Введение к работе
Актуальность: Проблема охраны окружающей среды, обезвреживания промышленных отходов, рационального использования природных ресурсов и отходов промышленности в производстве строительных материалов является одной из актуальных. Это связано с необходимостью улучшения экологической обстановки и повышения эффективности производства, с дефицитом отдельных сырьевых материалов, которые могут быть заменены промышленными отходами.
В результате деятельности промышленных предприятий в Республике Казахстан образовалось более 20 млрд. т различных отходов в виде шлаков, зол, вскрышных пород, стеклобоя и т.д., которые влияют на окружающую среду, занимают плодородные земли, но в то же время являются ценным для производства строительных материалов, в частности керамігческігх материалов, сырьем, способствующим экономии энергетических и материальных ресурсов.
В настоящее время Республика Казахстан испытывает дефицит в современных кровельных материалах. Применение широко распространенных кровельных асбестоцементных листов, по данным ученых, небезопасно с экологической точки зрения за счет выделения вредных микрочастиц в окружающую среду. Производство керамической черепицы сдерживается из-за отсутствия технологии и запасов качественного сырья, то есть высокопластшпшх глин. Поэтому актуальна разработка научно-обоснованной высокоэффективной ресурсо- и энергосберегающей технологии керамической черешшы путем наиболее рационального использования боя кирпича, стеклобоя и различных добавок.
Работа выполнена в соответствии с фундаментальными исследованиями /Ф.0302 «Физико-химические основы глубокой переработки фосфоритов, природных солей и вторичного сырья нефтегазовой и химической промышленности на средства химизащш сельского хозяйства, композиционные материалы и неорганические соединения» по отделению химико-технологических наук (2003-2005 гг.) и научно-техническими программами HAH РК (1995-2005 гг.) по комплексному использованию минерального сырья.
Цель работы:
Исследование физико-хішігческігх процессов при обжиге керамическігх композиций на основе боя кирпича и связки из глішистого сырья с модифицирующими добавками и разработка составов, технологии глазурованной и неглазурованной керамігческой черепицы методом прокатки.
Основные задачи работы:
Для достижения поставленной цели решены следующие задачи:
исследованы физико-химические процессы фазообразования и структурообразования в керамических композициях на основе боя кирпича (сырца и обожженного), оптимизировано количественное соотношение различных фракций боя в шихте;
- установлены параметры фазообразования, структурообразования в
керамических композициях тугоплавкая глина — стеклобой, стеклобой -
щелочная добавка;
разработаны технологические параметры прессования керамических масс методом прокатки;
разработаны составы нефриттованных, фриттованных глазурей на основе отходов промышленности для покрытия керамической черепицы;
- разработаны технологические параметры производства керамической
черепицы и проведены опытно - промышленные испытания.
Научная новизна:
установлены особенности жидкостного спекания, фазообразования и структурообразования керамических композиций на основе гранул боя кирпича и керамических связок из тонкомолотых глин и стеклобоя, суглинка, бентонитовой глины и щелочной добавки. Выявлено, что в контактной зоне гранулы кирпича — связка образуется низковязкая жидкая фаза и кристаллические фазы анортит, кварц, которые смачиваются расплавом и обеспечивают высокие физико-механические свойства черепицы;
выявлено взаимодействие глинистых связующих с добавками жидкого стекла, фтористого натрия и триполифосфата натрия. Установлены энергия активации, константы скорости спекания в зависимости от количества добавок и температуры обжига: энергия активации снижается на 40-45 %, скорость процесса возрастает на 20-30 %, температура начала спекания снижается на 50-100 С;
установлено влияние химического состава на растекание, глушение и кристаллизационные свойства фриттованных и нефриттованных глазурей в системе ШгО-СаО-АГгОз-РегОз-ВгОз-БЮг. Мелкокристаллическая структура образуется при содержании Fe203 в количестве 10-15 %, а высокие физико-механические свойства глазури обеспечиваются за счёт образования высокотемпературных фаз гематита и анортита;
показано, что на процесс формования черепицы оказывают влияние влажность, расход связующего и скорость прокатки. Увеличение влажности смеси более 10 % приводит к увеличению упругого взаимодействия при формовке. Установлены зависимости коэффициента уплотнения от скорости прокатки.
Практическое значение работы:
Разработана научно-обоснованная энерго- и ресурсосберегающая технология производства керамической черепицы на основе необожженного и обожженного боя кирпича.
Разработаны технологические параметры бездефектного формования керамической черепицы на установке полусухого прессования методом прокатки.
Проведены опытно-полупромышленные испытания разработанных составов в условиях АО «Ак-Кірпіш АБА» (с. Аса Жамбылской области) и АО «Жамбыл гипс» (г.Тараз) с выпуском партии керамической черепицы в объеме 1000 м2.
Разработан технологический регламент на производство керамической черепицы на основе боя кирпича, рекомендации по приемке и технико-экономическое обоснование проекта цеха мощностью 30000 м2 в год в г. Тараз.
Положения, выносимые на защиту:
особенности жидкостного спекания, фазообразоваїшя и структурообразования керамических композиций на основе гранул боя кирпича и керамических связок из тонкомолотых глин и стеклобоя, суглинка -бентонитовой глины - щелочной добавки;
взаимодействие глинистых связующих с добавками жидкого стекла, фтористого натрия и триполифосфата натрия;
- зависимости коэффициента уплотнения керамических сырьевых смесей и
структурообразования от скорости проката и соотношения связки;
влияние химического состава на растекание, глушение и кристаллизационные свойства фриттованных и нефриттованных глазурей в системе Na20-CaO-Al203-Fe203-B203-Si02;
- результаты полупромышленных испытаний и внедрения разработанных
составов и технологии керамической черепицы с технико-экономическим
обоснованием.
Апробация работы:
Основные результаты диссертационной работы доложены на научно -технических конференциях профессорско-преподавательского состава Таразского государственного университета (1997-2000 гг.); на 2-ой региональной научно-методической конференции, посвященной 10-летию независимости Республики Казахстан (г. Тараз -2000); на Международной конференции молодых ученых, посвященной 10-летию независимости Казахстана (г. Алматы, КазНТУ-2001), на Международной научно-практической конференции «Проблемы химической технологии неорганических, органических, силикатных и строительных материалов и подготовки инженерных кадров» (Шымкент -2002), на Международной научно-практической конференции «Валихановские чтения -7» (Кокшетау -2002), на Международной научной конференции, посвященной 60-летию Южно-Казахстанского государственного университета им.М.Ауэзова «Проблемы науки, образования и устойчивого социально-экономического развития общества в начале XXI века» (Шымкент - 2003).
Публикации:
Основные положения диссертационной работы опубликованы в печатных работах, по теме диссертации получен предварительный пат Республики Казахстан № 7768.
Объем и структура работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложен содержит 104 страницы машинописного текста, 32 рисунка, 21 таблі список литературы из ПО наименований.
