Керамический композит матричной структуры с применением нефтешламов
Исследование бурового шлама с месторождений Оренбургской области. Применение его в производстве керамических изделий по технологии предварительной грануляции и последующего прессования. Роль жидкого стекла в формировании гранул и синтезированного камня.
| Рубрика | Строительство и архитектура |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 28.07.2017 |
| Размер файла | 647,6 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Керамический композит матричной структуры с применением нефтешламов
К.М. Вдовин
Оренбургский государственный университет, Оренбург
Аннотация: Изучены особенности составов и свойств бурового шлама с месторождений Оренбургской области, возможность их применения в производстве керамических изделий по технологии предварительной грануляции исходного сырья и последующего прессования. Выявлена роль жидкого стекла в формировании гранул и свойств синтезированного камня.
Ключевые слова: буровой шлам, техногенное сырье, грануляция, прессование, керамический композит матричной структуры
Благодаря комплексу высоких физико-механических, теплофизических свойств, архитектурной выразительности и долговечности стеновая керамика на протяжении столетий и до настоящего времени занимает лидирующую позицию на строительном рынке.
Однако данные показатели керамические изделия приобретают только при использовании в производстве качественного сырья. Вместе с тем, в последние десятилетия в Оренбургской области наблюдается уменьшение промышленных запасов глин и суглинков, что обуславливает необходимость использовать новые виды сырья, в том числе и техногенные продукты промышленности.
На территории Оренбуржья располагаются месторождения нефти и газа, добыча которых приводит к образованию шламохранилищ. Поэтому особый интерес представляют шламы, образованные при бурении нефтяных и газовых скважин, как продукт параллельного накопления.
В многообразии промышленных отходов нефтяной промышленности буровой шлам это наиболее массовый техногенный продукт. Только за период 2014г. на территории области было накоплено свыше 6млн тонн бурового шлама и шлама нефтеочистки[1]. При этом нельзя не затронуть экологическую составляющую данной проблемы, так как буровой шлам является опасным производственным отходом, IIкласса опасности, что негативно влияет на окружающую среду региона в целом[2].
Процесс утилизации шлама экономически не выгодный, в связи с чем, буровой шлам складируется на территории вблизи с буровой. Несмотря на существующие методики и технологии утилизации, не существует типового решения, которое позволило бы решить данную проблему[3,4].
При этом использование бурового шлама для получения строительной керамики с требуемыми эксплуатационными характеристиками может выступать как альтернатива к решению данного вопроса, при этом данное сырье будет в 2-3 раза дешевле природного, так как оно уже разработано и готово к использованию[5].
В работе исследована возможность применения техногенного сырья - бурового шлама с объектов ПАО «Оренбургнефть» и глина с карьера Бузулукского месторождения в производстве керамических изделий матричной структуры.
Минералогический состав бурового шлама по результатам лаборатории «Геологии и геофизики» СГАСУ сложный (табл. 1). Большой процент занимают частицы кальция в виде кальцита?17 %, кварца, полевые шпаты. В меньшей степени присутствует доломит, барит, аргонит, магнезит, барит, гипс, гидрослюды и глинистые минералы в виде каолинита.
Таблица 1 - Минералогический состав нефтешламов
|
Наименование |
Минеральный состав, содержание, % масс. |
|||||
|
Кварц |
Кальцит |
Доломит |
Полевой шпат |
Гидрослюда |
||
|
Буровой шлам месторождений ПАО «Оренбургнефть» |
24,3 |
17,39 |
6,86 |
25,32 |
18,56 |
Как показали ранее проведенные эксперименты[6], буровой шлам является трудно спекаемым и непластичным материалом (табл. 2)
Таблица 2 - Химический состав проб минеральной части бурового шлама
|
Наименование |
Химический состав, % |
|||||||||
|
SiO2 |
Fe2O3 |
CaO |
MgO |
SO3 |
R2O |
Al2O3 |
п.п.п |
? |
||
|
Буровой шлам месторождений ПАО «Оренбургнефть» |
23,84 |
10,8 |
21,28 |
2,28 |
1,81 |
10,83 |
3,72 |
29,24 |
100,08 |
При приготовлении смеси в качестве связующего применялось жидкое стекло по ГОСТ 13078-81,котороеодновременно играет роль отвердителя на этапе сушки и плавня при обжиге [7].
