Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
Актуальность 5
Цель и задачи исследования 5
Научная новизна 6
Практическая значимость работы 7
Реализация результатов исследования 8
Апробация работы 8
Публикации 9
Структура и объем диссертации 9
АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА 9
Способы производства керамических изделий 9
Производство керамических изделий методом экструзионного формования 13
Производство керамического кирпича экструзионного формования из масс жесткой консистенции 15
Производство керамических изделий методом компрессионного формования 16
Сушка изделий компрессионного формования порошковых масс 24
Обжиг 27
Сырьевая база для производства керамического клинкера 33
Общая характеристика исходных сырьевых материалов.
Методики проведения экспериментальных работ. 36
Исходные сырьевые материалы 36
Методическая часть 45
Метод отбора и подготовки проб 45
3.2.2. Метод определения пластичности 46
3.2.3. Метод определения тонкодисперсных фракций 46
3.2.4. Метод определения крупнозернистых включений 47
3.2.5. Метод определения водорастворимых солей 47
3.2.6. Метод определения спекаемости глин 50
3.2.7. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости 50
3.2.8. Метод определения химического состава 51
3.2.9. Метод определения минерального состава 52
3.2.10. Методика проведения дилатометрического анализа 54
3.2.11. Исследование кинетики влагоотдачи и усадки 54
3.2.12. Определение чувствительности к сушке 55
3.2.13. Метод определения воздушной усадки 55
3.2.14. Метод определения плотности, пористости и водопоглощения 56
3.2.15. Метод определения кажущейся вязкости 57
3.2.16. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе 57
3.2.17. Метод определения износостойкости 58
4 Экспериментальная часть. 60
4.1 Теоретические предпосылки получения клинкерной керамики 60
4.2 Исследование влияния тонины помола на физико-механические свойства образцов 64
4.3 Исследование термических свойств сырьевых материалов и смесей на их основе 68
4.4 Исследования фазового состава и структуры керамики из исходного сырья и шихт на их основе 73
4.5 Исследование физико-механических свойств образцов керамики 83
4.6 Исследование влияния состава шихты на колористические 87 характеристики керамики
4.7 Промышленное опробывание 88
Основные выводы 90
Список литературы 92
Приложения 104
Введение к работе
1.1. Актуальность. Потребность различных отраслей промышленности в строительных материалах, в том числе специального назначения, постепенно возрастает. К их числу относится клинкерный кирпич, который применяется для мощения дорог, тротуаров, облицовки зданий. К клинкерному кирпичу предъявляется ряд специфических требований. Он должен иметь высокую прочность и морозостойкость, обладать низкой пористостью, водопоглощением, истираемостью.
В настоящее время клинкерный кирпич практически не производится.
В России в данный момент применяются клинкерные изделия, поставляемые с европейских заводов, стоимость которых на отечественном рынке составляет от 72 евро и выше за квадратный метр. Причина заключается в дефиците качественного глинистого сырья. Для изготовления клинкерного кирпича требуются высококачественные тугоплавкие глины с широким интервалом спекания, запасы которых весьма ограничены. Кроме того они служат сырьевой базой для производства огнеупорных изделий.
Данная проблема не может быть решена без применения некондиционного сырья, вовлечения в производство техногенных отходов, что позволяет расширить сферу полезного использования вторичного сырья и снизить себестоимость готовой продукции.
Вопросы разработки технологии клинкерного кирпича на основе некондиционного природного и техногенного силикатного сырья при наименьших экономических затратах и сохранении свойств готовой продукции являются актуальными.
1.2. Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка основ технологии клинкерного кирпича из нетрадиционного глинистого (кремнеземистого) и техногенного (алюмо-кальцийсодержащих отходов химического производства) сырья и реализация результатов на практике.
