Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНОЙ КЕРАМИКИ

Ковков И.В., аспирант,

Абдрахимова Е.С., канд. техн. наук, доцент,

Абдрахимов В.З., д-р техн. наук

Добыча и переработка природного минерального сырья связана с образованием больших количеств различных промышленных отходов, накопление которых приводит к ухудшению экологической обстановки в регионах. Одним из аспектов решения этой актуальной проблемы является применение техногенного сырья в керамических материалах 1.

В России особое положение занимает горно-металлургический комплекс, продукция которого составляет основу экономики и значительную часть экспорта страны. Вместе с тем на большинстве предприятий цветной металлургии страны в настоящее время заметно сокращаются запасы высококачественных руд, ухудшаются горно-геологические условия разработки месторождений. При этом все чаще в производство вовлекаются минерально-сырьевые источники с бедным содержанием полезных компонентов. За последние 20-25 лет содержание основных металлов в рудах снизились в 1,5-1,6 раза, а доля труднообратимых руд возросла от 15 до 45 % 2-3. В то же время на предприятиях цветной металлургии накоплено огромное количество отходов более 10 млд. т.

Производство керамических строительных материалов одна из самых материалоемких отраслей народного хозяйства, поэтому рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов становится решающим фактором ее успешного развития в условиях проводимой экономической реформы. В связи с этим применение в керамических материалах техногенного сырья приобретает особую актуальность. В работах 2-3 было показано, что для производства фасадных плиток в качестве глинистого сырья целесообразно использовать глинистую часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ), а в качестве плавня золу легкой фракции. К плавням относятся такие материалы, которые при обжиге изделий вступают во взаимодействие с сырьевыми материалами шихты, образуя легкоплавкие соединения, которые способствуют образованию жидкой фазы на ранних стадиях обжига керамики (менее 1000^оС). В табл. 1 приведен химический состав исследуемых компонентов.

Таблица 1

Химический состав компонентов

Спекание многих видов керамики идет с участием жидкой фазы, от свойств которой во многом зависит процесс формирования структуры материала. Повышение реакционной способности жидкой фазы по отношению к тугоплавким кристаллическим составляющим дает возможность интенсифицировать процесс спекания, что позволяет уменьшить расход топлива.

В настоящей роботе исследована зависимость морозостойкости от исходной пористой структуры фасадных плиток.

Известно, что морозостойкость фасадных плиток зависит от исходной пористой структуры. Настоящее исследование было проведено с целью изучения изменения пористой структуры фасадных плиток при циклическом замораживании и оттаивании. В настоящее время морозостойкость фасадных плиток оценивается по видимым признакам разрушения после определенного количества циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Методом ртутной порометрии нами установлено, что для керамических материалов, обожженных при 1050^оС и содержащих 40-50% золу легкой фракции, в которой количество стеклофазы составляет 85-93%, содержание «опасных» пор размером 10^-5 - 10^-7 м составляет 58-60%. В образцах только из глинистого компонента (глинистой части «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд, ГЦИ) без применение отощителей и плавней содержание аналогичных пор и при аналогичной температуре обжига составляет 68-70%. В связи с чем нами было изучено изменение содержания пор размером 10^-510^-7 м в фасадных плитках после испытания их на морозостойкость. Физико-механические характеристики исследуемых плиток приведены в табл. 2.

Таблица 2

Физико-механические показатели керамических плиток

фасадный плитка морозостойкость пористый

На рисунке показаны изменения различных типов пористости фасадных плиток, обожженных при температуре 1050^оС, после воздействия циклического замораживания и оттаивания до появления первых признаков разрушения. Замеры физико-механических показателей производились после каждых 100 циклов замораживания и оттаивания.

Общая, открытая и закрытая пористости, а также поры размером 10^-510^-7 м до 200 циклов замораживания и оттаивания практически свои значения не меняют (см. рисунок). Закрытая пористость после 200 циклов замораживания и оттаивания уменьшается. Вероятно, это происходит вследствие разрушения стенок пор под воздействием льда, что способствует переходу значительного количества закрытой пористости в открытую.

После 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания количество пор размером 10^-510^-7 м снижается. Причиной этого, по-видимому, является увеличение их сечения за счет разрушения стенок пор. В процессе разрушения, вероятно, у более мелких пор стенки под воздействием давления льда раздвигаются, и объем пористости возрастает. Увеличение объема пор размером 10^-510^-7 м после 400 циклов попеременного замораживания и оттаивания сопровождается, по-видимому, появлением видимых признаков разрушения, так как закрытая пористость при таком количестве циклов резко снижается (см. рисунок, кривая 2).

Рисунок. Изменение пористости фасадных плиток при циклическом замораживании и оттаивании.

Кривые состава: 50 глинистого компонента +50 золы легкой фракции

-------- Кривые состава 100% глинистого компонента.

1 общая пористость; 2 закрытая пористость; 3 открытая пористость; 4 поры размером 10^-510^-7 м

При замораживании и оттаивании керамических плиток имеет место следующий механизм их разрушения. При переходе воды в лед последний расширяется с увеличением объема на 9%. Первоначально замерзание льда происходит в более крупных порах размером более 10^-5 м при температуре от 0 до 5^оС, затем в более мелких порах размером 10^-510^-7 м при температуре от -5 до -10^оС.

При наличии в образцах как крупных, так и мелких пор образование льда происходит в достаточно широком интервале температур и при этом постепенно образующийся лед выдавливается в свободное пространство этих пор. После появления первых признаков разрушения открытая и общая пористости растут, а закрытая пористость и поры размером 10^-5 - 10^-7 м снижаются.

Таким образом, полученные экспериментальные данные показывают, что характерные изменения пористой структуры керамических материалов являются основными оценочными данными морозостойкости изделий.

Список литературы

1. Абдрахимова Е.С. Использование отходов обогащения цветной металлургии в производстве кислотоупорных изделий / Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов // Известия вузов. Цветная металлургия. 2004. №4. С. 13-18.

2. Абдрахимов В.З. Производство керамических изделий на основе отходов энергетики и цветной металлургии / В.З. Абдрахимов. Усть-Каменогорск. Восточно-Казахстанский технический университет. 1997. 238 с.

3.. Абдрахимов В.З. Физико-химические процессы структурообразования в керамических материалах на основе отходов цветной металлургии и энергетики / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова. Усть-Каменогорск: Восточно-Казахстанский технический университет. 2000. 374 с.

Размещено на Allbest.ru