В настоящее время в производстве керамического кирпича с использованием неспекаемого, непластичного сырья широко применяется метод полусухого прессования[8], разновидностью которого является способ получения керамического композита матричной структуры из гранулированных шихт[9].
В ходе проведения эксперимента сырьевые материалы в виде бурового шлама и глины проходили сушку и помол до класса -0,3 мм с дальнейшей грануляцией на турбопластовом смесителе - грануляторе ТС-020 ООО «Дзержинсктехномаш» до момента образования гранул размером 1-3мм. Опытное количество жидкого стекла вводилось в смесь при грануляции методом распыления.
Изменение размера частиц гранулята зависит от скорости вращения лапоток смесителя и количества натриевого жидкого стекла предварительно разведённого до плотности 1,4ч1,42 г/см3. Параметры исходного сырья гранулята приведены в таблице 1, внешний вид представлен на рис. 1.
|
|
|
|
а) б) в)
а - 18,28 %, б - 18,76 %, в - 18,22 %
Рис. 1 - Внешний вид гранул бурового шлама при скорости вращения лопаток 150 рад/с и влажности массы
Таблице №3. Параметры гранулята
|
№обр. |
Состав шихты, % по массе |
Масса загрузки, гр |
Кол-во жидкого стекла, мл |
Кол-во оборотов турболопасти, об/мин. |
Влажность гранулята, % |
|
|
1-1 |
Шлам 70 Глина 30 |
1000 |
170 |
1500 |
18,76 |
|
|
1-2 |
||||||
|
1-3 |
||||||
|
2-1 |
Шлам 30 Глина 70 |
1000 |
160 |
1500 |
18,22 |
|
|
2-2 |
||||||
|
2-3 |
||||||
|
3-1 |
Шлам 20 Глина 80 |
1000 |
160 |
1500 |
18,28 |
|
|
3-2 |
||||||
|
3-3 |
||||||
|
4-1 |
Глина 100 |
1000 |
140 |
1500 |
15,42 |
|
|
4-2 |
||||||
|
4-3 |
Полученные результаты указывает на то, что увеличение содержания в шихте шлама приводит к повышению расхода жидкого стекла, в тоже время влажность, внешний вид, форма полученных гранул при постоянной скорости вращения турболопастей практически одинаковы.
Из полученных пресс-гранул были отформованы образцы в виде цилиндров (по 3 образца для каждого состава) при давлении прессования 8 МПа (рис. 2). шлам керамический грануляция камень
Рис. 2 - Свежеотформованные образцы - сырец
Сушка производилась при температуре 100 оС до постоянной влажности в течение 7 часов с последующим обжигом в муфельной печи при температуре 1100 оС и выдержкой образцов в течение 60 минут (рис. 3).
Рис. 3 - Обожженные образцы
На полученных образцах по стандартной методике были определены основные показатели. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Введение натриевого жидкого стекла в качестве добавки способствует процессу обжига по механизму жидкофазного спекания по схеме, предложенной К.К. Стреловым и И.Д. Кащеевым [7]. Высокая шероховатость частиц керамики способствует распределению жидкой фазы по поверхности частиц твердой фазы по механизму растекания. В результате данных процессов происходит сцепление между собой гранул из малопластичного неспекаемого сырья, а при охлаждении их - упрочнение.
Увеличение содержания в шихте шлама приводит при одинаковых технологических условиях к снижению механической прочности образцов на 36 %, средней плотности на 30,2 %, увеличению водопоглощения на 24,6 %. Вместе стем, даже при существенном снижении физико-механических свойств образцов, в состав которых вводилось 70 % шламов, предел прочности при сжатии остается достаточно высоким - 10,3 МПа, а комплекс исследованных свойств позволяет утверждать возможность получения изделий стеновой керамики конструкционного назначения - кирпича марок М75, М100[10],а также конструкционно-теплоизоляционного.