Достижение этой цели определило следующие задачи исследований:
- обосновать возможность получения клинкерного кирпича на основе композиций легкоплавкого глинистого и техногенного сырья;
- провести на модельных шихтах физико-химические исследования, раскрывающие механизм формирования структуры и фазового состава клинкерной керамики из разнородного по генезису и свойствам сырья;
определить зависимость физико-механических характеристик клинкерного кирпича от соотношения количества природного и техногенного сырья;
- разработать рациональную технологию клинкерного кирпича способом компрессионного формования порошковых масс;
- апробировать разработанные составы и технологию в промышленных условиях, оценить ее технико-экономическую эффективность;
- исследовать влияние минеральных добавок на цветовые характеристики клинкерной керамики;
- разработать технологический регламент производства клинкерных изделий на основе глинистого сырья и техногенных отходов методом компрессионного формования.
1.3. Научная новизна. Разработаны научно-практические основы технологии клинкерного кирпича из композиций легкоплавких глинистых пород и алюмо- кальцийсодержащих техногенных отходов.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения клинкерного кирпича путем направленного регулирования состава керамической массы с целью синтеза в черепке новообразований в виде анортита. Установлена зависимость количества анортитовой фазы и физико-механических свойствах готового продукта от температуры обжига и содержания алюмо- кальцийсодержащих отходов в шихте.
Получены теоретические и экспериментальные данные об изменении физико-механических характеристик клинкерной керамики в широком диапазоне расхода алюмо- кальцийсодержащего компонента.
Установлена совокупность технологических факторов, оказывающих наиболее существенное влияние на процесс фазообразования керамического черепка и свойства клинкерного кирпича.
1.4. Практическая значимость. Разработаны составы композиций и технологические параметры производства клинкерного кирпича методом компрессионного формования на основе кремнеземистого глинистого сырья и алюмо- кальцийсодержащих техногенных отходов.
Получен клинкерный кирпич, отвечающий требованиям стандартов европейских стран: водопоглощение 0,9-6,0% (по европейским нормам до 8%), прочность на сжатие до 80 МПа, на изгиб более 20 МПа, морозостойкость F100, прочность на истирание 0,47г/см , химическая стойкость 0,7% (при норме 2%).
Предложены технологические принципы эффективного использования некондиционного глинистого и техногенного сырья для изготовления клинкерного кирпича, реализация которых основана на сочетании оптимальных сырьевых составах, перемешивании обезвоженного отхода с глинистым компонентом карьерной влажности, механоактивации керамической массы и компрессионном формовании сырца с последующей термической обработкой.
Разработан технологический регламент производства клинкерного кирпича на основе легкоплавкого глинистого сырья и алюмо-кальцийсодержащих отходов химического производства.
Утилизируются невостребованные до сих пор отходы, что способствует улучшению экологии и сохранению окружающей среды.
1.5. Реализация результатов исследования. На промышленной базе «ЦНИИГеолнеруд» выпущена промышленная партия клинкерного кирпича. Разработан технологический регламент, который используется на предприятии.
Результаты исследований использованы при разработке технологического регламента на проектирование цеха по производству клинкерных изделий мощностью 100 тыс.м в год на ОАО «Комбинат нерудных материалов» (г.Казань).
На защиту выносятся:
- теоретические положения получения клинкерного кирпича из легкоплавкого глинистого сырья и алюмо-кальцийсодержащих отходов химической промышленности;
- зависимость структуры, фазового состава и свойств керамики на основе легкоплавкого глинистого сырья и алюмо-кальцийсодержащих отходов от состава шихты и технологических параметров производства;
- результаты исследования влияния минеральных добавок на цветовые характеристики клинкерных изделий;
- рациональные составы масс, технологический регламент и технико- экономические показатели производства клинкерных изделий.
1.6. Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на: IV научно-практической конференции «Перспективы развития керамической промышленности России. Новые технологии и оборудование в керамическом производстве» (Москва, 2004 г.); семинаре «Оборудование для производства нерудных строительных материалов» (г.Воронеж, 2005 г.); III Международной научно-практической конференции «Развитие керамической промышленности России» (Москва, 2005г.); IV научно-практической конференции «Развитие керамической промышленности России» (Москва, 2006 г.).
1.7. Публикации. Результаты работы опубликованы в восьми научных статьях.
1.8. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы, включающего 136 источника, и 4 приложений. Работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 32 рисунка и 24 таблицы.
