17 Индивидуальное задание на тему: «Использование отходов

промышленных производств в изготовлении керамического кирпича»

Важным направлением снижения издержек производства керамического кирпича является использование техногенных отходов в качестве сырьевых компонентов. Утилизация отходов промышленных производств также способствует решению региональной экологической проблемы.

Среди техногенных отходов, применяемых в производстве керамического кирпича, особое место занимают золы тепловых электростанций.

В производстве керамического кирпича, с учетом использования золы в качестве топливного компонента шихты, наиболее целесообразно использовать золы со значительным содержанием несгоревшего топлива (10…20 % и более). При использовании золы в качестве отощающей добавки наиболее эффективно применение более крупнозернистых составов. Этому требованию более полно отвечает золошлаковая смесь, добываемая из отвалов гидрозолоудаления.

Наличие в золах ТЭС стекловидной фазы, значительного содержания оксидов железа и органической составляющей, обеспечивающей создание в процессе обжига внутри черепка восстановительной среды, улучшает спекание, повышает прочность (на 1…2 марки) и морозостойкость керамического кирпича, уменьшает его среднюю плотность и теплопроводность. Кроме того, эффективность использования зол ТЭС в производстве керамического кирпича определяется устранением потребности в дорогостоящих добавках (опилках, шамоте и т.п.), сокращением расхода топлива на 20…30 % и продолжительности сушки сырца на 10…20 %, улучшением качества кирпича, в частности его внешнего вида.

При выборе золы следует ориентироваться в первую очередь на наиболее легкоплавкие отходы ТЭС с повышенным содержанием несгоревшего топлива. Состав шихты при введении зол ТЭС с достаточным содержанием несгоревшего топлива должен исключать другие топливные добавки. В зависимости от пластичности применяемого глиняного сырья количество вводимой в шихту золы может изменяться в следующих пределах: для глин повышенной пластичности 40…50 % и более; среднепластичных 20…30 %; малопластичных 10…15 %.

Влияние состава глинозольной массы на свойства керамического кирпича представлено в таблице 23.

Таблица 23 – Свойства керамического кирпича при разном составе шихты

Состав шихты, %				Формовочная влажность, %	Число пластичности	Коэффициент чувствительности к сушке	Усадка воздушная, %	Физико-механические показатели
Глина Бескудниковского завода	Зола от сжигаемого угля							Усадка общая, %	Средняя плотность, кг/м^3	Водопоглощение, %	Предел прочности, МПа
	кузнецкого	подмосковского бурого	донецкого
											при сжатии	при изгибе
100	-	-	-	19,0	14,0	1,98	8,25	8,25	1800	11,7	25	3,8
70	30	-	-	18,6	5,8	1,18	5,40	5,70	1,54	12,9	52	10,6
50	50	-	-	18,4	4,8	0,70	3,20	3,50	1,50	15,0	22	7,5
70	-	30	-	18,7	5,0	1,10	5,80	6,10	1,55	12,9	36	8,8
50	-	50	-	18,4	4,8	0,60	2,90	3,40	1,51	15,1	12	3,2
70	-	-	30	18,5	4,8	1,42	4,90	5,80	1,65	12,6	54	10.7
50	-	-	50	18,4	3,4	0,80	2,70	3,50	1,52	15,4	16	4,5

К золе ТЭС, применяемой при производстве керамического кирпича, предъявляются следующие основные требования: отсутствие каменистых карбонатных включений размером более 1 мм; содержание включений зерен шлака размером более 3 мм не должно превышать 5 %; содержание серы не должно превышать 1 %. В производстве керамического кирпича используется также зола-унос ТЭС – тонкодисперсный материал, образующийся из минеральной части

твердого топлива, сжигаемого в пылевидном состоянии, и улавливаемый золо-

улавливающими устройствами из дымовых газов тепловых электростанций.

Известен опыт использования золы-уноса ТЭС в производстве керамического кирпича кирпично-черепичного завода на базе месторождения глин Коровья Дубрава. Кирпич изготавливается из шихты следующего состава: глина креплянского месторождения (68…72 %), зола-унос (12 %), уголь бурый подмосковный (8…10 %), опилки (8…10 %).

