Введение к работе
Актуальность.
Высокая материале- и энергоемкость производств стеновых материалов при невысоком качестве выпускаемой продукции по причине отсутствия в достаточном количестве кондиционного природного мішерального сырья является характерной чертой большинства предприятий Восточной Сибири. Необходимо проведение работ по расширению сырьевой базы за счет вовлечения новых видов природного сырья, а также промышленных отходов ранее мало используемых в области обжиговых материалов, объемы которых настолько велики, что позволяют оценивать их как промышленные запасы.
Минимизация энергозатрат на изготовление обжиговых материалов может быть достигнута вовлечением в производство дисперсных или легко добываемых и перерабатываемых компонентов, имеющих "тепловое прошлое", с частичной или полной аморфизацией структуры. К таким сырьевым компонентам можно отнести микрокремнезем (крупнотоннажный ультрадисперсный отход производства кристаллического кремния) и глиежи ( природные горелые породы). Ценность глиежей в сравнении с глинистым сырьем заключается в их повышенной физико-химической активности и относительно высоком содержании оксида алюминия, в том числе растворимого. Небольшая глубина залегания и выход пластов на поверхность предопределяют экономическую целесообразность их переработки и использования.
При замене традиционного глинистого сырья вышеуказанными активными компонентами возможно получение стеновых материалов (как рядовых, так и лицевых) с улучшеными качествами и стабильными техническими и эксплуатационными характеристиками.
Диссертация выполнена в рамках тематических планов научно-исследовательских работ Братского государственного технического университета.
Цель и задачи исследований.
Целью работы является разработка строительных композитов и научно-обоснованных технологических приемов для изготовления эффективных стеновых материалов на основе микрокремнезема и глиежей.
Для достижения этой цели потребовалось решить следующие задачи:
1. Исследовать свойства природного (глиежей) и техногенного
(микрокремнезема) сырья и оценить его пригодность для изготовления
стеновых материалов;
2. Обосновать подбор корректирующей добавки для
интенсификации структурообразования при термообработке материала;
/і
3. Установить рациональные составы масс и режимы термообработки отформованных образцов, обеспечивающие соответствие нормативным документам, в том числе предъявляемым к лицевым стеновым изделиям;
.4. Исследовать структуро- и фазообразование образцов из предлагаемых композитов в температурном интервале 100...1050С и выявить их отличительные особенности в сравнении с композицией без добавки;
5. Провести опытно-промышленные испытания и разработать
технологический регламент изготовления изделий;
6. Охарактеризовать технико-экономическую эффективность
использования глиежей и микрокремнезема в качестве основных
компонентов для производства стеновых материалов.
Научная новизна работы:
1. Установлена активирующая роль микрокремнезема в композициях с содержанием глиежей до 41 масс.%, при обжиге до температур 900...950' С,за счет взаимодействия его с продуктами разложения карбонатов кальция и магния и ускорения твердофазового спекания;
2. Установлена возможность улучшения прочностных свойств
обожженных изделий из композиций на основе микрокремнезема и глиежей
посредством водной обработки за счет образования и твердения кремнегеля;
3. Установлена возможность получения безобжиговых
строительных материалов из композитов на основе микрокремнезема (МК)
и глиежей (ГЛ) при соотношении МК:ГЛ=70:30 с добавкой хлорида натрия
при тепловлажностной обработке при температуре изотермии 90 С, за счет
ускорения процессов растворения микрокремнезема в хлоридном растворе с
образованием кремнегеля;
-
Установлено, что введение хлорида натрия или кальция в количестве 3 масс.% в смеси на основе микрокремнезема и глиежей снижает температуру разложения СаС03 до 500...550 С, что приводит к синтезу волластонита при низких температурах 600. ..650 С;
-
Установлено, что введение хлорида натрия или кальция в количестве 1 масс.% сверх 100 масс.% основной смеси на основе микрокремнезема и глиежей при ее грануляции на тарельчатом грануляторе приводит к уменьшению образования крупных фракций, тем самым снижая коэффициент сжатия шихты с 4 до 2,5 и повышая прочность как сырца (до ІЗМПа), так и высушенного полуфабриката ( до 30 МПа).
Практическая ценность работы:
1. Разработаны составы керамических масс и предложены приемы их переработки, позволяющие обеспечить производство эффективных
керамических изделий из доступных и недорогих сырьевых материалов, при этом сокращаются затраты на переработку сырья и изготовление изделий за счет вовлечения в производство мелкодисперсного высокоактивного сухого компонента (МК) и глиежей, содержащих аморфизированную составляющую;
-
При использовании строительных композитов с корректирующей добавкой снижены затраты на термообработку в связи с существенным понижением конечной температуры обжига;
-
Разработанные составы обжиговых масс и способы изготовления изделий на их основе защищены двумя патентами и двумя положительными решениями;
4. Разработан технологический регламент на изготовление
стеновых материалов на основе микрокремнезема, глиежей и добавки
хлорида натрия или кальция;
5. Разработана установка для изготовления натурных образцов
кирпичей полусухого прессования в лабораторных условиях. Результаты
исследований и установка используются в учебном процессе.
Апробация работы:
Основные положения работы докладывались на XVII-XXI научно-технических конференциях студентов, аспирантов и профессорско-преподавательского состава БрГТУ в 1996-2000 г.г., на всероссийской научно-технической конференции в Томске в 1998 г., на международном конгрессе В.Новосибирске в 1998 г., на международных научно-технических конференциях в Иркутске, Барнауле, Пензе, Волгограде (1998 г), на региональной научно-практической конференции в Иркутске в 1998 г., на XVI межвузовской конференции в Красноярске в 1998 г. Кроме того, материалы работы были представлены в международном выставочном центре "Сибэкспоцентр" г.Иркутска (1999 г. и 2000 г.) в рамках выставок "Наука, образование, новые технологии: стратегия и тактика развития" и "Технология и энергосбережение". В рамках последней выставки получен диплом лауреата премии губернатора Иркутской области в номинации «Молодые ученые» за разработку ресурсо- и энергосберегающей технологии производства стеновой керамики.
Публикации:
По материалам выполненных исследований опубликовано 15 печатных работ, в том числе два патента № 2130912, № 2130913. Кроме того, получены два положительных решения ФИПС по заявкам № 98115415, №98116985.
На защиту выносятся:
-результаты исследования химического и минералогического состава исходных компонентов;
рациональные составы композитов и результаты изучения основных строительно-технических свойств получаемых изделий;
закономерности фазо- и структурообразования материала на основе двухкомпонентной и трехкомпонентной (с добавкой хлористой соли) смесей и технологические приемы их изготовления;
результаты опытно-промышленных испытаний, а также рекомендации по изготовлению стеновых обжиговых материалов из микрокремнезема и глиежей.
Объем и структура диссертации
