Введение к работе
Актуальность темы. Кризис в экономике, вызванный дезинтеграци-й единого экономического пространства России, обострил проблемы, тоящие перед промьшіленносгью строительных материалов. В этой си-уации особое значение приобретает повышение качества продукции, эко-гомное и рациональное использование материальных и топливно-«ергетических ресурсов, восполнение дефицита сырьевых материалов. Зля производства строительных материалов в РФ ежегодно добывается іколо 1,5 млрд. т нерудного сырья. В то же время в отвалах и хранилищах промышленных предприятий уже накопилось около 100 млрд. т различиях отходов, что резко обострило экологическую обстановку.
Значительные объемы железосодержащих отходов образуются в гор-горудном и химическом (сернокислотном, сульфитцеллюлозном, анили-юкрасочном) производствах. Указанные отходы могут использоваться в троизводстве керамического кирпича. Однако влияние железосодержащих отходов на структурообразование в глинистых массах, определяющее люйства керамических материалов систематически не изучалось.
В связи с этим исследование влияния железосодержащих добавок -этходов промышленности на реологические свойства и физико-шмические процессы при обжиге глинистых пород, определяющих физико-механические и эксплуатационные характеристики керамического кирпича, является актуальной задачей современного материаловедения, :пособствующей расширению сырьевой базы, снижению энергозатрат и улучшению экологии окружающей среды.
Цель работы. Исследовать влияние железосодержащих добавок на гтруктурообразование глинистых масс при сушке и обжиге, а также разработать технологию керамического кирпича с улучшенными техническими и зксплуатациоіпшми свойствами. В соответствии с этой целью и для ее реализации были определены следующие задачи:
исследовать состав и свойства глинистого пород и железосодержащих добавок - отходов промьшшешюсти;
установить допустимое количество железосодержащих отходов, определяющее оптимальные реотехнологические характеристики формирования коагуляциошгой структуры глинистых масс и выяснить механизм их спекания и структурообразования при обжиге;
разработать составы и технологию изготовления высокомарочного керамического кирпича пластического формования с использованием железосодержащих отходов промьпиленности;
внедрить разработанную технологию в производство стеновых керамических материалов.
Научная новизна.
Установлено, что отходы обогащения железных руд, пиритные огар ки, шламы анилинокрасочной промьпнленности, содержат коллоидны* (гидрогетит, гидрогематит, гидротроилит) и метаколлоидные (гетит, гема тит, пирит) железосодержащие минералы, гелеобразная фаза которых і системе глина-вода пластифицирует гидродисперсию, снижает вязкость предельное напряжение сдвига, энергию деформации и увеличивает зла стичность и период релаксации глинистых паст. Такая пдастификаци; превращает коагуляционную структуру в іслассифіїкационньш тип хороші формующихся глинистых паст, и позволяет снизить формовочную влаж ность от 23 до 18 %.
Показано, что железосодержащие добавки уменьшают чувствитель ность глинистых пород к сушке, повышают их трещішостойкость, а такжі снижают воздушную усадку на 2,0...2,5%, улучшают качество сырца і повышают его прочность на 25...55%. Время сушки сокращается ні 10...15%.
Установлено, что спекание глинистых пород активизируется железо содержащими добавками и протекает по механизму вязкого течения < участием легкоплавкого расплава эвтектического состава. При этом, энер гая активации процесса и температура начала спекания понижаются а 330...350 до 210...250 кДж/моль и от 850,..880С до 790...820С соотвст ственно, интервал спекания расширяется от 130 до 200С, время пре дельной усадки материала сокращается вдвое, а длительность обжига - н; 12...15%.
Выявлено, что процесс образования прочной структуры керамической материала на завершающей стадии обжига протекает активнее в присут ствии добавок, содержащих соединения железа, флюсующее действи* которых в соответствии с закономерностями фазовых равновесий в сие теме Si02-Al203-CaO(MgO)-Fe203(FeO) обуславливает раннее и интен сивное образование расплава пониженной вязкости, криптокристалличе ских фаз, а также равномерное распределение расплава на межфазовьг границах. Это повышает прочность и морозостойкость изделий.
Практическое значение работы.
-
Разработаны составы сырьевых смесей для производства высоко марочных керамических изделий пластического формования из глини стых пород с железосодержащими добавками - отходами промышленно сти.
-
Разработана технология изготовления керамического кирпича, ко торая, как показало ее опробование на Опытном заводе ВНИИСтром і кирпичных заводах Белгородской области и Сибири, улучшает товарньи вид изделий, повышает марку по прочности до М200...300 и морозостой кость до 25-50 и более циклов.
Разработаны и приняты к внедрению технологические регламенты эоизводства керамического кирпича на Белгородском, Волоконовском, ерногорском кирпичных заводах, Кемеровском ЗСМ.
3. Применение железосодержащих добавок улучшает физико-еханические и эксплуатационные характеристики керамического кирпи-1, сокращает производственный цикл и топливно-энергетические затраті на производство, а также решает проблему утилизации отходов.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались и осуждались на научно-технических и научно-методических конференци-* БТИСМ и БелГТАСМ (г. Белгород, 1978...2000 гг.), всесоюзной кон-еренции "Использование отходов промьпдленности и экономия топливо-энергетических ресурсов в производстве керамики" (г. Киев, 1980 г.); :есоюзном научно-техническом семинаре "Новое в технологии стропильной керамики, расширение сырьевой базы, использование попутных родуктов производства" (г. Львов, 1981 г.); краевой научно-технической онференции "Молодежь и научно-технический прогресс" (г. Красноярск, 984 г.); краевой научно-технической конференции "Молодые ученые и пециалисты - народному хозяйству" (г. Красноярск, 1985 г.); секции ох-аны природы Научно-технического совета Минуглепрома СССР Проблемы охраны природы и пути их решения в районах КАТЭК, >ТЭК, ЮЯУК и Кузбасса" (г. Красноярск, 1985 г.); I региональной кон-ісренции "Использование отходов химических и энергетических произ-одств в промышленности строительных материалов" (г. Красноярск, 987 г.); секции технической керамики Научного Совета ГКНТ СССР по ежотраслевой проблеме "Новые неорганические материалы и покрытия а основе тугоплавких соединений" (г. Львов, 1987 г.), VI академических аучных чтениях "Современные проблемы строительного материаловеде-ия" (г. Иваново, 2000 г.), Междунар. научно-практич. конференции Качество, безопасность и ресурсосбережение в промышленности строи-глъных материалов и строительстве на пороге XXI века" (г. Белгород, 000 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 18 научных абот, 2 изобретения.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзо-а литературы, методической части, трех экспериментальных глав, общих ыводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 157 стра-ицах, включающих 24 рисунка и 25 таблиц и 180 литературных источ-иков.