Таблица №4 - Результаты испытания керамических образцов
|
№обр. |
Состав шихты |
Давление прессования, МПа |
Влажность шихты, % |
Средняя плотность, кг/м3 |
Водопоглощение, % |
Предел прочности при сжатии, МПа |
|
|
1-1 |
Шлам 70% Глина 30% |
8 |
8,56 |
1267,2 |
20,1 |
10,10 |
|
|
1-2 |
8 |
8,58 |
1264,5 |
20,3 |
10,40 |
||
|
1-3 |
8 |
8,67 |
1240,4 |
20,5 |
10,40 |
||
|
Среднее |
8,6 |
1254,4 |
20,3 |
10,30 |
|||
|
2-1 |
Шлам 30% Глина 70% |
8 |
9,93 |
1493,0 |
17,48 |
13,10 |
|
|
2-2 |
8 |
9,90 |
1480,4 |
17,60 |
13,26 |
||
|
2-3 |
8 |
10,04 |
1457,9 |
17,73 |
13,23 |
||
|
Среднее |
10,0 |
1477,1 |
17,61 |
13,20 |
|||
|
3-1 |
Шлам 20% Глина 80% |
8 |
11,13 |
1617,8 |
16,33 |
15,88 |
|
|
3-2 |
8 |
11,04 |
1637,7 |
16,35 |
15,54 |
||
|
3-3 |
8 |
11,23 |
1628,4 |
16,40 |
15,74 |
||
|
Среднее |
11,1 |
1628,0 |
16,36 |
15,72 |
|||
|
4-1 |
Глина 100% |
8 |
10,01 |
1801,2 |
15,19 |
16,36 |
|
|
4-2 |
8 |
9,79 |
1806,9 |
15,08 |
17,72 |
||
|
4-3 |
8 |
10,07 |
1784,7 |
15,67 |
14,59 |
||
|
Среднее |
10,0 |
1797,6 |
15,31 |
16,23 |
Таким образом, полученные результаты позволяют утверждать:
1. Целесообразность применения нефтяного бурового шлама в производстве изделий стеновой строительной керамики.
2. Получение керамического кирпича из малопластичного неспекаемого сырья выполнимо при следующих условиях:
-помол сырья до класса -0,3мм;
-введение в состав шихты дополнительного количества плавня;
-отработки оптимальной скорости образования гранул и влажности.
Литература
1. Жуков, А.А. Результаты контрольно-надзорной деятельности в части обращения с отходами производства и потребления Управления Росприроднадзора по Оренбургской области по итогам 9 месяцев и задачи на IV квартал 2012 года.// Оренбург: Упр-ние Росприроднадзора, 2012. - 6 с.
2. Кувыкин, Н.А., Бубнов А.Г., Гриневич В.И. Опасные промышленные отходы // Иван. гос. хим.-технол. ун-т., 2004. - 148 с.
3. Баширов В.В. и др. Техника и технология поэтапного удаления и переработки амбарных шламов. - М.: Высш. шк., 1992-120с.
4. Танатаров М.А. и др. Опыт утилизации нефтешламов ЛПДС "Черкассы" Промышленные и бытовые отходы. Проблемы и решения // материалы конференции. ч.1. Уфа, 1996. - С. 231-232.
5. Дубинецкий В.В., Гурьева В.А. Утилизация бурового шлама с последующим применением при производстве строительных материалов // материалы Всероссийской научно-практической конференции. - БГТИ, 2013. - С. 391-398
6. Дубинецкий В.В., Гурьева В.А., Вдовин К.М. Буровой шлам в производстве изделий строительной керамики. // Строительные материалы, 2015, №4.- С. 75-76.
7. Христофоров А.И., Пикалов Е.С. Модификация шихты для производства керамики. // Строительство и реконструкция, 2010, № 4. - С. 78 - 81.
