Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Опыт использования техногенных отходов в технологии огнестойких и огнеупорных бетонов. Цель и задачи работы
Глава 2. Материалы и методики исследований
2.1. Отходы Антоновского рудника
2.2. Микрокремнезем Кузнецкого завода ферросплавов
2.3. Продукт высокоглиноземистый (ПВГ)
2.4. Отход производства карбида кремния
2.5. Шамотный порошок от боя шамотного кирпича ОАО "КМК"
2.6. Огнеупорная глина вскрышных пород Изыхского угольного разреза
2.7. Серпентинсодержащее сырье Тейского горнообогатительного комбината
2.8. Высокоуглеродистый шлак Ермаковского завода ферросплавов (Казахстан)
2.9. Феррохромовый (самораспадающийся) шлак Челябинского электрометаллургического комбината
2.10. Методика исследований
Глава 3. Исследование свойств жаростойких мелокозернистых бетонов из вторичных минеральных ресурсов
3.1. Обоснование возможности получения жаростойких бетонов из вторичных минеральных ресурсов
3.2. Жаростойкие бетоны на основе ферросплавной пыли КЗФ и заполнителей из отходов производства кварцита
3.3. Огнеупорные массы для футеровки желобов доменных печей
3.4. Исследование по разработке жаростойких бетонов из серпентин-содержащего сырья
3.5. Огнеупорный бетон на основе ПВГ
3.6. Термодинамическое обоснование реакций возможных в смесях на основе BMP
Выводы по главе 3
Глава 4. Разработка математических моделей для прогнозирования составов и свойств жаростойких бетонов и масс из вторичных минеральных ресурсов
4.1. Принцип действия и назначение натурно-модельного комплекса
4.2. Совместная динамическая оптимизация и уточнение параметров модели нестационарного объекта
4.2.1. Исходные условия для реализации процедуры совместной оптимизации и идентификации
4.2.2. Процедура совместной оптимизации и идентификации решения
Выводы по главе 4
Глава 5. Практические результаты работы
5.1. Рекомендации по производству жаростойких бетонов и масс
5.2. Опытно-промышленное оборудование
5.2.1. Производство кварцитовых бетонных блоков для стен нагревательных колодцев
5.2.2. Огнеупорный бетон для футеровки желобов доменных печей
Список литературы
Приложения
- Микрокремнезем Кузнецкого завода ферросплавов
- Огнеупорная глина вскрышных пород Изыхского угольного разреза
- Обоснование возможности получения жаростойких бетонов из вторичных минеральных ресурсов
- Совместная динамическая оптимизация и уточнение параметров модели нестационарного объекта
Введение к работе
Актуальность. В связи с истощением запасов природных сырьевых ресурсов и резким повышением стоимости энергоресурсов в стране, производство жаростойких бетонов и изделий по традиционным технологиям становится нерентабельным. В то же время имеются огромные запасы вторичных минеральных ресурсов (отходов горного, обогатительного, металлургического и др. производств), в которых содержатся необходимые минералы для создания жаростойких бетонов и масс, не уступающих по эксплуатационным свойствам изготовленным их природных ресурсов.
Однако, местные материалы и отходы промышленности , как правило, не отвечают требованиям, предъявляемым к сырьевым материалам для бетонов. Бетоны на этом сырье неэффективны, так как отличаются повышенным расходом связующего, затруднен подбор их состава и прогнозирование свойств.
Решение задачи повышения эффективности жаростойких бетонов и масс связано с широким использованием вторичных минеральных ресурсов в виде заполнителей, наполнителей и связующих с использованием механохимической технологии переработки составляющих.
Работа выполнялась по тематическому плану (заданию) НИР, утвержденному Министерством образования и науки Российской Федерации по теме «Разработка концепции создания новых композиционных жаростойких бетонов и масс из вторичных минеральных ресурсов с использованием механохимии» (фундаментальное исследование). Регистрационный № НИР 1.1.00.
Цель и задачи. Целью диссертации является разработка эффективных жаростойких бетонов и масс исключительно на основе вторичных природных ресурсов.
