Эффективная стеновая керамика на основе высококальциевой золы-уноса

В настоящее время наблюдается объективная тенденция повышения требований, предъявляемых к строи­тельным материалам, в частности к теплозащитной способности, моро­зостойкости, эстетическим свойствам и т. д. Одним из способов улучшения технико-экономических показателей и повышения качества продукции яв­ляется расширение сырьевой базы.

В промышленно развитых горо­дах Иркутской области весьма пер­спективным сырьем для обжиговых материалов являются дисперсные органосодержащие отходы тепло­энергетики и цветной металлургии. Количество образующихся отходов достаточно для удовлетворения по­требности в сырье керамических предприятий. Замена глинистой по­роды на техногенные массы обеспе­чит экономический эффект за счет уменьшения себестоимости про­дукции вследствие устранения опе­рации измельчения сырья, сокра­щения затрат на обжиг и направлен­ного повышения качества изделий.

Результаты исследований, кото­рые ведутся в Братском государст­венном университете, показали возможность изготовления керами­ческих стеновых материалов с отно­сительно низкой средней плотностью на основе техногенной шихты, включающей высококальциевую зо­лу-унос от сжигания бурых углей Ирша-Бородинского месторожде­ния и микрокремнезем (Патент РФ № 2086517 МКИ6 С 04 В 35/14, 35/16 Сырьевая смесь для изготовления стеновых ке­рамических изделий / Л.Н. Тацки, Н.А. Лохова, Г.Л. Гсршанович, Е.Б. Сеничак // БИ. 1997. №22). Морозо­стойкость таких материалов (15 цик­лов) отвечает требованиям, предъяв­ляемым к рядовым изделиям.

Для изготовления лицевых изде­лий необходим ввод добавки — интенсификатора спекания.

Исследованиями Красноярско­го филиала ВНИИСТРОМ уста­новлено, что при введении фторсодержащих добавок спекание глиномасс происходит интенсивнее, сни­жается температура образования силикатного расплава, понижается вязкость и увеличивается его по­движность за счет ослабления свя­зей в кремнекислородном каркасе.

Это позволило прогнозировать позитивное влияние фторсодержащих добавок на структурообразование алюмосиликатной керамичес­кой матрицы из техногенной смеси.

В данной работе в качестве та­кой добавки предлагается использо­вать просыпь от дробления отрабо­танной угольной футеровки (УФ) электолизеров Братского алюмини­евого завода (БрАЗ). Исследования УФ показали многокомпонентный органоминеральный состав этого многотоннажного отхода. По дан­ным БрАЗ, химический состав УФ (мас. %) следующий: F — до 15, А1 -до 15, Na- до 15, С-50-60.

Рентгенофазовый анализ по­рошка УФ, подвергнутого после­довательному нагреванию в темпе­ратурном диапазоне 100~1000°С, подтвердил преобладание в нем гра­фита и фторсодержащих соедине­ний. Последние преобразуются в нефелин при нагреве до 800-1000°С. Это дает возможность отнести УФ к добавке комплексно­го действия, которая сочетает в себе флюсующее действие с поризующим эффектом от выгорания графита.

Результаты рентгенофазового анализа показывают, что при на­гревании до 1000"С шихты с добав­кой УФ содержание кварца в систе­ме снижается. Присутствие оксида магния сохраняется до 800°С, каль­цита и гематита — до 700°С, оксид кальция зафиксирован при 6ОО°С. Появление диопсида и геленита от­мечено при 800"С. Наличие геленита сохраняется в диапазоне температур от 800 до 900°С. Повышение температуры до 950°С приводит к интен­сивному росту рефлексов диопсида в системе, который стабилизируется при 1000°С. Полевые шпаты крис­таллизуются при 850°С. Нагревание до 1000°С также обусловливает рост рефлексов этого минерала.

Дополнительными исследова­ниями установлено, что в массе с добавкой 10% УФ геленит присутст­вует в более широком температур­ном диапазоне (800-1000°С).

Важно, что минерализующее воздействие УФ при обжиге приво­дит к полному связыванию оксидов кальция и магния в полезные крис­таллические фазы (диопсид, анор­тит), дополнительно микроармирующие стенки пор. Морозостойкость образцов при этом возрастает до 75 циклов. Установлено, что остаточная прочность лабораторных об­разцов, обожженных при 950°С по­сле 75 циклов замораживания и от­таивания, составляет 20,2 МПа, что выше исходной прочности образцов до замораживания (18,5 МПа).

Вероятно, гидратация геленита при насыщении материала водой обеспечивает упрочнение керами­ческой матрицы, компенсирующее деструктивное влияние кристаллов льда при замораживании образцов. Развитое норовое пространство золокерамики обусловливает как вы­сокие значения возможной поверх­ности для протекания peaкции гидратации, так и резервные объе­мы для размещения продуктов гид­ратации геленита.

Опытно-промышленная апроба­ция полнотелых золокерамических изделий с добавкой УФ, изготовлен­ных способом полусухого прессова­ния с последующим обжигом на Братском керамическом заводе, по­казала, что изделия отвечают требо­ваниям ГОСТ 7484-78 «Кирпич и камни керамические лицевые». Средняя плотность составляет 1400 кг/м³, коэффициент теплопро­водности - 0,313 Вт/(м°С), проч­ность при сжатии -14,4 МПа, что соответствует марке кирпича М 125. Изделия выдержали 75 циклов попе­ременного замораживания и оттаи­вания без дефектов и относятся к лицевым керамическим материалам, в которых регион остро нуждается.

Радиологические исследования золокерамического кирпича, вы­полненные центром Госсанэпид­надзора г. Братска, показали, что эффективная активность ЕРН со­ставляет 91+10 Бк/кг, что позволяет отнести предлагаемый материал к первому классу строительных мате­риалов в соответствии с критериями для принятия решения об использо­вании строительных материалов (прил. А, ГОСТ 30108-94). Санитарно-химические исследования проб изделий в модельной среде (дистиллированная вода) на воз­можность миграции токсичных эле­ментов (свинца, цинка, меди, фто­ра, хрома и др.) определили, что концентрация фтора и других эле­ментов не превышает значений по­казателей по Сан.ПиН. 4630-88. Так, согласно нормам, предельная кон­центрация фтора составляет 1,5 мг/л_; а для исследуемого материала она со­ставила 0,25 мт/л.

Таким образом, совместное при­менение в керамических массах дисперсных отходов обеспечивает направленное формирование ком­плекса заданных свойств, что поз­воляет получить эффективный ке­рамический материал повышенной морозостойкости с улучшенными теплотехническими характеристи­ками, способный конкурировать с изделиями из глинистых масс.