автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему: Стеновая керамика на основе суглинков и аргиллитов Туркменистана с использованием растительных отходов региона
Автореферат диссертации по теме "Стеновая керамика на основе суглинков и аргиллитов Туркменистана с использованием растительных отходов региона"
1 ^ ^КИЕВСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ
На правах рукописи УД? 666.7.362
МЕР5Ц0В ТАХЙР РВДКЕПОВИЧ Туркменистан/
СТЕНОВАЯ КЕРАМИКА НА ОСНОВЕ СУГЛИНКОВ И АРГИЛЛИТОВ ТУРКМЕНИСТАНА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАСШГШЛЫХ ОТХОДОВ
Специальность 05.17.11 - Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов ' .
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Работа выполнена на кафедре химической технологии ке-' рамики и стекла Киевского политехнического института
Научный руководитель: доктор технических наук, профессор, лауреат Государственных премий Украины 'КРУПА А.А. ;
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор РЫ1ДЕНН0 И.И.
кандидат технических наук ШЕНШ.А.Е.
Ведущее предприятие: НПО "Строытехника" Ыинпромстройма-териалов Туркменистана
Защита диссертации состоится " '/¿У 199'г? г.
на заседании специализированного ученого совета при Киевском политехническом институте /252056, Киев-56, пр.Победы, 37, КШ, кор. 21/ .
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инсти-
Автореферат разослан "у^ " 1993 г.
Ученый секретарь , специализироваиЬогс> ученого совета, кад, уи>. технических наук, профессор
Л Н Н О 'Г А Ц 'Л Я
Диссертационная работа посвящена поиску энерго- и ресурсосберегающих технологий получения изделий стеновой керамики с улучшенными свойствам« на основе сырьевых ресурсов и раегптельн!« отходов Туркменистана.
С этой целью исследованы технологические свойства местного глинистого сырья и аргиллитов, а также шихт с различным содержанием та в массе. Изучено поведение касс как при форме вам ли, так- и в процессе далы, глей термической обработки. .Вперпче проведены структурно-реологические исследования керамических масс, содержала измельченные стебли хлопчатника с целью определения возможности применения их в производстве изделий стеновой керамики. Эти же массы исследованы термографическими и дилатометрическими .'.-етодщ.да для выявления закономерностей их поведения при обжиге.
¡Изучены минералогические составы сырья и золы стволеЛ хлопчатника, определена кх роль в формировании структуры готовых' илделий. На основе усталоаленных закономерностей раз-работами опгнмллын-е составы масс для получения изделий стеновой керамики с улучшеннмта технологическими и потребительскими свойствами.'Выявлены реатьные пути перевода заводов стеновой керамики страч южного региона на'сушку изделий в естественных условиях и безотходную технологию их производства. Разработанные керамические массы опробованы в промышленных условиях и внедрены в производство.
Автор запоздает результаты экспериментальных исследований по улучшению формовочных, сушильных и обжиговых свойств керамических масс на основе поликинерального глинистого сырья, аргиллитов и измельченных стеблей хлопчатника, и в частности, вдияния: , <
- аргиллитовых добавок в коматексе с измельченными стеблями хлопчатника на основные показатели эффективности формования керамической1 массы; -
- влагопоглотающего действия измельченных стеблей хлопчатника на ускорение сушки полуфабрикатов под действием атмосферного ооздуха;
- аргиллитов и золы стеблей хлопчатника как стимуляторов процессов спекания керамической массы при обжиге с последую-
шим улучшением физико-технических характеристик готовых изделий ;
- разработанных добавок на основные технологические показатели готовых полно- и пустотелых изделий стеновой керамики в математической интерпретации.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Практика работы заводов изделий стеновой керамики Туркменистана выдвинула на передний план проблему скорейшего изменения установившейся традиционной, но, как правило, устаревшей технологии путем расширения местной сырьевой базы за счет ьовлечения в это производство ранее не используемых эффективных минеральных ресурсов и растительных отходов региона. Острая нехватка облегченных стеновых материалов, пригодных для строительства объектов в сейсмически опасных зонах, к тому же в условиях жаркого и сухого климата, делают проблему повышения качества и расширения ассортимента керамического кирпича в Туркменистане вопросом первостепенной важности.