Для решения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
обосновать возможностьь создания жаростойких бетонов и масс с высокими эксплуатационными свойствами исключительно из вторичных минеральных ресурсов;
исследовать химический и минералогический составы , физические свойства и структуру вторичных минеральных ресурсов для создания жаро-стойких бетонов и масс;
разработать способы подготовки вторичных минеральных ресурсов для практического использования в технологии жаростойких бетонов;
установить зависимости структуры и свойств жаростойких бетонов на основе вторичных минеральных ресурсов от главных факторов;
разработать рекомендации по производству жаростойких бетонов на основе вторичных минеральных ресурсов и провести производственное опробование.
Научная новизна
обоснована возможность повышения эффективности жаростойких бесцементных мелкозернистых кремнеземистых бетонов и масс исключительно из отходов производства: шламовых кварцитов ( в качестве заполнителя), технического жидкого стекла , получаемого путем растворения ферросплавной пыли щелочью ( в качестве связующего) феррохромового самораспадающегося шлака ( в качестве отвердителя), подвергнутых меха-нохимической активации и обеспечивающих получение стабильных новообразований;
с помощью методов электронной микроскопии, рентгенострук-турного и дифрактометрического анализов установлены основные компоненты , обеспечивающие огнеупорность , термостойкость, шлако- и чугу-ностойкость материалов соединениями: кремния (S1O2, SiC, S13N4), алю-
миния (А1203), кальция и магния (CaO , MgO ), железа и хрома (Fe203 , Сг203);
обоснован компонентный состав жидкостекольного вяжущего на основе микрокремнезема и едкого натра, отверждаемого с помощью самораспадающегося феррохромового шлака;
обоснован состав огнеупорной массы , обеспечивающей огнестойкость до 1800С, в которой в качестве заполнителя используются отходы абразивного производства и отходы производства карбида кремния и огнеупорной глины в качестве связующего;
обосновано получение муллита шпинельной структуры при температуре 1100С вместо 1400С за счет механохимической активации , обеспечивающей взаимодействие между компонентами , при котором происходит переход некоторой части катионов А13+ из октаэдрических позиций в тетраэдрические и пентаэдрические;
получены зависимости огнестойкости, прочности, усадки, термостойкости, шлако- и чугуностойкости бетонов и масс на основе вторичных минеральных ресурсов от характеристик состава, структуры и параметров механохимической активации;
получены математические модели и алгоритм для создания бетонов и масс и прогнозирования их свойств от минерального состава вторичных минеральных ресурсов.
Практическая значимость работы
- разработана технология изготовления технического жидкого
стекла на основе отходов производства ферросплавов и феррохромового
распадающегося шлака безавтоклавным способом , обеспечивающего по
лучение связующего для жаростойких бетонов и масс с силикатным моду
лем 2-3.01 и плотностью 1.36-1.45 г/см3;
разработаны составы кварцитовых огнеупоров , состоящих из кварцитовых песков феррохромового шлака и технического жидкого стекла с огнеупорностью 1785 С, пористостью менее 17%, прочностью при сжатии 27.6 МПа, средней плотностью 2400 кг/м3;
разработаны составы огнеупорной массы с заполнителе из отходов абразивного производства , отхода производства карбида и связующего из огнеупорной глины, обеспечивающей огнеупорность до 1800 С, термостойкость до 46 теплосмен при 800 С и усадку 0.2%;
разработаны составы жаростойких бетонов и масс со службой до 800 С и 1200 С на заполнителях из местных серпентинсодержащих природных материалов и отходов асбестодобывающих горнообогатительных предприятий ( хризотил Mg3 (Si40io) (OH)s, антигорит Mg3 (Si205) (OH)4 ), прошедших предварительную термическую обработку при 700С и 1000 С вместо шамота и обеспечивающих среднюю плотность 2.2-2.25 г/см3 , предел прочности при сжатии после обжига 24 МПа, термостойкость при 800С 35 водных теплосмен;
разработаны технологии производства огнестойких бетонов и масс , включающие процессы механохимической активации и термической обработки вторичных минеральных ресурсов.
Внедрение результатов исследований:
разработаны рекомендации по производству жаростойких бетонов и масс на основе вторичных минеральных ресурсов;
осуществлено опыто-промышленное внедрение указанных рекомендаций :
на ОАО «ЗСМК» при изготовлении кварцитовых жаростойких бетонов для стен нагревательных колодцев;
на ОАО Кузнецом металлургическом комбинате при изготовлении желобов доменной печи.
