Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Разработка технологии получения пористых керамических материалов с использованием отходов переработки бурых углей.
Беломеря Н.И., Мнускина В.В. (ДонГТУ)
Рассмотрена возможность применения полукокса - отхода переработки бурых углей Александрийского месторождения для получения керамических изделий с пористой структурой. Установлены оптимальные количества добавок полукокса в керамические массы, позволяющих обеспечить технологичность процессов и выполнение регламентируемых физико-технических показателей пористых материалов.
Производство керамических строительных материалов по-прежнему остается приоритетным направлением промышленности, спрос на которые не уменьшается. В связи со сложными экономическими условиями и напряженной экологической обстановкой выдвинуты новые требования к разработке их производства, в частности, весьма актуально использование отходов различных производств.
Анализ литературных источников показал, что в производстве керамических изделий все болшее применение находят золы и шлаки ТЭС, отходы угледобычи и переработки углей и др., присутствие которых способствует получению изделий высокого качества.
Целью данной работы является разработка нового направления использования полукокса - продукта полукоксования бурых углей Александрийского месторождения - в производстве изделий строительной керамики в качестве выгорающей добавки.
Введение полукокса в состав масс предполагает улучшение не только физико-технических свойств строительных материалов, но и экономию значительного количества технологического топлива на обжиг этих изделий. Известно, что использование шахтных пород в качестве выгорающей добавки позволяет производить обжиг за счет тепла, выделяющегося при их сгорании, а избыток тепла отводить на сушку.
Полукокс, полученный полукоксованием без доступа воздуха (нагрев до 500-600 градусов С) бурых углей Александрийского месторождения, имеет следующие характеристики (таблица 1).
Таблица 1. Усредненные показатели качества полукокса из бурых углей Александрийского месторождения, % масс
|
Характеристики |
Значения |
|
Влага на рядовую массу W |
4,1 |
|
Зола |
|
|
- на сухую массу Аd |
45,7 |
|
- на рядовую массу Аr |
43,8 |
|
Сера на рядовую массу Sr |
2.25 |
|
Элементарный состав |
|
|
Сr |
81,0 |
|
Нr |
1,9 |
|
Nr |
0,83 |
|
Sr |
9,1 |
|
Or |
7,17 |
Однако полукокс имеет и ряд недостатков: высокая зольность и повышенная серность. В связи с повышенным количеством золы можно ожидать снижение температуры спекания материала за счет присутствия в ней оксидов щелочных и щелочноземельных металлов (R2O и RО), которые являются сильными плавнями. При обжиге изделий сера образует SО2 и SО3, которые загрязняют окружающую среду.
Использование полукокса в массах изделий строительной керамики вызывает неоходимость регулирования режима обжига. Так как в процессе обжига происходит выгорание полукокса, неполное выгорание углерода приводит к образованию черной сердцевины изделий. Поэтому, чтобы получить изделия высокого качества необходимо осуществлять изотермическую выдержку при температурах 850-950 градусов С.
Несмотря на некоторое усложнение процессов, происходящих при обжиге изделий с полукоксом, и на ряд его недостатков, представляется интересным исследовать вопрос о влиянии полукокса на свойства строительной керамики.
Анализ химического состава минерального остатка полукокса бурых углей Александрийского месторождения указывает на наличие оксидов, составляющих основу глинистых материалов. Исследование кинетики потери массы полукокса в интервале температур 40-1000 градусов С показало, что невыгорающий остаток при максимальной температуре нагрева, соответствующей температуре обжига, составляет 15%.
Внешний вид прокаленного остатка указывает на небольшое содержание оксидов железа в полукоксе, так как остаток имеет светло-бежевый цвет с розовым оттенком. В нем содержится малое количество оксидов щелочных и щелочноземельных металлов, поскольку прокаленный остаток представляет собой сыпучий порошок. Основу полукокса составляют оксиды глинистых материалов: SiO2 и Al2O3 - действие которых проявляется при более высоких температурах 1050-1100 градусов С. При этих температурах при постоянной массе полукокса превращается в стекловидный расплав.