В основу рабочей гипотезы положена идея о том, что в условиях Туркменистана можно получить стеновую керамику с улучшенными свойствами, использовав в комплексе местные минеральные и " органические добавки. С этой целью в качестве плавнево-отощащ-щей добавки в лессовидные суглинки использовали порошкообразные фракции аргиллитов Большебалханского месторождения, а в качестве органической - измельченные стебли хлопчатника.
- экспериментальное изучение керамико-технологических свойств полиминерального глинистого сырья', аргиллитов и шихт из них, содержащих измельченные стебли хлопчатника, п процессе фор' мовалия керамических масс ; при сушке ; при обжиге до температуры 900-1100 °С ; •
- промышленная проверка результатов лабораторных исследований с выпуском опытных партий керамического кирпича ;
- разработка математических моделей зависимости основных ' технологически/ показателей производства изделий от состава, шихт ;
- разработка и внедрение В Туркменистане энерго- и ресурсосберегающей технологий получении изделий стеновой керамики с
улучшенными свойствами и высокой эксплуатационной надежностью в условиях повышенной-сейсмичности и жаркого климата.
Научная новизна работы. Получены и обобщены эксперимен-талыше данные о влиянии:
- аргиллитов и измельченных стеблей хлопчатника,на структурно-механические показатели керамической массы и сокращение удельного расхода энергии в процессе формования изделий ;
- влагопоглощашего действия измельченных стеблей хлопчатника на ускорение сушки и предельное увеличение прочностных показателей сырца уже через 24-48 ч лишь под воздействием атмосферного воздуха; . .
аргиллитов;« добавок на перевод систем! на более низкие /до 1000 °С/ температуры обжига изделий;
- аргиллитов и измельченных стеблей хлопчатника в комплексе как наиболее эффективной добавки в глинистое сырье заводов изделий стеновой керамики Туркменистана и других стран южного региона.
Методом математического моделирования получены зависимое- -ти основных технологических-свойств изделий от состава шихты.
Практическая ценность и реализация работы. Результаты экспериментальных исследований по определения возможности использования аргиллитов и измельченных стеблей хлопчатника позволили разработать энерго- и ресурсосберегающую технологию получения пористой стеновой керамики, внедренную в производство на Байрам-Алийском кирпичном заводе Туркменгаэа. Разработан технологический регламент для производства пустотелых изделий по новой.технологии для Каэанджйкского кирпичного завода. Выявлены реальные пути перевода заводов государств Средней Азии на сушку изделий в естественных условиях и безотходную технологию их производства.
Экономический эффект от внедрения новой технологии на Bail-рам-Алийском кирпичном завода Туркменгаэа составил 900 тыс. рус', в год или 128 тыс. руб. на каждый .миллион штук условного кирпича /в ценах 1392 года/.
Апробагичя работа. Основной положения диссертационной работы докладывапись на:
- заседании технического совета Киевского оксперимснтапь-но-исследовательского запода КЭИЗ, отчог /г.Ки<гв, декабрь
- засецан;/л' технического совета Ба'йрам-Алийского кирнич-. кого завода /р.В&йрам-Ади, ноябрь 1989 г./ ;
- заседании технического сонета НПО "Стромтехника" Госстроя Туркменистана, отчет /г.Ашхабад, декабрь 1990 г. / ;
- заседании кафедры ХТКяС Киевского политехнического института /г.Киев, карт 1993 г./.
Публикации-. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, методические указания, получено положительное решение на изобретение.
Структура и объем работ!,к Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка использованной литературы, и приложения. Содержание работы изложено на 131 с. машинописного текста, работа содержит 2? иллюстраций, список литературы из 123 источников и приложение на 24 с.
< ОСНОВНОЕ С0ДЕША1Ш РАБОТЫ
.С целью экспериментального изучения керам'ико-технологичес-ких свойств полимииералыюго глинистого сырья, аргиллитов и шихт из них с содержанием измельченных стеблей хлопчатника проведен- комплекс исследований по определению поведения исследуемых масс в процессе формования, сушки и обжига.
Таблица I. Содержание основных химико-гранулометрических компонентов в суглинках и аргиллитах Туркменистана
Вещество мл СаО Я'Ов Глинистые частицы
Суглинки Арриллитм 9,61 16,00 4,16 8,03 8,28 2,46 0,9 0,16 28,85 ■66,35
Из таблицы 1 ввдно, что добавка аргиллитов способна значительно улучшить технологические'свойства суглинков. Воздушная усадка образцов из суглинков в 2,5 раза выше, чем из аргиллитов'. Общая усадка после обжига образцов из суглинков также более чем в 2 раза превышает усадку образцов из аргиллитов. Показатели плотности черепка обожженных образцов из аргиллитов аше этих показателей О'Ъа;;;\о* из глинистого сырья.
