, при температуре обжига 1050оС получены камни 2НФ марки 125 плотностью 800 кг/м3. Следует отметить, что масса полученных изделий при равной пустотности на 1 кг меньше, чем заводские изделия, где в качестве поризующих компонентов используется гречишная шелуха.
На основании трепела Первомайского месторождения на гидравлическом прессе Орехово-Зуевского завода (с общим усилием 90 т) при удельном давлении 150 кг/см2 были сформованы кирпичи нормального формата с пустотностью 12% и обожжены при температуре 1050оС без предварительной сушки в отдельной сушилке. Был получен кирпич марки 100, плотностью 960 кг/м3. Обе партии кирпича выдержали 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания без потери массы и признаков разрушения.
Таким образом, по традиционной технологии пластического формования на основе легкоплавких глин и тре-
Химический состав сырья
Наименование месторождения Порода Массовая доля компонентов, %
SiO2 ТЮ2 АЛ Fe2O3 МпО СаО МдО Na2O К20 Р2О5 SO3 общ. ППП Сумма
Ново-Айбесиновское (Чувашская Республика) Карбонатистый трепел 42,29 0,24 4,25 2 0,01 25,69 0,41 0,15 0,9 0,15 следы 23,66 99,75
Первомайское (Чувашская Республика) Трепел 71,85 0,5 8,68 3,62 0,01 3,79 1,29 0,15 2,06 0,47 следы 7,41 99,83
Огорь (Калужская обл.) Трепел 80,16 0,35 7,54 2,75 0,01 1,67 1,06 0,03 1,22 0,34
Атратьевское (Чувашская Республика) Глина 68,61 0,83 12,37 5,27 0,07 1,33 1,07 0,89 2,11 0,11 0,3 7,1 100,06
Коркинский разрез (Челябинская обл.) Углеотходы (аргиллиты) 38,36 0,95 19,97 6,08 - 7,29 0,3 0,31 0,33 - 0,21 24,2 99,43
Минеральный состав сырья
Наименование месторождения Порода Минеральный состав. Содержание, мас. %
Монтмориллонит Гидрослюда Каолинит Кварц Кальцит Цеолит ОКТ
Ново-Айбесиновское (Чувашская Республика) Карбонатистый трепел 14 9
Первомайское (Чувашская Республика) Трепел 10 18
Огорь (Калужская обл.) Трепел 28±2 2 2±1 5±1 - 16±3 47±6
Атратьевское (Чувашская Республика) Глина 43±3 6±1 7 43 1 - -
Коркинский разрез (Челябинская обл.) Углеотходы (аргиллиты) - 39 40 20±4 - - -
Свойства обожженных образцов
Состав массы (пресс-порошка) Температура обжига, ОС Влажность пресс-порошка, % Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа
при сжатии при изгибе
Ново-Айбесиновское - 50% Атратьевское - 50% 1050 11,5 1,21 45,9 8,5
Ново-Айбесиновское - 70% Атратьевское - 30% 1050 13 1,15 31,9 9,6
Первомайское - 100% 1050 15,5 1,12 37,2 8,1
Огорь - 100% 1050 16 1,09 35,7 9,3
Огорь - 50% Аргиллиты Коркино - 50% 950 10,7 1,17 41,3 14,5
Физико-механические свойства камня 2НФ (250X120X140 мм) выпуска опытно-промышленной партии
Температура обжига, С Масса сырца, г Масса высушенного камня, г Усадка при сушке, % Усадка при обжиге, % Усадка общая, % Масса обожженного камня, г Водопо-глощение, % Прочность при сжатии, МПа
950 4650 3630 8,2 0,41 8,61 3304 14,76 11,2
1050 0,78 8,98 3270 14,18 12,6
научно-технический и производственный журнал
Основные технологические схемы заводов компрессионного формования (основные агрегаты) 1. При использовании кремнеземистого сырья.
2. При использовании кремнеземистого сырья в смеси с углесодержащими отходами (аргиллитами).
Смеситель Пресс-гранулятор - Агрегат подсушки Стержневая мельница
Пакетировщик Печь-сушилка Пресс формовочный Стержневой смеситель
3. При использовании отходов угледобычи и углеобогащения (аргиллитов с содержанием углерода до 8%).
пелов с высоким содержанием кальцита есть возможность производить достаточно прочные высокоэффективные керамические изделия. При оптимальном режиме прессования из пресс-порошков оптимального зернового состава и оптимальной влажности можно производить высокоэффективные изделия по упрощенной технологической схеме без громоздких шихтозапасников и сушилок.
Проведенные исследования и полученные результаты дают основание предложить строительство заводов по технологии компрессионного формования средней и малой мощностей 15—30 млн шт. кирпича нормального формата в год в сельской местности и сравнительно небольших городах, приближенных к сырьевой базе и потребителю.
Инновационность проекта подтверждена патентами: патент № 2397068 «Технологическая линия для производства керамических строительных изделий методом компрессионного формования», приоритет от 6 марта 2009 г., опубликован 20.08.2010 г. Б.И. № 23.; патент № 2406049 «Туннельная печь-сушилка», приоритет от 26 ноября 2009 г., опубликован 10.12.2010 г. Б.И. № 34; решение о выдаче патента по заявке на изобретение № 2010110474/03(014749) «Сырьевая смесь для изготовления керамических теплоэффективных строительных изделий» от 9 июля 2010 г.
Особенностями технологии являются подготовка пресс-порошка заданной влажности и гранулометрического состава, а также прессование изделий с влажностью на 2—2,5% ниже критической (относительной влажности кирпича-сырца в момент прекращения воздушной усадки), что позволяет осуществлять термическую обработку изделия в одном агрегате — специальной печи-сушилке.
Преимуществами технологии являются: — возможность использования всех разновидностей
глин, суглинков, опок, трепелов, диатомитов, слан-
цев, аргиллитов, всевозможные отходы промышленного производства, особенно отходы добычи и обогащения углей, некоторые отходы сельскохозяйственного производства;
— площадь и объем застройки производственных зданий по сравнению с технологией пластического формования сокращается в 2,5—3 раза за счет отсутствия отделения сушки с громоздким парком сушильных вагонеток и спецтранспорта, связанного с загрузкой и разгрузкой сушильных вагонеток, отсутствием шихтозапасника, упрощенной схемой подготовки пресс-порошка;
— сокращение дальности доставки кирпича до объекта строительства в 2—3 раза;
— возможность осуществления строительства нулевого цикла и стен малоэтажных домов из номенклатуры изделий одного завода. При этом стены за счет нормальной массы будут обладать способностью много и постепенно аккумулировать тепло и также его терять при похолодании, создавая тем самым наиболее комфортные условия для проживания людей, сохраняя их здоровье;
— сокращение затрат на строительство зданий и сооружений, затрат на приобретение комплекта оборудования, удешевление перевозки позволит в 2—2,5 раза снизить себестоимость продукции и значительно снизить стоимость строительства индивидуального жилья и объектов сельскохозяйственного назначения.
Ключевые слова: кремнеземистое сырье, углесодержащие
аргиллиты, компрессионное прессование, керамические тепло-
эффективные стеновые материалы, инновационные проекты.
1. Кремнистые породы СССР / Под ред. У.Г. Дистанова. Казань, 1976. С. 326-381.
Читайте также: