авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Получение керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов минеральной ваты

-- [ Страница 2 ] --

В процессе производства минеральной ваты не все капли расплава успевают вытянуться в нити. Часть их принимает форму шариков, жгутиков и пр. Такие включения называются «корольками». Продукт очистки отходящих дымовых газов от вагранки при получении расплава при производстве минеральной ваты (ВПР минваты) также является отходом и удаляется при производстве минеральной ваты в отдельные приемники.

На рис. 1 представлены снимки «королька» и продукта очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты, сделанные на электронном растровом сканирующем микроскопе Phillips 525M.

А Б В

I

II  «Королек» – I; продукт очистки-2

Рис. 1. «Королек» – I; продукт очистки отходящих дымовых газов

ВПР минваты – II: 1 – органика; 2 – стеклофаза; 3 – гематит.

Увеличение: I А х50, I Б и I В х200; II А х100, II Б х1000

Исследования показали, что отходы производства минеральной ваты, содержащие стеклофазу, содержат и незначительное количество муллита, который будет центром кристаллизации муллита при обжиге керамических материалов. Кроме того, продукт очистки отходящих дымовых газов от вагранки при получении расплава при производстве минеральной ваты имеет повышенное содержание потерь при прокаливании (п.п.п.), что будет способствовать обжигу внутри кирпича. Стекловидная фаза «королька» и продукта очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты неоднородна и под микроскопом представлена желто-бурым цветом, обусловленным наличием оксида железа, поэтому их светопреломление высокое N0 = 1,6 - 1,63.

В третьей главе «Исследование реологических, сушильных свойств и оптимизация составов керамических масс по физико-механическим показателям» сказано, что для экономичности процесса сушки необходимо использовать глинистые материалы с минимальной влажностью. Исследования показали, что в глине Образцовского месторождения, в отличие от гидрослюдистой глины Даниловского месторождения, наличие разбухающего минерала бейделлита способствует более резким изменениям вязкости и повышенному содержанию влаги. Поэтому для получения керамического кирпича на основе бейделлитовой глины в составы керамических масс необходимо вводить отощители.

Для исследования влияния «королька» на сушильные свойства керамического кирпича были исследованы составы, представленные в табл. 4.

Составы керамических масс

Таблица 4

Компоненты Содержание компонентов, мас. %
1 2 3
Бейделлитовая легкоплавкая глина 70 60 50
«Королек» 30 40 50

Керамические материалы формовались пластическим методом при влажности шихты 20-25 % (в зависимости от содержания бейделлитовой глины). Физико-механические свойства высушенного кирпича приведены в табл. 5.

Физико-механические свойства высушенного кирпича

Таблица 5

Свойства Состав
1 2 3
Температура, при которой появляются трещины,C 130 145 155
Влажность конца усадки, % 6 7 10
Относительная усадка, % 5,8 3,4 2,0
Время сушки до остаточной влажности 8 %, час 72 68 48
Механическая прочность при сжатии высушенного сырца до остаточной влажности 7-8 %, МПа 8,6 7,8 5,5

Для изучения влияния содержания «королька» на физико-механические показатели обожженного керамического кирпича были исследованы составы, приведенные в табл. 6. Составы керамических материалов готовились пластическим способом при влажности шихты 20-25 %. Сформованные образцы, высушенные до остаточной влажности не более 7-8 %, обжигались при температуре 1050 °С.

Составы керамических масс

Таблица 6

Компоненты Содержание компонентов, мас. %
1 2 3 4 5 6 7 8
Бейделлитовая глина 100 80 75 70 65 60 55 50
«Королек» 0 20 25 30 35 40 45 50

Морозостойкость и механическая прочность керамического кирпича составов 1-8 представлены в табл. 7.

Физико-механические свойства керамического кирпича

Таблица 7

Показатели Содержание компонентов, мас. %
1 2 3 4 5 6 7 8
Морозостойкость, циклы (Y1) 67 85 91 103 105 108 98 82
Механическая прочность на сжатие, МПа (Y2) 17,3 19,3 20,9 22,7 23,8 24,8 21,4 18,9

При исследовании зависимости между содержанием «королька» и основными физико-механическими характеристиками, такими как морозостойкость и механическая прочность кирпича, использовался достаточно распространенный метод линейной регрессии. Графики зависимостей показателей кирпича: Y1, Y2 – от X имеют вид, представленный на рис. 2.