8. Стороженко Г.И., Столбоушкин А.Ю., Тацки Л.Н. и др. Сравнительный анализ способов подготовки пресс-порошка в технологии керамического кирпича полусухого прессования // Строительные материалы, 2008, № 4. - С. 24-26.
9.Столбоушкин А.Ю. Особенности формирования структуры керамического матричного композита из гранулированных шихт // Известия высших учебных заведений. Строительство, 2008, № 11. - С. 25-32.
10. Дуденкова Г.Я. Введение в действие ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамический. Общие технические условия». // Строительные материалы, 2013.№4. С. 4-7.
References
1. Zhukov, А.А. Rezul`tatycontrol`no-nadzornojdeyatel`nosti v chaste obrashhenia s othodami proizvodstva i potrebleniya Upravleniya Rosprirodnadzora po Orenburgskoj oblasti po itogam 9 mesyacev i zadachi na IV kvartal 2012 goda [The results of inspection and enforcement activities in terms of waste production and consumption of Rosprirodnadzor in the Orenburg region in the first 9 months and tasks for the IV quarter 2012].Orenburg: Upr-nie Rosprirodnadzora, 2012. 6 p.
2. Kuvykin, N.А., Bubnov А.G., Grinevich V.I. Opasnye promyshlennye othody. [Hazardous industrial wastes]. Ivan. gos. him.-tehnol. un-t., 2004. 148 p.
3. BashirovV.V.idr.Tehnika I tehnologiya pojetapnogo udaleniya I pererabotki ambarnyh shlamov. [Engineering and technology gradual removal and sludge processing granary]. М.:Byssh. shk., 1992.120p.
4. TanatarovМ.А. idr. Materialy konferencii. ch.1. Ufa, 1996. pp. 231-232.
5. Dubineckij V.V., Gur`eva V.А. Materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii. BGTI, 2013. pp. 391-398
6. DubineckijV.V., Gur`evaV.А., Vdovin К.М. Stroitel`nye materialy, 2015, №4. pp. 75-76.
7. HristoforovА.I., Pikalov Е.S. Stroitel`stvo I rekonstrukciya, 2010, № 4. pp. 78 - 81.
8. Storozhenko G.I., Stolboushkin A.Ju., Tacki L.N. i dr. Sroitel`nye materialy, 2008, № 4. pp. 24-26.
9.Stolboushkin,А.Ju. Izvestiya vysshyh uchebnyh zavedenij. Stroitel`stvo, 2008, № 11. pp. 25-32.
10. Dudenkova G.Ya. Sroitel`nye materialy, 2013. №4. pp. 4-7.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Характеристика сырьевых материалов, номенклатура продукции и сфера ее применения. Химический состав глин. Сырье для производства керамических материалов. Месторождения и показатели химического состава каолина при производстве керамических изделий.
дипломная работа [545,4 K], добавлен 11.04.2016Строительные материалы по назначению. Методы оценки состава стройматериалов. Свойства и применение гипсовяжущих материалов. Цементы: виды, применение. Коррозия цементного камня. Состав керамических материалов. Теплоизоляционные материалы, их виды.
шпаргалка [304,0 K], добавлен 04.12.2007Классификация керамических материалов и изделий, их свойства. Применение керамики в виде отделочного материала. Наружная и внутренняя облицовка, покрытие полов. Технические требования к сырьевым материалам (глина, добавки). Основы технологии керамики.
реферат [441,7 K], добавлен 28.10.2013Свойства строительных материалов, области их применения. Искусство изготовления изделий из глины. Классификация керамических материалов и изделий. Цокольные глазурованные плитки. Керамические изделия для наружной и внутренней облицовки зданий.
презентация [242,9 K], добавлен 30.05.2013Классификация и основные свойства керамических изделий. Основы производства стекла. Разновидности герметических материалов и цели их применения. Технологическая схема производства многослойных безосновных линолеумов. Область применения растворителей.
контрольная работа [1,2 M], добавлен 21.05.2009Этапы развития стеклоделия. Стеклообразное состояние. Физические свойства стекла. Общая классификация по химическому составу. Основы современной технологии получения стекла. Применение стекла в строительстве.