Апробация работы
Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались: на научно-практических семинарах «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологий из вторичных минеральных ресурсов», проводимых ежегодно в г. Новокузнецке на международных выставках-ярмарках «Архитектура и строительство», в рамках Федеральной целевой программы «ИНТЕГРАЦИЯ» (Госконтракт М 0157, направление 1,6/1999-2004 годы
На втором международном научно-техническом семинаре «Нетрадиционные технологии в строительстве», 30 мая - 1 июня 2001 г. в г. Томске (ТГАСУ).
На 6Ш международном симпозиуме «Utilization of High Strength I High Performance Concrete», июнь 2002 г., в г. Лейпциг (ФРГ).
На международной конференции «Архитектура и строительство: наука, образование, технологии, рынок» в честь 100-летия арх.-строит. образования в Сибири и 50ш летия ТГАСУ, секция «Создание высококачественных строительных материалов и изделий, разработка ресурсосберегающих, экологически безопасных технологий в стройиндустрии», 11-12 сентября 2002 г. в г. Томске (ТГАСУ).
На Всероссийской научно-практической конференции 19.10.2001 г. в г. Анжеро-Судженске, проводимой КемГУ.
На 6т международной конференции «Технологии бетона для развивающихся стран», 21-23 октября 2002 г. в г. Амман (Иордания).
На международной конференции «Recycling and Reuse of Waste Materials» в г. Данди (Великобритания) 3-4 сентября 2003 г.
На Дальневосточном инновационном форуме «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов», 23-26 сентября 2003 г., в г. Хабаровске - Комсомольске-на-Амуре (ХГТУ).
На региональной конференции «Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономические и социальные аспекты», 9-11 октября 2003 г. в г. Новокузнецке.
На международном конгрессе «Современные технологии в промышленности строительных материалов и строииндустрии», проводимом Ассоциацией ученых и специалистов в области строительного материаловедения в БГТУ (г. Белгород), май 2003 г.
На 8Ш международном семинаре «Цемент и строительные материалы», 18-21 ноября 2003 г. (Нью-Дели, Индия).
На региональной научной конференции «Наука и молодежь: Проблемы, поиски, решения» в г. Новокузнецке, 24-25 декабря 2003 г.
На научно-практическом семинаре «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологий из вторичных минеральных ресурсов», 2-6 февраля 2004 г. в г. Новокузнецке в рамках выставки-ярмарки «Архитектура и строительство».
На II международной научно-практической конференции
«ЭКОЛОГИЯ: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И ЗДОРОВЬЕ» В апреле
2004 г. в г. Белгороде (БГТУ им. В.Г. Шухова).
На 8м международной конференции «Летучая зола, силикатный дым, шлак и природные пуццоланы в бетоне», 23-29 мая 2004 г. в г. Лас-Вегас (США).
На международной научно-практической конференции «Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках международной выставки-ярмарки «уголь РОССИИ и МАЙнинГ», 8-11 июня 2004 г. в г. Новокузнецке.
На 3— международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», 12-17 сентября 2004 г. в г. Бишкеке .
На международной конференции «стратегия развития МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА В XXI ВЕКЕ», 11-15 октября 2004 г. в г. Москве.
На защиту выносятся
- теоретические положения о повышении эффективности жаро
стойких бетонов и масс с высокими эксплутационными свойствами ис
ключительно из вторичных минеральных ресурсов;
основные компоненты , обеспечивающие огнестойкость, шлако- и чугунеустойчивость бетонов и масс, определенные с помощью электронной микроскопии, рентгеноструктурного и дифрактометрического анализов материала;
обоснование компонентного состава жаростойких материалов , подвергаемых механохимической и термической обработке, для получения бетонов с высоким комплексом эксплуатационных свойств;
зависимости основных физических и механических свойств огнестойких бетонов от параметров состава и технологических факторов;
технологии механохимической и термической активации вторичных минеральных ресурсов для получения бетонов с заданными свойствами;
технологии получения жаростойких бетонов и масс исключительно из активированных вторичных минеральных ресурсов;
результаты опытно- промышленного внедрения наиболее эффективных разработок.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов,
списка использованной литературы из наименований, и приложений.
(* Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит
рисунка и таблицы.
'*
Микрокремнезем Кузнецкого завода ферросплавов
В настоящее время в мире общий объем выпуска огнеупорной продукции составляет 22-25 млн. т, причем преимущественно в виде формованных (прессованных) обжиговых изделий (до 70%) [1]. Кроме того, основная масса их производства осуществляется из дорогостоящих ограниченных природных ресурсов (магнезиты, доломиты, огнеупорные глины, кварциты, природные корунды, каолин, муллит, периклаз, графит и др.) и искусственно созданных материалов по высокоэнергоемким технологиям, применяемых в качестве связки (цементы, в том числе глиноземистые, магнезиальные, жидкое стекло, канцерогенные фосфаты, пеки, смолы), отвердителей (кремнефтористый натрий, фосфаты), в качестве заполнителей спеченные или электроплавленные огнеупорные материалы и т.д.
На территории страны за Уралом до Дальнего Востока по существу отсутствует производство огнеупоров и огнестойких бетонов для футеро-вок высокотемпературных агрегатов, а их доставка значительно удорожает стоимость продукции (кокса, чугуна, металлопроката, алюминия и др.) до 20% в себестоимости. Применяемые огнестойкие бетонные массы содержат в своем составе канцерогенные вещества, пагубно влияющие на организм человека (каменноугольные смолы, пек, кокс, фтористые, фосфатные и сернистые соединения). Требуется создание новых огнестойких бетонов и масс по приемлемым ценам для строительства уникальных объектов, противостоящих огню и взрывам.
Ежегодно в мире по данным ЮНЭСКО добывается и перерабатывается свыше 120 млрд. тонн минеральных и горючих ископаемых (по 20 тонн на человека) [2]. От этой огромной массы по данным академика Б.Н. Ласкорина [3] используемые компоненты составляют максимум 30-40%, что свидетельствует о перемещении и накоплении огромного количества вещества, изъятого из естественных условий нахождения в геосфере, переработанного, преобразованного и превращенного в отходы (60-70%).
По физическому состоянию к огнеупорным бетонам относятся: бетонные изделия, имеющие определенную геометрическую форму и размеры (формованные огнеупоры); бетоны неформованные, т.е. не имеющие определенной формы и размеров: готовые к применению (массы) или употребляемые после смешения с затворителем (смеси) [4].
В Японии выделяют особую, третью группу - высокотемпературные материалы [1]. Они же предлагают и свою химическую классификацию огнеупоров (таблица 1).
По характеру термической обработки огнеупорные изделия классифицируют на обожженные, безобжиговые и плавленолитые. Обожженные или обычные огнеупоры упрочняются и уплотняются за счет обжига сформованных изделий, при котором происходит спекание компонентов. У безобжиговых упрочнение, заданные огнеупорные и другие свойства приобретаются в процессе их изготовления в результате образования определенных химических соединений. Примером такой продукции служат, в частности, армированные безобжиговые магнезиальные изделия в металлических кассетах. Электроплавленные литые изделия получают с помощью нагрева смеси сырых материалов до полного расплавления с последующей разливкой по формам. Затем отлитые изделия отжигают. Специфической особенностью плавленолитых изделий является сохранение стабильной формы.
Кроме указанных типичных примеров существуют следующие классификации огнеупоров: по виду сырья (динасовые, шамотные, пирофиллитовые, силлима-нитовые, магнезитовые, хромитовые, углеродистые и др.); по основному минералогическому составу (кварцевые, муллитовые, форстеритовые, магнезитовые, шпинельные, корундовые и т.п.); по применению (доменные, конверторные, ковшовые, огнеупоры для плавильных, коксовых, вращающихся печей, сифонный кирпич, огнеупоры для стекловаренных, атомных и других печей); по геометрической форме (прямоугольные нормальные, фасонные, тигельные, неформованные и т.п.); по торговым маркам, т.е. по фирменным названиям (синтеркорунд, корхарт, радекс, сименсит, GH, корунакоракс, арекс, катарон, райтекс).