Результаты исследований подтверждают возможность подбора оптимальной искусственной сырьевой смеси на основа суглинков и аргиллитов с добавкой измельченных стеблей хлопчатника, способной улучшить технологические свойства глинистого сырья и повысить качество изделий стеновой керамики.
Средний диаметр стеблей хлопчатника 5-10 мм. Благодаря пористо-волокнистому строению стеблей значительно ускоряется сушка изделия, сокращается расход энергии на обогрев теплоносителя. При обжиге измельченные стебли хлопчатника играют роль выгорающей добавки, обеспечивая значительное энерго- и ресурсосбережение. Вместе,с тем относительно большое содержание легкоплавких компонентов в золе стеблей хлопчатника, где оксидов калия и натрия в cyi.ii.-e содержится до 10 %, также значительно стимулирует прогессы спекания черепка готовых изделий.
Экспериментально изучены структурно-реологические свойства керамических масс суглинки-аргиллиты и суглинки-аргиллиты -измельченные стебли хлопчатника. Для исследований подобраны шихты со следующими составами (твбп. 2/:
Таблица 2. Шихты для определения структурно-реологических свойств масс
Содержание компонента, % Условный номер шихты
I 2 3 4 5 6 7 8
Суглинки 100 90 80 70 60 66,5 63'
Аргиллиты - 100 10 20 30 40 28,5 27
Измельченные стебли хлопчатника - - - - - - 5 10
На основании полученных данных устаноатено, что керамические массы, состоящие лишь из местных суглинков Казанджиксю-го месторождения, относятся к нулевому структурно-механическому типу и характеризуются' плохой формуемостыо и хрупким разрушением формирующихся коагуляшонных структур с образованием трещин и разломов при наложении шешних напряжений форма нанял. ' Керамические'массы, содержащие; аргиллиты Больш<збалхянскс-
го месторождения, относятся к первому структурно-механическому типу и характеризуются преобладающим развитием медленных • эластических деформаций при значительно меньшей доле быстрых эластических деформаций, что свидетельствует о'хорошей формуе-мости масс, содержащих аргиллиты, и 'тенденции к образованию бездефектных изделий за счет компенсации возникающих по время формования кратковременных напряжений без нарушения сплошности ,глинистого бруса. Вместе с тем керамические массы, содержащие аргиллиты, обладают значительно меньшей условной мощностью деформации /рис. 1/, что свидетельствует о незначительной развитии сил межмолекулярного взаимодействия. Оптимальный состав шихты системы суглинки - аргиллиты соответствует соотношению 70 : 30. Таким образом, ату шихту можно рекомендовать в качестве матрицы для дальнейшего введения в нее измельченных стеблей хлопчатника.
На рис. 2 представлены результаты изучения кинетики упрочнения и набухания керамической массы на основе оптимальной шихту из суглинков и аргиллитов с добавкой 10 % /по о(Ъе1.,у/ измельченных стеблей хлопчатника. Введение отходов хлопчатника в формовочные массы кроме максимального сокращения брака способствует значительному упрочнению полуфабрикатов во времени. Интенсивное поглощение измельченными частицами стеблей хлопчатника свободно-связанной воды внутри глиняной массы способству- . ет относительно быстрому нарастанию пластической прочности полуфабриката уже на 1-2 сутки. Полученные результаты коррелирует с показателями гидрофильных свойств хлопчатника, которые значительно превосходят гидрофильность суглинков и аргиллитов. Набухая, .частицы измельченных стеблей хлопчатника способствует поглощению свободной влаги, мобилизованной в ячейках коагуля-ционной структуры, отощенню керамической массы и увеличению сил коагулгадионного'сцепления частиц дисперсной фазы. Измельченные стебли хлопчатника препятствуют выходу глинистых частиц за пределы действия сил мекчастичного притяжения, что противодействует растрескиванию материала в процессе сушки под влиянием возникающих касательнш напряжений. Быстрое нарастание прочности ' полуфабриката благодаря наличию измельченных стеблей хлопчатника без каких-.'!иб-.. затрат энергии на подогрев теплоносителя создает реальные усиоьня для разработки бессушилыюй или беслере-