Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теория и практика производства изделий строительной керамики с высокими эксплуатационными и декоративными свойствами 20
1.1 Состояние и перспективы развития промышленности керамических строительных материалов 20
1.2 Проблема расширения сырьевой базы отечественной промышленности и разработка инновационных технологий производства 25
1.3 Основные направления совершенствования технологии строительной керамики 29
1.3.1 Управление процессами структуро- и фазообразования и повышения технико-эксплуатационных свойств изделий при разработке керамических технологий на основе глиносодержащего сырья 29
1.3.2 Способы интенсификации процессов спекания при низкотемпературном обжиге керамики 38
1.4 Кальцийсо держащие материалы в производстве изделий строительной керамики 43
1.4.1 Влияние карбонатных материалов на интенсификацию спекания в условиях низкотемпературного обжига 43
1.4.2 Роль кальцийсодержащих природных и синтезированных материалов в формировании структуры строительной керамики 46
1.5. Проблемы белизны и цвета в технологии керамических материалов 50
1.5.1 Физико-химические основы цвета и окрашивания керамики 50
1.5.2 Зависимость цвета и окрашивания керамики от содержания
хромофора и фазового состава 56
1.5.3 Белизна и цвет изделий тонкой строительной керамики 62
1.5.4 Цвет и окрашивание грубой строительной керамики
1.6 Выводы 76
1.7 Цель и задачи исследований 78
Глава 2. Методология, методики стандартных испытаний и физико-химических исследований и характеристика материалов 80
2.1 Выбор объекта исследования 81
2.2. Характеристика сырьевых материалов 82
2.2.1. Глинистые породы России 82
2.2.2. Природные и техногенные материалы, применяемые в качестве добавок 85
2.3. Методология проведения технологических исследований, методы стандартных испытаний, физико-химические исследования свойств и структуры керамики 87
Глава 3. Теоретические и технологические основы и способы управления формированием фазового состава и структуры стеновой керамики улучшенных свойств 92
3.1. Зависимость свойств стеновой керамики на основе глин различного химико-минералогического состава от структуры черепка и окислительно-восстановительных условий обжига 94
3.1.1 Фазовый состав керамического кирпича окислительного обжига в зависимости от содержания карбонатов кальция и оксидов БегОз ... 94
3.1.2 Влияние восстановительных условий обжига на формирование структуры кирпича и его свойства 103
3.2 Управление процессами фазообразования и формирования структуры строительной керамики с применением минерализаторов.. 113
3.2.1. Физико-химическая сущность влияния минерализующих добавок в управлении твердофазовых и жидкофазовых процессов низкотемпературного обжига строительной керамики 114
3.3 Свойства и фазовый состав керамического черепка в глинисто карбонатных системах 128
3.3.1 Формирование фазового состава керамического черепка с использованием мела и минерализующих добавок 128
3.3.2 Термодинамический расчет вероятности образования кальцийсодержащих кристаллических фаз 138
3.3.3 Особенности физико-химических процессов, протекающих при
обжиге масс на основе легкоплавких глин и техногенного сырья 142
3.3.3.1 Химический и фазовый состав отходов химводоочистки 142
3.3.3.2 Влияние техногенных материалов на фазовый состав и свойства черепка на основе легкоплавких малокарбонатных глин 147
3.4 Выводы 154
Глава 4. Теоретические основы белизны и цвета и управление окрашиванием отдельных фаз в технологии производства керамических строительных материалов различного назначения с учетом физико-химических и технологических факторов 158
4.1. Белизна и окрашивание алюминатных, алюмосиликатных кристаллических фаз и стеклофазы в зависимости от количества и содержания в них оксидов железа 158
4.2. Закономерности изменения цвета строительной керамики в зависимости от фазового состава железа и окислительно-восстановительных условий обжига 178
4.3 Белизна и цвет керамического кирпича в зависимости отсодержания карбонатных материалов, минерализующих добавок и его фазового состава 182
4.4 Роль техногенных материалов и минерализующих добавок в осветлении керамического кирпича на основе легкоплавких глин 199
4.5 Выводы 204
Глава 5. STRONG Способы управления физико-химическими и технологическими процессами для повышения функциональных и декоративных свойств стеновой керамики при применении
техногенных материалов STRONG 205
5.1. Промышленные отходы в производстве стеновой строительной керамики 206
5.1.1.Использование отхода Таганрогского металлургического завода в производстве керамического кирпича 208
5.1.2 Разработка ресурсосберегающей технологии стеновой керамики с использованием цементной пыли 214
5.2.Технология эффективной пористой керамики на основе ОХВО и опоковидного сырья 226
5.2.1 Формирование структуры пористой керамики на основе отходов химической очистки воды ГРЭС 229
5.2.2 Эффективная керамика на основе опоковидных пород 233
5.2.3. Управление эксплуатационными свойствами пористой керамики за счет синтеза кристаллических фаз упрочняющего действия 236
5.3 Выводы 251
Глава 6. Физико-химические и технологические основы производства фаянсовой строительной керамики и их роль в формировании фазового состава и свойств 253
6.1. Структура и свойства малоусадочной керамической плитки низкотемпературного обжига на основе природных и техногенных материалов 258
6.2 Механизм формирования структуры и свойств керамической плитки в зависимости от природы щелочных и щелочноземельных материалов 265
6.3 Зависимость эксплуатационных и декоративных свойств известкового фаянса от фазового состава, структуры черепка и технологических факторов 277
6.3.1 Влияние микроструктуры черепка на физико-технические
свойства и цвет керамической облицовочной плитки 277
6.3.2 Выбор технологических факторов при управлении свойствами керамической облицовочной плитки 284
6.4 Выводы 289
Глава 7. Опытно-промышленная апробация строительных керамических материалов различного назначения 292
7.1 Технология лицевого керамического кирпича на основе редукционного обжига и результаты опытно-промышленных испытаний 293
7.1.1 Технологическая схема производства керамического кирпича с применением способа редукции 294
7.1.2 Особенности редукционного обжига 296
7.1.3 Результаты опытно-промышленных испытаний 300
7.1.4 Экономическая эффективность внедрения разработанной технологии 303
7.2. Опытно-промышленная апробация и внедрение технологии осветленного керамического кирпича на основе высокожелезистого глинистого сырья 309
7.3 Заводские испытания опок Шевченковского месторождения Октябрьского района Ростовской области 311
7.4 Полупромышленные испытания технологии керамического кирпича полусухого формования с использованием природных сырьевых материалов и отходов цементного производства 313
7.5 Опытно-промышленная апробация и внедрение технологии малоусадочной и термостойкой керамической облицовочной плитки на основе природных и техногенных материалов 316
Заключение 318
Список литературы
- Способы интенсификации процессов спекания при низкотемпературном обжиге керамики
- Природные и техногенные материалы, применяемые в качестве добавок
- Фазовый состав керамического кирпича окислительного обжига в зависимости от содержания карбонатов кальция и оксидов БегОз
- Закономерности изменения цвета строительной керамики в зависимости от фазового состава железа и окислительно-восстановительных условий обжига
Способы интенсификации процессов спекания при низкотемпературном обжиге керамики
Проблема нехватки высококачественного глинистого сырья во всей мировой строительной индустрии, в том числе и в России, становится все более актуальной. Истощение запасов известных месторождений красных и беложгущихся глин приводит к необходимости разработки новых месторождений, которые ранее не использовались по целому ряду причин, и в первую очередь, в связи с химико-минералогическими и технологическими особенностями, которые не обеспечивают получение продукции высокого качества, в частности, в производстве керамического кирпича, самого многотоннажного производства. Решение данной проблемы, как подчеркивают многие исследователи [3, 18-22], состоит в расширении сырьевой базы за счет использования нетрадиционного глинистого сырья, техногенных продуктов, эффективных способов переработки компонентов на всех стадиях производства, что позволит расширить ассортимент изделий, особенно стеновой керамики, в том числе лицевой, с улучшенными эстетико-потребительскими свойствами.
Наибольшее распространение получила разработка и исследование возможности использования карбонатсодержащих глин и суглинков. Данная технология уже реализована при строительстве кирпичного завода под Казанью мощностью 60 млн. шт. усл. кирпича в год [3]. Однако исследования по использованию известковистых глин в производстве керамического кирпича и светло-окрашенной облицовочной плитки [23, 24] показали их различное влияние на свойства керамических изделий в зависимости от химико-минералогического состава глинистого сырья и условий термической обработки, что усложняет их применение и вызывает необходимость проведения тщательных научных исследований с целью изучения физико-химических процессов, происходящих при обжиге.
Учеными Тувинского государственного университета [25] проведен комплекс работ по изучению возможности использования местных глинистых пород для производства различных видов керамических изделий. Исследуемое глинистое сырье отличается повышенным содержанием железистых соединений (до 4%) и щелочеземельных оксидов (СаО и MgO) до 9%. Исследователи отмечают, что для производства конкретных видов керамических изделий необходимо проводить комплексную оценку состава, структуры и свойств исходных пород для определения оптимальной технологии производства.
По данным работ [13, 26], перспективным сырьем для производства изделий стеновой керамики являются опоки, значительное место среди них занимают карбонатные, максимальное содержание кальцита в которых составляет около 30%. Они обеспечивают получение эффективных конструкционных изделий со средней плотностью 800... 1200 кг/м .
Карбонатные породы широко применяются в составах масс для производства облицовочных плиток, особенно в условиях скоростной технологии, так как позволяют регулировать усадочные процессы [27-29]. В связи с этим исследователями Уральского государственного технического университета-УПИ разработаны составы масс с использованием широко распространенной на Урале горной породы габбро, содержащей значительное количество оксидов кальция и магния [30].
Одним из путей расширения сырьевой базы является разработка ресурсо-и энергосберегающих технологий с использованием техногенных продуктов, комплексное применение которых с традиционными сырьевыми материалами позволит увеличить выпуск изделий строительных материалов на 25... 30%.
Основными видами техногенных продуктов являются золы ТЭС, отходы угледобычи, отходы горно-обогатительных комбинатов, металлургические отходы, шламовые отходы, образующиеся на тепловых и атомных электростанциях, отходы очистки шахтных вод и т.д. Многие из них также содержат значительное количество СаО. Так, например, предложена технология производства керамического клинкера с высокими физико-техническими свойствами на основе низкосортных суглинков и алюмокарбонатсодержащих отходов производства изопропилена [31]. Одним из факторов высокой механической прочности и химической стойкости получаемого материала является образование анортита при температуре 1000... 1050С, который, по мнению авторов, является кристаллической связкой в структуре черепка.
Значительный интерес представляют отходы, образующиеся на целом ряде производств (ГРЭС, ТЭС, АЭС, угольных шахтах), получение которых связано с необходимостью известкования воды для обеспечения протекания технологических процессов. В результате образуются высокодисперсные шламы, содержание карбоната кальция в которых составляет не менее 90%. На основе этих отходов разработан целый ряд технологий [27-29] для производства керамической облицовочной плитки, керамического кирпича, декоративных фаянсовых изделий с высокими эксплуатационными и эстетико-потребительскими свойствами, которые в условиях низкотемпературного обжига (до 1050С) обеспечиваются формированием кальцийсодержащих кристаллических фаз типа анортита, волластонита и др.
Таким образом, использование новых сырьевых материалов в производстве керамических изделий различного назначения определяется прежде всего возможностью формирования на основе этого сырья в процессе спекания кристаллических фаз и структур, которые улучшают свойства готовой продукции.
Учеными Томского политехнического университета [32-34] проведены значительные исследования по использованию природного цеолитового и топазсодержащего сырья, непластичного кальций-, магниисиликатного сырья (волластонитовых и диопсидовых пород) в технологиях, которые обеспечивают максимальное проявление его физико-химических и технологических свойств, интенсифицирующих и регулирующих процессы фазообразования.
Одним из видов природного сырья, изучением которого длительное время занималось большое количество исследователей, и потребность в котором возрастает в настоящее время в различных отраслях промышленности, в том числе и керамической, является волластонит. Российскими и зарубежными исследователями отмечается повышение качества изделий на основе волластонита, в частности, при производстве облицовочных плиток за счет снижения водопоглощения , линейной усадки, повышения термостойкости; теплоизоляционной керамики при повышении механических свойств и т.д. [35-38].
Природные и техногенные материалы, применяемые в качестве добавок
Технология производства кирпича на основе железосодержащих глин, в том числе лицевого, различной цветовой окраски, обусловленной его фазовым составом и структурой, соответствующего требованиям ГОСТа 530-2012 «Кирпич и камни керамические» обусловливает жесткие требования к качеству отформованного полуфабриката, в зависимости от способов приготовления и формования полуфабриката.
Подготовку опытных кирпичных масс выполняли в зависимости от поставленной задачи по пластическому и полусухому способам, для облицовочной плитки шликерным способом.
По пластическому способу глинистое сырье подвергали измельчению до прохода через сито №01, увлажняли до формовочной влажности, вылеживанию в течение 24 часов. Из опытных масс формовали полнотелые кирпичики размером 60x25x10 мм и кубики 35x35x35 мм. Сушку образцов осуществляли на воздухе в течение суток и в сушильном шкафу при температуре 105... 110С до относительной влажности не более 2%.
Массу для полусухого формования готовили путем смешивания предварительно высушенных и измельченных компонентов до прохода через сито №01 и добавлением воды до влажности 6...8%. Формование образцов размером 50x50x50 мм осуществляли под давлением 20 МПа с помощью гидравлического пресса. Для получения пористой керамики способом поризации массы на стадии ее приготовления исходные компоненты, измельченные до прохода через сито №01, затворяли водой и вводили в состав 2% раствор H2S04. Формование образцов из поризованной массы влажностью 30% проводили в металлических формах. Полученной массой заполняли формы и оставляли на 24 часа для придания прочности полуфабрикату. Затем образцы извлекали из форм и высушивали в сушильном шкафу при 105-110С в течение 24 часов.
Тонкодисперсную массу для получения керамической облицовочной плитки готовили размалыванием компонентов в фарфоровых барабанах на лабораторной валковой мельнице шликерным способом до определенной степени дисперсности, которую контролировали остатком на сите №0063 с остатком не более 3%.
Обжиг образцов проводили в муфельной печи с автоматическим контролем режима и газовой лабораторной печи «Keller» (Германия), которая обеспечивает его проведение в условиях окислительного и восстановительного обжигов. Температуры режима обжига варьировали от 950 до 1050 С.
Исследования технологических и обжиговых свойств керамических масс и образцов проводили в соответствии с существующими стандартными методиками [163-167]. Исследование обжиговых свойств включало: определение огневой и общей усадок, водопоглощения, пористости, средней плотности, предела прочности при сжатии и изгибе, морозостойкости.
При исследовании состава и структуры обожженных изделий в зависимости от окислительно-восстановительных условий обжига и вводимых добавок использовали методы термографического [168-170], рентгенофазового [171-173], электронно-микроскопического анализа, а также прецизионного и избирательного к соединениям железа метода гамма -резонансной спектроскопии (ЯГРС)- мессбауеровской спектроскопии. Фазовые превращения, происходящие в керамических массах при обжиге, а также для установления механизма спекания керамических масс в зависимости от природы сырьевых материалов при разработке ресурсосберегающей технологии керамической облицовочной плитки [171], изучали дериватографическим методом с помощью дериватографа NETZSCH STA 449 С. Регистрация тепловых эффектов и изменение массы реакционной смеси как функций времени в неизотермических условиях, в которых при изменении температуры во времени наблюдается выделение или поглощение газообразных продуктов или выделение или поглощение тепла позволило по полученной термической кривой рассчитать энергию активации, определить кинетические параметры, подобрать кинетическое уравнение, лимитирующее скорость процесса. Для выбранного кинетического уравнения строили зависимость tgf(a) от обратной температуры 1/Т, график которой должен иметь вид прямой линии, что дает возможность графическим путем, в соответствии с уравнением определить значение энергии активации процесса Е по формуле: Е = tga-2,303R
Определив вид кинетического уравнения, порядок реакции, значение энергии активации и предэкспоненциального множителя, делали вывод о механизме реакции, реакционной способности вещества и условиях протекания реакций с преимущественным преобладанием твердофазовых и жидкофазовых процессов, обеспечивающих формирование структуры черепка с различными свойствами.