Огнеупорные бетоны предназначаются для изготовления блочных и монолитных футеровок тепловых агрегатов и их элементов, а также для ремонта огнеупорной кладки [4].
Существуют следующие подразделения неформованных огнеупоров [1]: - огнеупорные бетоны на гидравлических, воздушнотвердеющих вяжущих, цементе, минеральных клеящих веществах, органических вяжущих и клеящих веществах и на химических связках; - пластичные набивные массы, применяемые в сухом или увлажненном виде, содержащие термически или химически твердеющие связки и обладающие пластичностью в затворенном состоянии (после укладки проводят набивку массы, используя ручные и пневматические трамбовки);
Огнеупорная глина вскрышных пород Изыхского угольного разреза
Известно [1,4,5,22,23,24,25], что для огнеупоров, работающих в ки слой среде, основным сырьем (в качестве заполнителя) служат кварциты (например, Первоуральские для производства динасовых изделий). В Куз бассе имеется Антоновское месторождение кварцитов (в районе г. Анже ро-Судженска), которое разрабатывает АО "Антоновское рудоуправление".
Кварциты Антоновской группы месторождений детально исследовались учеными ТІ НУ (г. Томск) [26]. Они выдерживают без растрескивания нагрев до 1200С, не спекаются, для них не характерны нежелательные аллотропные изменения при нагревании с образованием кристаболита. Не содержат радиоактивных, тяжелых и ядовитых или токсичных элементов, во вредных для человека концентрациях. Могут использоваться в качестве сырья в металлургической, медицинской, электронной, стекольной, цементной, строительной, производстве фарфора, карбида кремния (карборунда) и других отраслях. -37 Крупная фракция добываемых на руднике кварцитов поставляется ферросплавным, алюминиевым заводам и, частично, металлургическим комбинатам. Мелкая фракция кварцитов, не находившая потребителя, складировалась в отвалы. Наши экспериментальные и промышленные испытания показали, что отмытые и измельченные отвальные Антоновские кварциты пригодны для получения качественных огнеупорных бетонов и изделий.
Кварцит - метаморфическая горная порода, состоящая в основном из зерен кварца. В качестве минеральных примесей в кварцитах содержится: мусковит, хлорид, гематит, графит, кианит и др. Кварциты плотной структуры, твердость по МООСУ равна 7, светло и темносерые. Зерна кварца неправильной формы, размером 0,05-0,30 мм с зазубренными краями. Они плотно прилегают друг к другу, имеют зубчатое сцепление. Цемент отсутствует. Водопоглощение 0,10%, кажущаяся плотность 2,64 г/см , плотность 2,65 г/см .
Микрокремнезем (microsilica, silica fume) нашел широкое применение в строительной индустрии Европы и Америки с вовлечением его в бетоны нового поколения и различного назначения с суперпоказателями по прочности , водо и морозостойкости, стойкости к сульфатной и хлоридной агрессии, воздействию слабых кислот, морской воде, низким и высоким температурам. Он позволяет экономить до 45% вяжущего. Это уникальный отход (теперь продукт).
За 30 последних лет ведущими учеными многих стран, в т.ч. Норвегии, США, Канады, Франции, Англии, Японии, России и др. разработаны теоретические основы, составы, технологии, рекомендации и основные направления по рациональному использованию микрокремнезема в строительстве зданий, сооружений и автодорог [27,28,29,30].
Микрокремнезем образуется в процессе производства ферросилиция и представляет собой конденсированную аэрозоль. По общей классификации он относится к категории дымов.
Данные химического (таблица 2.2) и спектрального анализа на редкоземельные и токсичные металлы (таблица 2.3) показывают, что в нем содержится в основном диоксид кремния (от 90 до 96%), а остальные оксиды и редкоземельные элементы не представляют промышленного интереса.
Это супердисперсная пыль (недаром ее на международном языке называют силикатным дымом, или белой сажей) с удельной поверхностью от 2000 до 3000 м2/кг.