реферат [49,1 K], добавлен 20.06.2007Получение изделий из природного камня. Размеры камней стеновых из горных пород. Классификация облицовочного камня по долговечности. Виды и характеристика абразивных фактур облицовочных плит и архитектурно-строительных изделий. Коррозия природного камня.
реферат [38,4 K], добавлен 31.05.2012Состав и свойства сырьевых материалов для производства кровельных керамических материалов. Изготовление кровельных керамических материалов пластическим способом. Виды готовой продукции и области применения. Контроль качества технологических процессов.
курсовая работа [45,1 K], добавлен 01.11.2015Классификация искусственных строительных материалов. Основные технологические операции при производстве керамических материалов. Теплоизоляционные материалы и изделия, применение. Искусственные плавленые материалы на основе минеральных вяжущих бетонных.
презентация [2,4 M], добавлен 14.01.2016Свойства дорожно-строительных материалов. Способы формования керамических изделий. Природные каменные материалы. Сырье, свойства и применение низкообжигового строительного гипса. Основные процессы, необходимые для получения портландцементного клинкера.
контрольная работа [302,3 K], добавлен 18.05.2010Описание продукции и области её применения. Классификация лицевых керамических кирпичей. Сырьевые материалы для производства керамических кирпичей, предъявляемые требования. Технологическая схема производственного процесса, контроль качества и испытания.
курсовая работа [183,4 K], добавлен 28.01.2011Заготовка строительного камня и выпуск кирпича. Способы приготовления растворов. Развитие цементной науки. Изделия из минеральных связующих. Водостойкий искусственный камень. Эксплуатации изделий из искусственного камня. Первое применение минераловяжущих.
реферат [20,4 K], добавлен 11.03.2011Классификация и характеристика керамических изделий для внутренней облицовки. Основные требования, предъявляемые к качеству плитки для пола. Материалы для облицовки фасадов зданий: видовое разнообразие, способы их изготовления и особенности применения.
реферат [16,5 K], добавлен 30.04.2009Характеристики керамических плиток. Технологическая схема производства изделия. Требования к сырью. Контроль качества, правильности формы, внешнего вида готовой продукции. Определение ее прочности, износостойкости, термостойкости, морозостойкости.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 12.01.2015Зерновой и химический состав глин. Дробление непластичных сырьевых материалов. Особенности приготовления шамота. Добыча глины роторным экскаватором. Техническая характеристика пресс-вальцов. Подготовительные и вскрышные работы в глиняном карьере.
курсовая работа [4,3 M], добавлен 13.09.2009Положительные и отрицательные свойства древесины, стандарты на виды лесопродукции, допустимые пороки, влажность и гигроскопичность, склонность древесины к гниению и возгоранию. Виды керамических изделий по назначению, требования к сырью для производства.
контрольная работа [914,5 K], добавлен 16.04.2010Эффективное применение кирпичной кладки в строительстве. "Проветривание" комбинированных стен. Теплоэффективные ограждающие конструкции жилых и гражданских зданий. Физические основы нормирования теплотехнических свойств керамического кирпича и камня.
курсовая работа [423,5 K], добавлен 04.02.2012Производство стекла в древности. Поиск совершенной технологии. Изобретение "флоат" ("плавающего") стекла. Перспективы развития стекольной индустрии. Прозрачная "стена". Производство стекла пиролитическим методом. Решение задачи эффективного теплоснабжения
реферат [74,0 K], добавлен 10.07.2008Интерьер как архитектурно и художественно оформленное внутреннее пространство здания, его роль в архитектуре. Обзор видов отделочных материалов: дерева, камня, плитки, стекла, пластика. Перспективные направления в развитии оригинальной отделки помещений.
реферат [71,5 K], добавлен 06.02.2012Характеристика особенностей использования стекла в архитектуре и дизайне. Виды стекла и основные способы его обработки: фьюзинг, шелкография, изготовление стемалита, гнутье или моллирование. Модные "стеклянные" решения в дизайне. Зонирование помещения.
реферат [591,1 K], добавлен 11.01.2012