Для определения качественного фазового состава и структуры керамического черепка применяли дифрактометр ДРОН - 3, характеристики которого приведены в таблице 2.4. Величину межплоскостных расстояний, соответствующих максимумам дифракционных отражений рентгенограмм для данного вида излучения, определяли по формуле Вульфа-Брегга [172].
Фазовый состав керамического кирпича окислительного обжига в зависимости от содержания карбонатов кальция и оксидов БегОз
На основании приведенных результатов установлено, что ОХВО представляют собой в фазовом отношении кальцит СаСОз, на основе которого, как и в случае с мелом, возможно образование новых кристаллических фаз в малокарбонатных легкоплавких глинах при обжиге, что обеспечивает повышение эксплуатационных свойств изделий. Кроме того, они обладают повышенной реакционной способностью, что также должно способствовать интенсификации процесса низкотемпературного спекания.
В связи с незначительными колебаниями в химическом составе исследованных отходов и наличия в ОХВО Новочеркасской ГРЭС метастабильной реакционноспособной фазы арагонита дальнейшие исследования влияния свойств керамического черепка от фазового состава проводили с применением этого техногенного материала. В качестве глинистого сырья использовали малокарбонатные глины Владимировского (ВКВ-2) и Губского месторождений, так как, как установлено ранее, в глинах, в частности каменнобродской, уже содержащей значительное количество СаСОз в виде примеси, образуются алюмосиликаты кальция и поэтому не происходит изменения фазового состава черепка при вводе минерализующих и карбонатсодержащих добавок. Послеобжиговые свойства керамического черепка, полученного с применением данных материалов, при температуре обжига 1000С приведены в таблице 3.11.
Анализ полученных результатов свидетельствует о том, что при наличии и увеличении в керамической массе на основе глин ВКВ-2 и губской содержания ОХВО прочностные свойства, плотность и огневая усадка образцов незначительно снижаются, водопоглощение повышается. Причем, сравнивая с исследованиями масс на основе мела в этих глинах следует отметить, что в составе Вг (глина -85%, мел-15%) прочность образца составляет 25 МПа, а в составе В3 (глина-85%, ОХВО-15%) около 24МПа.
Аналогичная зависимость прослеживается в свойствах керамического черепка на основе губской глины. В составе Г\ прочность на сжатие составляет 31,4 МПа, а в Г3 - 24,0 МПа. Полученные результаты свидетельствуют о формировании в исследуемой карбонатсодержащей керамике в зависимости от вида карбонатного материала структур с различным фазовым составом, которые и обеспечивают свойства керамического черепка. Для установления влияния природы карбонатного материала на формирование фазового состава был проведен РФА образцов состава В3 и сравнительный анализ с РФА состава Bi на основе глины ВКВ-2 (рисунок 3.13). высокой реакционной способности ОХВО по сравнению с мелом (рисунок 3.11), что и способствует преимущественной его кристаллизации при более низких температурах в процессе преимущественно твердофазового спекания. Образование мелилито-геленитовых твердых растворов, структура которых является менее окристаллизованной, обусловливает снижение прочности образцов составов Кь В3 , которая составляет около 24 МПа (таблицы 3.7, 3.11).
Таким образом, образование кальцийсодержащих кристаллических фаз- анортита или мелилита, согласно полученным результатам, зависит от реакционной способности кальцийсодержащих материалов. В процессах преимущественно твердофазового спекания в высококальциевых массах кристаллизуются мелилито-геленитовые твердые растворы. Формирование анортита происходит при более высоких температурах только в присутствии жидкой фазы, образованию которой способствует ввод щелочных компонентов.
Кроме того, как установлено ранее, снижение температуры декарбонизации возможно при использовании щелочных добавок, в частности NaCl в количестве 0,5%, с помощью которых происходит образование микрорасплава при более низких температурах, и соответственно интенсифицируются процессы формирования новых кристаллических фаз.
Активность интенсифицирующей добавки также может иметь огромное значение в исследуемых процессах. Поэтому в качестве минерализующей добавки использовали отход, образующийся при производстве химического волокна, содержащий 28...32% LiCl и органические примеси. Как установлено нашими исследованиями [205, 206], литийсодержащий отход является эффективным минерализатором спекания масс грубой строительной керамики с высоким содержанием оксида СаО.
Для выявления влияния литийсодержащего отхода на свойства керамического черепка и формирование его фазового состава были исследованы керамические массы на основе малокарбонатных глин ВКВ-2 и губской, содержащие 15% отхода химво доочистки Новочеркасской ГРЭС и от 0,1 до 1% литийсодержащего отхода сверх 100% от массы. Результаты исследований представлены в таблице 3.12.
Закономерности изменения цвета строительной керамики в зависимости от фазового состава железа и окислительно-восстановительных условий обжига
Плотность в обоих случаях увеличивается от 1,9 г/см для образцов из чистой глины до 1,96 г/см для образцов, содержащих 30% отхода. При этом наблюдается снижение на 33,3% прочности образцов, отформованных пластическим способом и на 44% полусухим. Увеличение плотности, по-видимому, связано с увеличением содержания в структуре материала железосодержащих фаз, вводимых отходом. Значительное снижение прочности образцов, особенно отформованных полусухим способом связано с низкой реакционной способностью доменного шлака, имеющего структуру, плохо вовлекающуюся в физико-химические процессы при температуре обжига 1000С, что обусловливает образование разрозненных агрегатов с низкой прочностью.
В этом случае, как установлено нами, большое значение имеет наличие минерализующей добавки, которая должна обеспечить образование необходимого количества жидкой фазы, роль которой в повышении степени контакта между реагирующими твердыми частицами и увеличении скорости твердофазового взаимодействия и образовании необходимых кристаллических соединений. В качестве добавок использовали наиболее активно действующие в кальцийсодержащих массах, установленные в вышеприведенных исследованиях (глава 3), минерализаторы NaCl, Na2CC 3, Na2SC 4 в количестве 2%. В дальнейших исследованиях с учетом технологических свойств масс и низким содержанием минерализующей добавки, для ее равномерного распределения, добавку вводили в виде водного раствора только в массы пластического формования с максимальным содержанием отхода ТМЗ 20 и 30%. Результаты определения прочностных свойств образцов представлены в таблице 5.5.
Анализ полученных результатов показывает, что действие минерализующих добавок наиболее эффективно проявляется в массах, содержащих 30% отхода (состав 4). Причем наибольшая прочность наблюдается при вводе минерализующей добавки Na2SC 4, обеспечивающей формирование новых кристаллических фаз, согласно данным РФА (рисунок 5.2). Фазовый состав черепка, содержащего 30% отхода ТМЗ, представлен фазами Р-кварца с дифракционными максимумами (0,428; 0,336; 0,228 нм), параволластонита a-CaOSi02 (0,382; 0,352;0,298; 0,246 нм); анортита (0,407; 0,361; 0,320); геденбергита CaOFe02Si02 (0,352; 0,300; 0,252 нм). Наибольший интерес в данных исследованиях представляет образование фазы параволластонита a-CaOSi02, который, по-мнению многих исследователей, в том числе и наших [27,80,88,92], значительно повышает прочностные свойства черепка.
Кристаллизация волластонита в виде удлиненных, столбчатых игольчатых кристаллов с плотностью (2,8-2,9)-10 кг/м и твердостью 4...5 по Моосу [148] происходит в результате взаимодействия двухкальциевого силиката, наличие которого в отходе ТМЗ подтверждено РФА, с метакаолинитом в присутствии значительного количества жидкой фазы по следующей реакции:
Процесс кристаллизации интенсифицируется при наличии минерализующей добавки Na2SC 4, способствующей образованию легкоплавких эвтектик и дополнительному количеству жидкой фазы.
