Обзор теоретических и практических основ технологии высокоэффективного кирпича из бейделлитовой глины с применением отходов минераловатного производства, обеспечивающих утилизацию техногенного сырья. Оценка повышения его физико-механических показателей.
Аннотация к работе
АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наукРабота выполнена в АМОУ ВПО «Самарская академия государственного и муниципального управления» Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Гаркави Михаил Саулович кандидат технических наук, доцент Погорелов Сергей Николаевич Защита состоится «19» мая 2011 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.298.08 при ГОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет» по адресу: 454080, г. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Южно-Уральского государственного университета.Разработка составов и технологий, позволяющих применять техногенное сырье в производстве строительных керамических материалов, способствует рациональному использованию и значительному сохранению имеющихся природных традиционных сырьевых ресурсов (глины, песка и др.); охране окружающей среды; утилизации промышленных отходов и снижению экологической напряженности в регионе; расширению сырьевой базы для строительных материалов. Накопленные на сегодняшний день данные по применению техногенного сырья в керамических материалах не систематизированы, недостаточно изучены перспективные тенденции развития производства керамических строительных материалов, в том числе: - не исследована возможность применения в керамическом кирпиче отходов: «королька» и продукта очистки отходящих дымовых газов от вагранки при получении расплава при производстве минеральной ваты в качестве отощителей и интенсификаторов спекания; не изучено влияние отходов минеральной ваты на структуру пористости керамического кирпича; Бейделлитовая глина, непригодная как самостоятельное сырье для производства керамического кирпича изза продолжительности сушки, имеет ряд преимуществ: может связать до 40% отходов минеральной ваты, является местным сырьем и качество готового кирпича с отходами минеральной ваты повышается. бейделлитовый глина минераловатный кирпич Цель работы: разработка теоретических и практических основ технологии высокоэффективного кирпича из бейделлитовой глины с применением отходов минераловатного производства, обеспечивающих утилизацию техногенного сырья и повышение физико-механических показателей керамического кирпича.Отходы производства минеральной ваты, содержащие стеклофазу, содержат незначительное количество муллита, который будет центром кристаллизации муллита при обжиге керамических материалов. Продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты имеет повышенное содержание потерь при прокаливании (п.п.п.=19,3 %) и железа (Fe2O3=10,6 %), что будет способствовать обжигу внутри кирпича и инициировать образование жидкой фазы при температурах не выше 950 ОС. Установлено, что при обжиге керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов от производства минеральной ваты образование жидкой фазы происходит при температуре 950 ?С, что способствует кристаллизации муллита при 1050 ОС. Исследования показали, что для получения термостойкого глазурованного керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты из оптимальных составов необходимо использовать легкоплавкие глазури марок ЩЛСО и 24/75. Ожидаемый экономический эффект при годовом выпуске на ООО «Челно-Вершинский комбинат строительных материалов» 20 млн. шт. кирпича из бейделлитовой глины, содержащего 40 % отходов производства минеральной ваты, составит 12 млн. рублей в год, причем без учета экологической выгоды.
Вывод
1. Отходы производства минеральной ваты, содержащие стеклофазу, содержат незначительное количество муллита, который будет центром кристаллизации муллита при обжиге керамических материалов. Продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты имеет повышенное содержание потерь при прокаливании (п.п.п.=19,3 %) и железа (Fe2O3=10,6 %), что будет способствовать обжигу внутри кирпича и инициировать образование жидкой фазы при температурах не выше 950 ОС.
2. Установлены оптимальные составы для производства керамического кирпича на основе бейделлитовой глины с применением отходов минераловатного производства. Выявлено, что введение в состав керамической шихты до 40 % «королька» способствует увеличению однородности, улучшению реологических и сушильных свойств шихты, снижает проявление склонности к пластическому разрушению и свилеобразованию при формовании изделий. При большем количестве «королька» проявляется низкая способность к растяжению структуры шихты.
3. Исследованы фазовые превращения, протекающие при обжиге кирпича. Установлено, что при обжиге керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов от производства минеральной ваты образование жидкой фазы происходит при температуре 950 ?С, что способствует кристаллизации муллита при 1050 ОС.
4. Исследования показали, что для получения термостойкого глазурованного керамического кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты из оптимальных составов необходимо использовать легкоплавкие глазури марок ЩЛСО и 24/75.
5. Изучена структура пористости кирпича при различных температурах обжига, а также взаимосвязь фазового состава и структуры пористости с физико-механическими показателями кирпича.
6. Выявлено, что повышение температуры обжига до 1050 ОС приводит к снижению содержания «опасных» пор в составах, содержащих отходы минераловатного производства. Введение в составы керамических масс «королька» и продукта очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты способствует получению однородной по размерам пористости в образцах.
7. Установлено, что полученные в производственных условиях кирпичи, содержащие «королек» и продукт очистки отходящих дымовых газов ВПР минваты, соответствовали маркам М175 и М150, соответственно, согласно требованию ГОСТ 530-2007 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия».
Ожидаемый экономический эффект при годовом выпуске на ООО «Челно-Вершинский комбинат строительных материалов» 20 млн. шт. кирпича из бейделлитовой глины, содержащего 40 % отходов производства минеральной ваты, составит 12 млн. рублей в год, причем без учета экологической выгоды. Расчет экономического эффекта производился в 2009 году.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ
- в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК по направлению «Строительство и архитектура»: 1. Вдовина, Е.В. Исследование механизма формирования глазури в процессе обжига глазурованного кирпича на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов //Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура. - 2011. -№1(21).- С. 40-47.
2. Вдовина, Е.В. Термические исследования керамических масс на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов // Строительство и реконструкция. ОРЕЛГТУ. - 2010. -№4(30).- С. 50-52.
3. Вдовина, Е.В. Фазовые превращения при обжиге керамических композиционных материалов на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова // Известия вузов. Строительство. - 2007. -№11.- С. 59-65.
4. Абдрахимова, Е.С. Исследование методом локального рентгеноспектрального анализа муллитизированной стеклофазы в керамических композиционных материалах / Е.С. Абдрахимова, Е.В. Вдовина // Известия вузов. Строительство. - 2008. -№2. - С. 26-31.
5. Абдрахимова, Е.С. Методика исследования состава газов, выделяющихся при обжиге керамического композиционного материала на основе бейделлитовой глины и продукта сгорания от базальтовой шихты / Е.С. Абдрахимова, Е.В. Вдовина // Известия вузов. Строительство. - 2008. - №9. - С. 25-29.
- в патентах: 6. Пат. 2354626 С2 РФ МПК С04В 33/135. Керамическая масса для изготовления керамического кирпича / Абдрахимова Е.С., Вдовина Е.В., Абдрахимов В.З., Абдрахимов А.В., Кожевников В.И.; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. - №2007121989/03; заявл. 13.06.07; опубл. 10.05.09, Бюл. №13. - 4 с.
7. Положит. реш. о выд. пат. № 2009138183/03(054048). Керамическая масса для изготовления керамического кирпича / Вдовина Е.В., Абдрахимов В.З.; заявл. 15.10.09.
- в монографиях: 8. Абдрахимова, Е.С. Технологические принципы использования отходов минеральной ваты и физико-химические процессы при обжиге керамического кирпича / Е.С. Абдрахимова, Е.В. Вдовина. - Самара: ООО «Центр перспективного развития», 2009. - 89 с.
9. Абдрахимов, В.З. Исследование железосодержащего сырья и его классификация по функциональной пригодности в производстве керамических материалов / В.З. Абдрахимов, Е.В. Вдовина. - Самара: Самарск. гос. арх.-строит. ун-т, 2010. - 118 с.
- в отраслевых изданиях и материалах конференций: 10. Вдовина, Е.В. Определение черной сердцевины при обжиге кирпича из бейделлитовой глины и продукта сгорания базальтовой шихты / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов // Башкирский химический журнал. - 2007.-Т. 14, №2.- С. 102-104.
11. Вдовина, Е.В. Исследование тепломассообменных процессов при обжиге керамических материалов / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова // Башкирский химический журнал. - 2007. -Т. 14, №5. - С. 110-112.
12. Вдовина, Е.В. Дилатометрические, ИК-спектроскопические и электронно-микроскопические исследования композиционного керамического материала из техногенного сырья и легкоплавкой глазури / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов // Строительный вестник Российской инженерной академии. - М. - 2009. -Вып.10. - С. 116-120.
13. Вдовина, Е.В. Физико-химические процессы в керамических материалах на основе бейделлитовой глины и отходов производства минеральной ваты при различных температурах обжига / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов // Строительный вестник Российской инженерной академии. - М. - 2010. -Вып.11. - С. 47-51.
14. Вдовина, Е.В. ИК-спектроскопические исследования легкоплавкой глазури / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов // Проблемы строительного комплекса России: материалы ХІ Международной научно-технической конференции при ХІ специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство - 2007». - Уфа, 2007. - С. 112-114.
15. Вдовина, Е.В. Использование отходов базальтовой шихты в производстве кирпича / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова // Материалы 64-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР за 2006 г. /СГАСУ. - Самара, 2007.- С. 153-154.
16. Вдовина, Е.В. Влияние фазового состава на морозостойкость керамического кирпича / Е.В. Вдовина // Строительство - 2008: материалы Международной научно-практической конференции. - Ростов на Дону, 2008. - С. 141-143.
17. Вдовина, Е.В. Физико-химические процессы при обжиге керамических материалов с использованием отхода от производства минеральной ваты - «королька» / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов, И.В. Ковков // Повышение энергоэффективности зданий и сооружений: межвузовский сборник научных трудов.- Самара, 2008.-Вып. 3.- С. 169-180.
18. Абдрахимов, В.З. Исследование при различных температурах обжига состава выделяющихся газов в керамических композиционных материалах / В.З. Абдрахимов, Е.В. Вдовина, И.В. Ковков // Повышение энергоэффективности зданий и сооружений: межвузовский сборник научных трудов. - Самара, 2008. - Вып. 3. - С. 142-159.
19. Вдовина, Е.В. Физико-химические методы исследования бейделлитовой глины и «королька» от производства минеральной ваты / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов // Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов: материалы V Международной конференции. - Волгоград, 2009. - С. 61-66.
20. Вдовина, Е.В. Экологические и практические аспекты использования «королька» (отхода производства минеральной ваты) в производстве кирпича / Е.В. Вдовина, Е.С. Абдрахимова // Материалы 66-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР за 2008 г.-Самара: СГАСУ, 2009. - Ч.1. - С. 165.
21. Вдовина, Е.В. Физико-химические методы исследования продукта очистки дымовых газов, отходящих от вагранки при производстве минеральной ваты / Е.В. Вдовина, В.З. Абдрахимов // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре: материалы 67-й Всероссийской научно-технической конференции по итогам НИР 2009 г. - Самара: Изд-во Самарский гос. арх.-строит. ун-т, 2010.- С.213-215.
22. Абдрахимов, В.З. Глина Образцовского месторождения Самарской области - местное сырье для производства керамических материалов/ В.З. Абдрахимов, Е.В. Вдовина // Кадастр и геоинформационные технологии в управлении городским хозяйством: сборник материалов II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Самара: Изд-во Самарский муниципальный институт управления, 2010. - С. 163-171.
23. Вдовина, Е.В. Влияние продукта очистки отходящих дымовых газов от вагранки при получении расплава в производстве минеральной ваты на фазовый состав керамического кирпича / Е.В. Вдовина // Актуальные проблемы экологии и охраны труда: сборник статей II Международной научно-практической конференции. - Курск: Курский гос. техн. ун-т, 2010. - С. 62-66.
24. Вдовина, Е.В. Влияние отхода производства минеральной ваты - «королька» на реологические и сушильные свойства керамической шихты / Е.В. Вдовина // Качество и инновации - основа современных технологий: сборник трудов Всероссийской научно-практической конференции. - Новосибирск: НГАСУ (Сибстрин), 2010. - С. 155-157.