Рис. 2. График зависимости морозостойкости и механической прочности

на сжатие от содержания «королька»: а – морозостойкость, б – механическая прочность. 1 – экспериментальные данные, 2 – модель+95 % доверительного интервала, 3 – модель–95 % доверительного интервала

В результате исследований оказалось, что показатели керамического кирпича Y1, Y2 нелинейно зависят от содержания в составе «королька», обе зависимости имеют качественно подобный характер. Экспериментальные данные достоверно описываются полиномом второй степени. Для описания зависимостей морозостойкости и механической прочности на сжатие использовалась модель: , найденная в результате дополнительного исследования, которая хорошо описывает эксперимент и имеет достаточно простой вид. Установлено, что если в шихте содержание «королька», в котором СаО составляет 23,6 %, превысит 35 %, то спекание при температуре 1050 оС начинает ухудшаться, но до 40% совсем незначительно, а затем резко (рис. 2). Это объясняется тем, что увеличение содержания СаО в керамической массе, значительно интенсифицирует кристаллизацию анортита, который препятствует спеканию.

Аналогичные исследования были проведены и с составами, содержащими продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты. Для описания зависимостей Y1 (водопоглощения) и Y3 (морозостойкости) от Х также использовалась вышеуказанная модель, а для зависимости Y2 (прочности на сжатие) от Х – другая модель: . Эксперименты подтвердили, что при увеличении содержания продукта очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты в керамической массе более 35 % спекание начинает медленно ухудшаться, а после 40% – резко.

В четвертой главе «Физико-химические процессы при обжиге кирпича» были проведены исследования фазовых превращений при обжиге оптимальных составов. Изучению подвергались образцы оптимальных составов, мас. %: 1) бейделлитовая глина – 65, «королек» – 35; 2) бейделлитовая глина – 65, продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты – 35.

Исследования показали, что при обжиге керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов от производства минеральной ваты при температуре 950 оС происходит образование жидкой фазы, которая инициирует начало кристаллизации муллита при 1050 оС.

При температуре 950 оС на рентгенограммах исследуемых составов отмечается также появление гематита (d/n = 0,226; 0,269; 0,370 нм, рис. 3).

При повышении температуры обжига до 1000 оС на рентгенограммах образцов составов 1,2 появляются линии кристобалита (d/n = 0,192; 0,194; 0,403 нм).

Повышение температуры обжига до 1050 оС способствует появлению муллита (d/n =0,182 нм; 0,200; 0,245; 0,252; 0,270 и 0,376 нм), что свидетельствует о начале его кристаллизации.

Муллит имеет короткопризматические кристаллы, что связано с высоким содержанием в сырьевых материалах Fe2О3, при этом Fe3+ замещает Al3+, что приводит к ограниченному изоморфизму. Замещение ионов А13+ ионами Fe3+ укрепляет кристаллическую решетку муллита и повышает эксплуатационные свойства изделий.

 Рентгенограммы образцов: А - состав-6

Рис. 3. Рентгенограммы образцов:

А - состав 1; Б - состав 2. Температура обжига, оС: 1 – 950, 2 – 1000, 3 – 1050

Формирование прочности и пористой структуры керамических строительных материалов определяется муллитизацией стекла, служащей основной частью каркаса керамики. Химический и минеральный составы в участке муллитизированной стеклофазы керамических материалов на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты были установлены методом локального рентгеноспектрального анализа с помощью микрозонда фирмы «Сamebax», а с помощью электронного микроскопа определен их фазовый состав.

Необычная форма кристаллов муллита (рис. 4) возникает из-за высокого содержания Fe2O3, причем в составе 2 – более высокое содержание оксида железа, чем в составе 1 (табл. 8). С возникновением твердых растворов замещения образуется муллит различного химического состава. При этом Fe3+ замещает А13+. Внедрение ионов железа приводит к кристаллизации муллита в виде коротко призматических кристаллов вместо тончайших игл и удлиненно призматических кристаллов.

А Б

Рис. 4. Микроструктура муллитизированной стеклофазы,

исследуемых составов: А – 1; Б – 2. Увеличение: А х8000; Б х10000

Содержание муллитизированной стеклофазы в составах 1 и 2; соответственно равны 35-45 и 30-35 %. Расчетный химический состав оптимальных составов 1 и 2 представлен в табл. 8.

Расчетный химический состав керамических масс

Таблица 8

Состав Содержание оксидов, мас. %
SiO2 A12O3 Fe2O3 СаО MgO R2O П.п.п.
1 51,48 14,47 6,12 10,64 6,63 2,12 5,60
2 40,32 14,74 7,67 13,68 3,83 3,62 13,00

На основании результатов локального химического анализа выполнен расчет содержания муллита в муллитизированной стеклофазе исследуемых составов 1 и 2. При этом предполагалось, что весь глинозем связан в муллит 3Al2O3·2SiO2, в котором содержание А12О3 составляет 71,8%, а SiO2 – 28,2 %. По рентгеноспектрограмме в образцах состава 1 среднее содержание SiO2 оказалось равным 49,5%, а А12О3 – 12,5%, следовательно, содержание муллита может составлять 17,46 %. Содержание муллита в образцах состава 2 равно 18,10 %.

Применение керамического глазурованного кирпича для облицовки фасадов делает здание более эстетичным, долговечным и создает предпосылки для значительного снижения расходов при его эксплуатации. С учетом периодических ремонтов стоимость поверхности, облицованной керамикой, в 2-3 раза ниже по сравнению с другими видами отделки фасадов зданий.

Для получения глазурованного керамического кирпича исследовались два состава, мас. %: 1) бейделлитовая глина – 57, чапаевский каолин – 8 (приблизительное среднее содержание каолина в глазурях), «королек» – 35; 2) бейделлитовая глина – 57, чапаевский каолин – 8, продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты – 35.

Исследования показали, что для получения термостойкого глазурованного керамического кирпича состава 1, имеющего ТКЛР – 6,53 · 10-6 оС-1, необходимо использовать легкоплавкую глазурь марки ЩЛСО, которая имеет ТКЛР – 6,45 · 10-6 оС-1. Термостойкость глазурованного керамического кирпича, покрытого глазурью ЩЛСО, равнялась 155 оС, глазурями ЛГ-77, 24/75 и Н-23 соответственно – 110, 130 и 100 С.

Для керамического кирпича состава 2, имеющего ТКЛР – 6,41·10-6 оС-1, необходимо использовать легкоплавкую глазурь марки 24/75, которая имеет ТКЛР – 6,40·10-6 оС-1 и более высокое содержание мела. Термостойкость глазурованного керамического кирпича, покрытого глазурью 24/75, равнялась 140 оС, глазурями ЛГ-77, ЩЛСО и Н-23 соответственно – 90, 120 и 100 оС.

В пятой главе «Ресурсосберегающая технология производства кирпича, его эксплуатационные свойства и опытно-промышленные испытания» для производства керамического кирпича с использованием отходов производства минеральной ваты представлена ресурсосберегающая технология. Исследования показали, что использование отходов производства минеральной ваты в составах керамических масс позволяет исключить из технологической схемы дробильное оборудование: щековые и молотковые дробилки для измельчения отощителя.

В работах Э.М. Вершининой, М.К. Гальпериной, А.В. Лыкова было установлено, что поры размером 10-5-10-7 м влияют на основные свойства керамических изделий, т.к. могут быть заполнены водой за счет адсорбции влаги из влажного воздуха. При замерзании воды в порах происходит увеличение ее объема на 9 %, что является причиной разрушения керамических строительных материалов. Изучение структуры пористости керамического кирпича проводилось на оптимальных составах.

Исследования показали, что введение в составы керамических масс отхода производства минеральной ваты – «королька» при температуре обжига 1050 оС способствует равномерному распределению пор по размерам. Содержание пор размером от 10-5 до 10-6 м составляет 36 %. А.С. Беркман и И.Т. Мельникова «опасными» считают поры размером менее 10-6 м. Содержание таких «опасных» пор в образцах с отходами минеральной ваты заметно снижается с 44% до 23 и 0%.

Испытание опытных образцов керамического кирпича на ООО «Челно-Вершинский комбинат строительных материалов» показало, что введение в керамическую массу «королька» и продукта очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты значительно улучшает физико-механические показатели кирпича. Для получения опытно-экспериментальных образцов керамического кирпича использовались оптимальные составы, приведенные в табл. 9.

Оптимальные составы керамических масс

Таблица 9

Компоненты Содержание компонентов, мас. %
Состав 1 Состав 2
Образцовская бейделлитовая глина 60 60
«Королек» 40 0
Продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты 0 40

Физико-механические показатели керамического кирпича представлены в табл. 10.

Физико-механические показатели кирпича

Таблица 10

Показатели Составы
1 2
Прочность при сжатии, МПа 18,8 16,8
Среднеквадратическое отклонение 1,2 0,6
Коэффициент вариации, % 3 2
Прочность при изгибе, МПа 3,2 2,8
Морозостойкость, циклы >50 35
Плотность кирпича, кг/м3 1800 1400
Водопоглощение, % 8 10
Огневая усадка, % 3,3 2,4
Общая усадка, % 6,7 5,8


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.