Зола-унос не набухает, не впитывает влагу и при одной и той же пластичности глины обеспечивает снижение формовочной влажности по сравнению с другими добавками на 1,5…2 %. Во время обжига запрессованная зола-унос в кирпиче начинает выгорать при температуре 750…800 ⁰С, тогда как уголь начинает выгорать при 300…400 ⁰С. Уголь обеспечивает прогрев сырца до температуры воспламенения коксующегося остатка золы-уноса и образование восстановительной среды, что способствует увеличению марочности готового кирпича. С вводом золы-уноса брак при обжиге благодаря равномерной температуре по всему сечению обжигового канала печи снизился на 2 %.

В последние годы зольные отходы в нашей стране пополнились новым видом – золами от сжигания осадков очистных сооружений канализации населенных пунктов, темпы образования которых постоянно возрастают. Отходы этого производства, как показали исследования, существенно отличаются от отходов ТЭС, в первую очередь содержанием соединений тяжелых металлов и естественных радионуклидов.

Специалистами НПО «Керамика» и ВНИИСТРОМ проведена комплексная оценка состава золы от сжигания осадков с Центральной станции аэрации на о. Белом (Ленинградская обл.). Обезвоженный осадок сжигается в псевдоожиженном слое песка при температуре 750…850 ⁰С. По химическому составу зола представляет собой кислое сырье с содержанием органики до 3,25 %. Зола включает повышенное количество красящих оксидов (Fe₂O₃ + TiO₂ = 12.27 %), легкоплавкая.

Зола от сжигания осадков сточных вод относится к четвертому классу опас-

ности (малоопасные вещества). В процессе контакта с водой зола не выделяет высокотоксичных соединений. Содержание тяжелых металлов Cd, Cu, Ni, Zn в золе превышает их ПДК для почвы. Для золы характерна также повышенная удельная активность естественных радионуклидов.

При проведении опытно-промышленных испытаний состав шихты был принят с учетом экспериментальных исследований и включал, % (по массе): глина 67…75, песок 13…24, зола 9…12.

Физико-механические показатели полученного из данной шихты кирпича представлены в таблице 24.

Таблица 24 – Физико-механические свойства керамического кирпича с

использованием в качестве сырьевого компонента золы от сжигания

осадков сточных вод

№ образца кирпича	Физико-механические показатели
	Предел прочности, МПа				Водопоглощение, %	Марка по		Средняя плотность, кг/м^3
	при сжатии		при изгибе			прочности	морозостойкости
	средний	наимень-ший	средний	наимень-ший
1	10,1	13,9	2,7	2	6,8	150	более 50	1130
2	10,1	12	2,3	1,7	7,2	125	более 50	1150

Данные таблицы 24 показывают, что предел прочности при сжатии и изгибе кирпича с пустотностью 42 % достаточно высок. Это объясняется тем, что происходящее при формовании изделий с большой пустотностью уплотнение внешних стенок и внутренних перегородок может частично компенсировать отрицательное влияние пустот на прочность изделий. Однако главное значение имеет уменьшение градиента влажности и снижение внутренних напряжений при сушке тонкостенных изделий с золой, а также более полное завершение процесса формирования черепка при обжиге. Коэффициент теплопроводности полнотелого кирпича составляет 0,74 Вт/м∙К, эффективного – 0,39 Вт/м∙К.

Эколого-гигиеническая оценка керамического кирпича показала следующие результаты: удельная активность естественных радионуклидов – 228…239 Бк/кг, что не превышает значений, допустимых для 1-го класса. Кирпич может быть использован для сооружений жилых и общественных зданий без ограничений.

В настоящее время в России запатентовано много изобретений, связанных с внедрением в производство керамического кирпича различных отходов промышленности, в том числе зол ТЭС и зол от сжигания осадков сточных вод. В качестве сырьевых компонентов шихты, помимо указанных выше, могут использоваться измельченный доменный ферромарганцевый гранулированный шлак (отход выплавки чугуна), металлургический шлак от выплавки меди, отходы обогащения медных руд (медно-борные хвосты), отходы дробления опоки и ее щелочной обработки, нефтезагрязненный гранитный отсев балластного щебня, слюдосодержащий кварцевый песок и углепорода (отходы угледобывающей промышленности), отход обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, сухой отход гальванического производства, пластификатор (отход производства мела), мергель (отход добычи цеолитов), отходы производства минераловатных плит, дефекат (отход сахарного производства).

Некоторые запатентованные составы сырьевых смесей для изготовления керамического кирпича представлены в таблице 25.

Таблица 25 – Составы сырьевых смесей, запатентованных для изготовления

керамического кирпича

Номер патента	Состав сырьевой смеси, % массы (объему)	Технический результат изобретения и свойства получаемого кирпича
1	2	3
2057742	огнеупорная глина – 2…50; легкая фракция золы-уноса – 50…98	средняя плотность – 500…750 кг/м^3; прочность при изгибе – 0,5…4,0 МПа; теплопроводность – 0,17…0,24 Вт/м∙К

Продолжение таблицы 25

1	2	3
2110498	глина – 60…80; отходы дробления опоки – 10…19; отходы щелочной обработки опоки – 1…30	средняя плотность полнотелого кирпича – 1610…1710 кг/м^3; средняя плотность кирпича с пустот-ностью 22 % – 1270…1380 кг/м^3; прочность на сжатие – 13…14,6 МПа
2055037	зола ТЭС – 8…15; уголь – 2…4; корбамидоформальдегидная смола – 0,02…0,05; глина – 80,95…89,98	трещиноватость при сушке – 0 %; прочность на сжатие – 18,6…20,9 МПа
2099306	глина – 92…98; отходы обогащения медных руд- медно – борные хвосты – 2…8	предел прочности при сжатии – 8,5…15,1 МПа; водопоглощение – 14,6…16 %
2136625	глина – 81,5…87; сухой отход гальванического производства – 3…3,5; комплексная легкоплавкая добавка (силикат – глыба – 40,8 + пиритные огарки – 37,3 + диатомит – 20,4 + уголь – 1,5) – 10…15	повышение прочности кирпича и снижение температуры обжига за счет улучшения процессов минерализации
2243183	кембрийская глина – 60…80; нефтезагрязненный гранитный отсев балластного щебня – 20…40	создание керамической массы для лицевого кирпича с улучшенной лицевой поверхностью и более высокой прочностью при одновременной утилизации промышленных отходов и экономии природного газа
2209795	глина – 85…90; порошок из отходов обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов – 10…15	создание сырьевой смеси для изготовления дефицитных компонентов, обеспечение изделий из нее с приемлемыми прочностными характеристиками, повышение морозостойкости
2270178	глинистое легкоплавкое сырье – 83…85; термообработанные до полного выжигания примесей угля и органических примесей и до полного перехода пирита в Fe2O3: углесодержащая тугоплавкая глина 8,5…10 и низкокальциевая буроугольная зола 2…5; стеклобой – 0,9…1,5; вермикулитовый вспученный песок фракции 0…1,25 мм – 1,5…2,0; пластификатор – отход производства мела, содержащий гидратную известь	повышение прочности сухого кирпича – полуфабриката за счет повышения степени гомогенизации сухих компонентов смеси и архитектурной выразительности без потери прочности и морозостойкости готовых изделий

Продолжение таблицы 23

1	2	3
	48…49 % - 0,1…0,5
2272798	суглинок тяжелый – 72…80; глина с повышенным содержанием сульфатных и сульфитных примесей – 10…17; мелкодисперсный тугоплавкий отход угледобычи – слюдосодержащий кварцевый песок – 10…11	повышение прочности кирпича и создание архитектурной выразительности за счет исключения выцветов и обеспечения на поверхности микроблестящих точек
2259972	глинистое легкоплавкое сырье – 80…90; измельченный доменный ферромарганцевый гранулированный шлак – 9,85…19,9; молотый отработанный железосодержащий катализатор – отход производства аммиака – 0,1…0,15	повышение прочности при сжатии, трещиностойкости при сушке и улучшение архитектурного вида за счет исключения выступающих на поверхность гранул (бугорков) граншлака и исключения серо-зеленоватого оттенка на цветной поверхности изделий
2282602	легкоплавкая глина – 40…60; металлургический шлак от выплавки меди – 35…48; пирофиллит – 5…12	снижение усадки и повышение морозостойкости керамической массы
2308434	глинистое сырье – 40…70; мергель – отход добычи цеолитов – 30…60	снижение средней плотности и теплопроводности при сохранении прочностных свойств
2291132	глина – 50…90; дефекат – отход сахарного производства – 10…50	уменьшение теплопроводности готового изделия, утилизация отходов сахарного производства
2148047	глина – 20…98; зола от сжигания промышленных и бытовых сточных вод городского коммунального хозяйства –2…80	утилизация отходов городского коммунального хозяйства без снижения качества лицевого кирпича