Инновационные добавки при производстве стеновой керамики

Ключевые слова: производство, сырье, техногенные отходы, технология, добавки, углеобогащение.

В настоящее время актуально использование отходов углеобогащения в производстве строительных материалов. Используют их в качестве добавок: в цемент, керамические изделия; в производстве вяжущих веществ, а также в дорожном строительстве.

Научные исследования и производственный опыт многих предприятий показывают, что использование отходов углеобогащения в смеси с местными глинами позволяют корректировать физико-механические свойства керамических стеновых материалов [1]. В проектах некоторых предприятий по производству стеновых материалов предусматривается использовать техногенные отходы. Наибольшее распространение получило применение отходов углеобогащения в качестве добавок в сырье при производстве кирпича и керамических камней. С применением угольных шламов улучшается качество получаемой продукции, снижается расход технологического топлива. Применение в качестве добавок 1 т отходов гравитации при производстве кирпича сокращает расход топлива на их обжиг. При этом улучшается качество готовой продукции.

Анализ химического состава продуктов переработки углеобогатительных фабрик показал достаточную стабильность содержания окислов Al2O3 и SiO2, что позволяет применять эти продукты как керамическое сырье [2].

Экономическая эффективность использования отходов углеобогащения в производстве керамических стеновых изделий определяется снижением затрат на технологическое топливо, сырье, а также удаление и складирование этих отходов на углеобогатительных фабриках. Максимальный экономический эффект может быть достигнут при использовании отходов углеобогащения на месте их выхода [3].

Кирпичными заводами используются различные добавки из побочных продуктов угольной промышленности для производства керамической продукции. На основе исследований[4] было доказано, что более предпочтительно, для обогащения угольных шламов, является гравитационная сепарация, чем флотационная. Наиболее распространенным методом гравитационного обогащения является отсадка.

Отходы гравитации целесообразнее использовать для дорожного строительства. В этом случае содержание серы не является ограничивающим фактopoм. При фракции породы 0-25 мм и добавки к ней 10 % цемента этот материал применялся в качестве заменителя щебня. Более широко отходы гравитации могут быть использованы для отсыпки земляного полотна шоссейных дорог.

Один из отрицательных факторов использования угольных отходов встроительном производстве является высокое содержание серы (2-7 %). При производстве строительных материалов отходы термически обрабатываются, при этом значительная часть серы в виде окислов выбрасывается в атмосферу с отходящими газами, а очистка газов от серы -сложный и дорогостоящий процесс. Содержание оставшейся в огарке серы также должно быть минимальным, так как она отрицательно влияет на качество изделий. В связи с этим следует отдавать предпочтение не породным отходам, а отходам гравитации, в которых серы значительно меньше (не превышает 3 %).

Наиболее освоена технология использования отходов углеобогащения для производства добавки в керамические кирпичи из глиняной массы [5]. Отходы углеобогащения были применены в производстве кирпича марки 150, соответствующей ГОСТу. Произошла замена сырья: кирпич производили из углеотодов. Доставлялись отходы из фильтрованного отделения углеобогатительной фабрики в цех, в приемные бункера ящичных питателей. Затем ленточным конвейером подавались в щековую и молотковую дробилки. Дробленая порода с размерами частиц 10 мм дозируется в необходимом количестве в шаровую мельницу, где происходит измельчение до размера в 0,5 мм в течение 30 с. Одновременно с измельчением осуществляется сушка породы углеобогащения. Поскольку она имеет повышенную влажность 25% по сравнению с требуемой в 18-20%, сушка производится теплом отходящих дымовых газов. После чего измельченная масса подается в формовочный ленточный безвакуумный пресс. Выходящий из пресса брус разрезается полуавтоматом на кирпичи, которые подают в камерные сушилки. Изделия сушат теплом отходящих дымовых газов, образующимся в результате обжига в напольных кольцевых печах, путем сгорания, содержащегося в шахтной породе топлива. Полученного количества тепла достаточно для обжига и для сушки сырца. Следует отметить, что эти процессы длятся меньше чем при производстве кирпича из глины, так же при этом способе экономия топлива составляет 20%. При производстве партии 1000 шт. кирпичей из угольных отходов бездефектная продукции составляет 97% , и лишь 3% с незначительными дефектами. А при использовании глины на 1000 шт. кирпичей дефект составил 23%. Из этого можно сделать вывод, что производство кирпича из углеотходов хорошая замена глиняному сырью [5,6,7].

Заметна значительна экономия материальных затрат при использовании топливо-содержащих промышленных отходов в качестве добавок в шихту. В кирпичной промышленности применяются отходы обогащения угля, шламы, золы и шлаки, получаемые на ТЭС при пылевидном сжигании топлива. Отходы углеобогащения в производстве глиняного кирпича широко применяются на заводах Украины, Урала и Казахстана.

Если брать Восточный Донбасс (Ростовская область), то на его территории, за более чем стопятидесятилетнюю историю промышленного освоения образовалось 500 отвалов шахт, занимающих большие площади.

Применение отходов углеобогащения улучшает формовочные и сушильные свойства масс, повышает на 1-2 марки прочность обожженного кирпича и снижает расход условного топлива при обжиге на 16 кг на 1000 шт.условного кирпича.

Для производства стеновой керамики отходы углеобогащения являются перспективной сырьевой базой. Наибольший интерес представляют именно угольные шламы, т.к. они являются фактически готовой шихтой для производства керамических изделий. В районах Донбасса, Кузбасса, Карагандинского, Канско-Ачинского угольных бассейнов в местах размещения углеобогатительных фабрик металлургических заводов отходы углеобогащения могут быть использованы для изготовления высокоэффективных керамических изделий, полностью заменяя первичное сырье. Применение местных отходов позволит значительно снизить сырьевые затраты, а также даст возможность изготовлять изделия при незначительном дополнительном расходе топлива. Например, исследованиями, проведенными институтом ВНИИстром, установлено, что для изготовления керамических стеновых материалов из отходов углеобогатительной фабрики Череповецкого металлургического завода потребность в топливе на 1 тыс.шт. изделий составит всего 84 кг усл.топлива.

Проведенный нами анализ выявил, какие исследования в области внедрения отходов углеобогащения в производство строительных материалов были проведены ранее. На основании этого сделан вывод, что в настоящее время актуальным является замена части глиняного сырья техногенными отходами угольного ряда. Главной целью для дальнейших исследований является поиск новых способов производства высокоэффективных керамических камней с использованием только техногенных отходов угольного ряда.