Таким образом, установленные закономерности формирования фазового состава и структуры керамического кирпича в глинисто-карбонатных массах позволяют использовать их при разработке ресурсосберегающих технологий на основе кальцийсодержащих отходов, в частности доменного шлака. Результаты исследований подтверждают, что интенсификация процессов низкотемпературного спекания в массах при использовании доменного шлака и минерализующих добавок в виде сульфатов, карбонатов и хлоридов натрия, обеспечивается образованием новых кристаллических соединений, в частности, параволластонита, который повышает эксплуатационные свойства изделия.
Разработка ресурсосберегающей технологии стеновой керамики с использованием цементной пыли Формирование структуры керамических материалов с заданными эстетико-потребительскими свойствами является важнейшей задачей современного производства и должно базироваться на знании физико-химических процессов, протекающих в массах на основе систем, отличающихся содержанием щелочных, щелочноземельных оксидов и оксидов железа в глинистом сырье. Выявленные закономерности в формировании структур глинисто-карбонатных материалов позволяют использовать в качестве исходного сырья ранее неприменяемые, особенно техногенные материалы, в составе которых содержатся оксиды, обеспечивающие образование заданных структур [219, 220].
Одним из таких отходов является пыль, образующаяся при производстве портландцементного клинкера, с содержанием частиц менее 10 мкм по мере прохождения материала технологического процесса обработки от 10 до 75%. Основным источником пылевыделения являются вращающиеся печи для обжига клинкера. При нормальном режиме работы современных вращающихся печей по мокрому способу производства клинкера, вынос пыли из отходящих газов печи по отношению к весу сухого материала, подаваемого в печь, обычно составляет 5-8 %.
Утилизация уловленной пыли на производстве является одним из условий создания безотходных производств. На ОАО «Себряковцемент» Волгоградской области, как и на других предприятиях, в том числе строящихся, данная проблема также должна быть решена путем полной утилизации цементной пыли.
Наибольший интерес представляет использование пыли в процессе производства цемента на самом цементном заводе, что может быть решено путем возврата пыли в печь, использование пыли в качестве добавки при помоле цемента, обжига ее в отдельной печи, работающей по сухому способу производства и т.д. Однако такой способ утилизации не всегда целесообразен, поскольку возможность возврата пыли в печь в основном зависит от содержания количества щелочей в шламе и от их накопления в пыли в процессе ее улавливания в электрофильтре. Высокощелочная часть запечной пыли в обязательном порядке должна быть выведена из технологического цикла получения цемента не путем ее выброса в атмосферу, а использования ее в других целях.
Пыль, уловленная обеспыливающими установками, является ценным сырьем для получения строительных материалов и поэтому должна возвращаться в технологические линии [221-223]. Она имеет в своем составе значительное количество карбонатного компонента и щелочных оксидов (таблица 5.6), что может оказать положительное влияние при производстве строительной керамики, т. к. позволит снизить температуру обжига, а также возможно изменить окраску изделия и расширить ассортимент продукции. Наличие в карбонатно-глинистой шихте щелочных компонентов, как установлено нашими исследованиями, обеспечит действие цементной пыли как комплексной минерализующей добавки, обеспечивающей улучшение эксплуатационных свойств.
На некоторых заводах изделия не удовлетворяет необходимым требованиям к облицовочному кирпичу только по внешнему виду из-за неравномерной окраски, например на предприятии ОАО «КОМСТРОЙ», г.Шахты. Использование закономерностей в получении осветленного равномерно окрашенного черепка при использовании карбонатно-щелочных композиций, в том числе за счет техногенного сырья, позволяет без дополнительных финансовых вложений производить облицовочный кирпич, что увеличит рентабельность и конкурентоспособность продукции.
Другой проблемой при производстве керамического кирпича, особенно полусухого формования, является низкая морозостойкость изделий менее 25 циклов, которая не удовлетворяет требованиям настоящего ГОСТа 530-2012. Данная проблема существует, например, на ОАО «Лемакс», г.Таганрог. Основным сырьем для производства кирпича является глина