Исследование методом гамма-спектрографического анализа на показатели радиоактивности в лаборатории радиационного контроля отделения радиационной гигиены Госсанэпиднадзора г. Новокузнецка по ГОСТ 30108-94 показало, что согласно нормам радиационной безопасности, действующим в настоящее время (НРБ-99 СП 2.6.1.758-99, п. 5.3.4), микрокремнезем ОАО "КЗФ" соответствует первому классу АЭфф. (Аэфф 370 Бк/кг) и может использоваться без ограничений. Данные приведены в таблице 2.4.
Имеется "Санитарно-эпидемиологическое Заключение", выданное Государственной Санитарно-эпидемиологической службой Российской Федерации 08.04.2002 года № 42.19.04.570Л.000054.04.02, согласно которому микрокремнезем ОАО "Кузнецкие ферросплавы" по области применения соответствует первому классу санитарной, в том числе, радиоактивной безопасности (использование без ограничений).
Обоснование возможности получения жаростойких бетонов из вторичных минеральных ресурсов
В настоящее время объем выпуска огнеупорной продукции в мире составляет 22-25 млн. т, причем преимущественно в виде формованных (прессованных) обжиговых изделий (до 70%) [1]. Кроме того, основная масса их производства осуществляется из дорогостоящих ограниченных природных ресурсов (магнезиты, доломиты, огнеупорные глины, кварциты, природные корунды, каолин, муллит, периклаз, графит и др.) и искусственно созданных материалов по высокоэнергоемким технологиям, применяемых в качестве связующего (цементы, в том числе глиноземистые, магнезиальные, жидкое стекло, канцерогенные фосфаты, пеки, смолы), от-вердителей (кремнефтористый натрий, фосфаты), в качестве заполнителей спеченные или электро-плавленные огнеупорные материалы и т.д.
На территории страны за Уралом до Дальнего Востока по существу отсутствует производство огнеупоров и огнестойких бетонов для футеро-вок высокотемпературных агрегатов, а их доставка значительно удорожает стоимость продукции (кокса, чугуна, металлопроката, алюминия и др.) до 20% в себестоимости. Применяемые огнестойкие бетонные массы содержат в своем составе канцерогенные вещества, пагубно влияющие на организм человека (каменноугольные смолы, пек, кокс, фтористые, фосфатные и сернистые соединения).
Ежегодно в мире по данным ЮНЭСКО добывается и перерабатывается свыше 120 млрд. тонн минеральных и горючих ископаемых (по -55 тонн на человека), в Кузбассе до 300 тонн (или в 15 раз больше) [2]. От этой огромной массы по данным академика Б.Н. Ласкорина [3] используемые компоненты составляют максимум 30-40%.
Современная промышленность выпускает десятки тысяч наименований разнообразной продукции. Причем в сферу материального производства вовлекается во много раз больше исходного сырья, чем выпускается готовых продуктов. Главными поставщиками многотоннажных промышленных ресурсов является добывающая промышленность, черная и цветная металлургия, электроэнергетика, химическая и т.д. (которые превалируют у нас в Кузбассе). Многие промышленные минеральные отходы (лучше вторичные минеральные ресурсы - BMP) по своему составу и свойствам близки к природному сырью и являются источником техногенного сырья в первую очередь для строительства, промышленности строительных материалов, новых огнестойких бетонов и масс [33]. Появился даже новый термин «техногенные месторождения» [34]. Эти месторождения должны стать альтернативной сырьевой базой для многих отраслей, и она должна изучаться и оцениваться строже, чем месторождения природного сырья [33,35].
Однако использованию техногенных отходов уделяется недостаточное внимание. Даже в Программе ООН по окружающей среде, предусматривающей решение глобальных проблем ее загрязнения, проблема использования отходов не нашла должного отражения
Появившиеся в последние десятилетия техногенные месторождения являются результатом интенсивного развития горнодобывающей и перерабатывающей промышленности. Техногенные месторождения - это скопления минеральных веществ на поверхности Земли или в горных выработках, представляющих отходы горного, обогатительного, металлургического и других производств и пригодные по количеству и качеству для промыш -56 ленного использовании [36], которое становится возможным по мере развития технологии его переработки и изменения экономических условий.
Особенностями техногенных месторождений являются: 1) расположение в промышленно развитых районах (не нужно освоение); 2) месторождения находятся на поверхности, и материал в них преимущественно раздроблен; 3) количество искусственных минеральных форм, которые образуются в техногенных месторождениях, превышает 30000, что значительно превосходит число известных в настоящее время природных минералов, составляющее около 3300 [37].
Россия является практически единственной страной в мире, которая обеспечивает себя почти всеми видами минеральных ресурсов (минерал -твердое неметаллическое или металлическое вещество, образующееся в земной коре под воздействием природных процессов). Однако и здесь отслеживается тенденция к их исчерпанию, в особенности в традиционных центрах добычи и переработки металлов (Урал и Кузбасс) [38]. Использование вторичных минеральных ресурсов требует особой оценки отвалов.
Совместная динамическая оптимизация и уточнение параметров модели нестационарного объекта
В 1960-1980 гг. в строительном производстве благодаря научным исследованиям К.Д. Некрасова, А.П. Тарасовой, Т.В. Кузнецовой и др. [56, 57, 58, Жаростойкий бетон. Труды НИИЖБ. Под ред. К.Д.Некрасова// М.: Стройиздат, 1964, -292 с] широкое применение получило жидкостеколь-ное вяжущее и жаростойкие бетоны на его основе [59].
Преимущества бетона на жидком стекле является быстрое твердение, высокие адгезионные свойства, достаточно большая химическая и термическая стойкость. Такой бетон минимально теряет прочность после дегидратации по сравнению с традиционным жаростойким бетоном с алю-минатным цементом [56].
Однако исследователи В.Н.Соков [59,60] и другие [61] отмечают, что основной трудностью в технологии изготовления бетона с жидкосте-кольным вяжущим является образование на поверхности всех зерен заполнителя сплошных пленок связующего минимальной толщины. Так, согласно нормативной документации [62,63], когда применяется вязкое связую-щее (плотность жидкого стекла - 1,36-1,4 г/см ), в бетоне образуются толстые клеевые прослойки, которые при высыхании становятся источником образования микротрещин, а под воздействием высоких температур способствуют пластическим деформациям бетона. С.Д.Тепляковым [64] установлено, что при применении в смеси с жидким стеклом кварцевого заполнителя толщина пленок вокруг кварцевых зерен составляет 1,0-2,5 мкм.
В то же время, при использовании высокоплотного жидкого стекла неизбежно большой его расход в бетонной смеси означает высокое содержание в бетоне щелочного компонента, который является плавнем и явно уменьшает температуру применения бетона. Уменьшение плотности жидкого стекла приводит к значительному снижению прочности бетона после твердения и сушки.
В предложенной исследователями [61,65] новой технологии, применяющей безводную силикат-глыбу, достигнуты дискретные клеевые контакты и отсутствие сплошных пленок связующего. Недостатком этой технологии являются высокие энергозатраты на помол вяжущего и обязательная для формирования конечного продукта тепловая обработка бетона.
Идея применения низкоплотного жидкого стекла (плотностью 1,2-1,3 г/см3 ), нашла применение в технологии изготовления безобжиговых легковесных шамотных изделий путем теплосиловой обработки формовочных масс с гранулами полистерола [60,66]. Эта технология предполагает самоуплотнение структуры бетона за счет вспучивания гранул полистерола и создания вокруг огнеупорных компонентов бездефектной тонкой пленки, достаточной для их склеивания.
В наших исследованиях для разработки нового состава и технологии суперогнестойкого бетона из вторичных минеральных ресурсов для футеровки тепловых агрегатов в качестве связки на основе микрокремнезема было получено и применено так называемое техническое жидкое стекло (ТСЖ) методом прямого растворения его щелочью (едким натрием) [46,60,61].
ТЖС, получаемое по этой технологии, отличается от товарного жидкого стекла количеством нерастворимых и растворимых примесей (CaO, S03). При использовании ТЖС как связки, вяжущие свойства его по сравнению с товарным жидким стеклом практически не изменяются. Исследования показали, что имеющийся в ТЖС твердый (нерастворимый в щелочах) тонкодисперсный осадок (до 46%) повышает огнестойкость связки по сравнению с товарным жидким стеклом на 250-300С (1450 - 1500С вместо 1200 у жидкого стекла), что повышает стойкость и огнеупорность создаваемого огнеупорного бетона [46], то есть решаются вышеуказанные проблемы.