На первом этапе исследования влияния добавок полукокса на физико-химические свойства керамических масс были проведены предварительные эксперименты по получению пористых структур на основе глины Дзержинского месторождения.
все массы состояли из 95-70% глины, 5-30% полукокса с шагом 5%. Крупность частиц глины и полукокса составляла менее 0,5 мм. Образцы изготовлены методом полусухого прессования (влажность 10%) и обжиг проводили в электрической муфельной печи при температуре 1050 градусов С.
Основные физико-технические свойства образцов определяли по стандартным методикам. Полученные результаты представлены в таблице 2.
Таблица 2. Основные физико-технические свойства глинистых масс, содержащих полукокс
|
Содержание полукококса, % |
Температура обжига, ?С |
Водопоглощение на холоду Вх,% |
Водопоглощение при кипячении Вк,% |
Коэффициент морозостойкости, К |
Открытая порис-тость, Потк,% |
|
0 |
1050 |
14,80 |
14,80 |
1 |
27,62 |
|
5 |
13,88 |
15,06 |
0,92 |
27,96 |
|
|
10 |
16,85 |
17,11 |
0,98 |
29,59 |
|
|
15 |
19,03 |
20,56 |
0,93 |
33,41 |
|
|
20 |
28,29 |
28,86 |
0,98 |
41,99 |
|
|
25 |
33,34 |
34,55 |
0,96 |
46,53 |
|
|
30 |
41,94 |
44,52 |
0,94 |
52,08 |
Анализ результатов предварительных исследований показал весьма значительное увеличение водопоглощения и пористости с возрастанием содержания полукокса в образцах. Так, например, при 30% содержание полукокса открытая пористость увеличивается до 52%, а водопоглощение - до 42%.
Этот факт позволил обозначить области и перспективы использования продукта полукоксования бурых углей в качестве выгорающей добавки, обеспечивающей высокую пористость при изготовлении легковесных шамотных огнеупоров и пористой фильтрующей керамики.
Таким образом, результаты предварительных исследований подтвердили предположение о путях использования полукокса бурых углей Александрийского месторождения в качестве топливосодержащей добавки в производстве обыкновенного глиняного кирпича, легковесных шамотных огнеупоров и пористой фильтрующей керамики.
Из данных таблицы 2 видно, что требования по морозостойкости, предъявляемые к глиняному кирпичу, не выполняются. Поэтому был проведен отбор глин месторождений Донецкой области, свойства которых соответствовали бы всем предъявляемым требованиям.
Найдено, что для изготовления керамического кирпича подходят глины Никифоровского и Краматорского месторождений, а для образцов шамотного легковесного огнеупора - глина Волновахского месторождения.
Основные физико-технические свойства керамических масс, содержащих оптимальное количество полукокса, приведены в таблице 3.
Таблица 3. Основные свойства масс, содержащих оптимальное количество полукокса
|
Наимено- вание материала |
Компоненты |
Содержание компонентов,% |
Температура обжига,?С |
Водопогло- щение В,% |
Откр. порис- тость Потк,% |
Кажущ. плотность ?, г/см3 |
Коэф мороз- ки,К |
Пред. проч- ти при сжатии |
|
Глиняный кирпич |
Глина краматорская Полукокс |
95 5 |
1000 |
7,68 |
15,56 |
2,03 |
0,81 |
444 |
|
Глина никифорская полукокс |
90 10 |
1025 |
10,64 |
20,57 |
1,88 |
0,56 |
335 |
|
|
Шамотный легковесный огнеупор |
Глина волновахская Шамот Полукокс |
43 37 20 |
1250 |
32,6 |
41,75 |
1,28 |
- |
51 |
|
Шамотноси- ликатный материал |
Шамот Полукокс Сверх 100% Жидкое стекло |
80 20 9 |
1150 |
40,29 |
49,12 |
1,22 |
- |
- |
Таким образом, показано, что полукокс бурых углей является ценным компонентом керамических масс, который может использоваться для создания пористой структуры в керамических изделиях различного назначения.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua