Главная страница Дерево Дом Строй      

Дерево Дом Строй - строительство кирпичных, каркасных, деревянных домов

Домашняя страница Контакты Добавить в избранное
     Главная страница
     Проекты домов
     Видео
     Породы дерева
     Архив статей
     Контакты
     Пеллетные горелки





Статьи о строительстве >> Технологии строительства >> Получение кислотоупорных материалов с применением отходов производств


Получение кислотоупорных материалов с применением отходов производств




Абдрахимова Е. Абдрахимов В. Получение кислотоупорных материалов с применением отходов производств // Строительные материалы. 2002. №2. C.18-20

Кислотоупорные изделия по признаку применения относятся к строительной керамике. Однако это не буквально строительная керамика, как повсеместно широко используемый кирпич, поэтому в литературе встречается редко. Химически стойкой керамикой принято называть керамику, которая обладает способностью противостоять длительным воздействиям различных химических веществ в жидком и газообразном состоянии.

Кислотоупорные изделия широко применяют в химической и электрохимической, фармацевтической, пищевой и других отраслях промышленности. Производство серной, соляной, азотной, фосфорной и других кислот было бы затруднительно без кислотоупорных керамических изделий, которые с успехом заменяют дорогостоящую металлическую аппаратуру.

В настоящее время для получения кислотоупоров в основном применяют глинистые материалы с повышенным содержанием оксида алюминия (Аl2О3 более 20%) и небольшим содержанием оксида железа (Fe2O3 менее 3,5%). В Казахстане тугоплавкие глины в основном содержат Аl2О3 менее 20%, a Fe2O3 более 3,5%.

В качестве отощителей при производстве кислотоупоров в керамических массах используется шамот. Шамот получается обжигом глинистых материалов при температуре 1200 оС. Получить высококачественный шамот на основе низкосортных Восточно-Казахстанских тугоплавких глин весьма затруднительно. Таким образом, из масс на основе тугоплавких глин с повышенным содержанием Fe2O3 и низким содержанием Аl2О3 получить высококачественный шамот и качественные кислотоупоры практически невозможно.

Между тем в Восточном Казахстане развита металлургическая промышленность, требующая значительного увеличения всех видов кислотоупорных керамических изделий, потребность в которых удовлетворяется за счет ввоза из других стран СНГ.

Известно, что в большинстве областей Казахстана, среднеазиатских республик и Западной Сибири России отсутствуют или ограничены месторождения кондиционных глинистых материалов, пригодных для производства кислотоупоров. Поэтому проблема изыскания качественного сырья для производства кислотоупоров является одной из важнейших в республике и Западной Сибири.

Наши исследования показали, что в качестве отощителя целесообразно использовать пирофиллит, в котором содержание Аl2О3 более 30%, a Fe2O3 мене 1% [1]. Содержание пирофиллита в керамических массах в пределах 40"50% позволяет получить кислотоупоры на основе низкосортных тугоплавких глин.

Для получения кислотоупоров использовались следующие сырьевые материалы: в качестве глинистых материалов использовались глинистая часть "хвостов" гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ) и жана-даурская глина; в качестве отощителя " Никольский пирофиллит и в качестве плавня " попутный продукт редкоземельных металлов (ПШК " полевошпатовый концентрат). Химический состав компонентов приведен в табл. 1.

Таблица 1



Компоненты
Содержание оксидов, мас. %



SiO2
АІ2О3
Fe203
СаО
МgО
R20
п. п. п.



ГЦИ
58,74
21,39
6,21
1,70
1,22
1,62
7,34



Жана-даурская глина
69,14
17,38
3,10
2,0
1,42
0,20
6,08



Пирофиллит
52,8
34,9
0,4
0,22
0,1
0,09
7,88



ПШК
73,22
14,48
0,32
0,37
0,31
10,18
0,38






Глинистая часть "хвостов" гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ) получается после дезинтеграции и грохочения в виде пульпы влажностью 37"48%, по содержанию частиц размером менее 0,001 мм (42-43%) относится к среднедисперсному сырью, по пластичности " к среднепластичному (число пластичности 20-25), по огнеупорности " к тугоплавкому (огнеупорность 1480" 1560 оС) с интервалом спекания 120-150 оС.

Глины Жана-Даурского месторождения Восточно-Казахстанской области имеют число пластичности 12-18 и огнеупорность 1540-1570 оС, а по минералогическому составу исследуемое глинистое сырье относится к группе каолинитовых.

Никольский пирофиллит Восточно-Казахстанской области использовался в качестве отощителя в производстве кислотоупорных плиток. Огнеупорность пирофиллита 1650-1680 оС [2].

Попутный продукт редкоземельных металлов является полевошпатовым концентратом. Полевошпатовый концентрат получается после помола исходного сырья, извлечения из него металлов и последующей флотации слюды [3]. После обогащения полевошпатового концентрата (ПШК) в виде пульпы влажностью 60% он по трубопроводу подается в "хвостохранилище". ПШК имеет белый цвет с проблесками слюды и внешне напоминает песок. Минералогический состав представлен следующими минералами, мае. %: кварц 30"40, полевой шпат 60"70, слюда 1"3.

Для получения кислотоупоров исследовались составы, приведенные в табл. 2. Применение в составах керамических масс глинистых материалов менее 50% приводит к снижению пластичности шихты, что значительно ухудшает ее формовочные свойства, а применение более 50% увеличивает время сушки кислотоупоров. Поэтому оптимальное содержание глинистых материалов в керамических составах принято 50%.Ввод в составы керамических масс пирофиллита при обжиге кислотоупоров до 1300 оС не способствует повышению их физико-механических свойств. Очевидно, это связано с тем, что пирофиллит, являясь огнеупорным материалом (огнеупорность более 1600 оС), не способствует образованию жидкой фазы и отодвигает образование муллита в область более высоких температур.



Таблица 2.



Компоненты
Содержание компонентов в составах, мас. %



1
2
3
4



ГЦИ
50

50




Жана-даурская глина

50

50



Пирофиллит
50
50
40
40



ПШК


10
10






С целью снижения температуры обжига кислотоупоров в керамическую массу вводился полевошпатовый концентрат (ПШК) в количестве 10%. Применение ПШК более 10% в составах керамических масс нецелесообразно по следующим причинам: во-первых, практически необходимый минимум введения жана-даурской глины, при которой масса сохраняет оптимальные пластические свойства, составляет 50"55%; во-вторых, значительное уменьшение в составах пирофиллита уменьшает содержание в массах Аl2О3, что нежелательно, так как уменьшение в стеклофазе глинозема не способствует повышению кислотостойкости. Расчетный химический состав керамических масс приведен в табл. 3.



Таблица 3.



Состав
Содержание оксидов, мас. %



Si02
AI2O3
Fe2O3
CaO
MgO
R2O
п. п. п.



1
55,74
28,15
0,96
0,66
3,31
0,96
7,61



2
61,0
25,64
1,21
0,76
1,75
0,15
6,98



3
57,49
26,78
0,90
0,90
3,01
1,88
6,89



4
62,22
24,52
1,13
0,71
1,6
1,16
6,32






Как видно из табл. 3, ввод в составы керамических масс пирофиллита значительно увеличивает содержание Аl2О3 и уменьшает Fe2O3. ПШК также снижает содержание Fе2О3, но при этом снижает и Аl2О3. Таким образом, ввод в составы керамических масс пирофиллита позволяет использовать в производстве кислотоупоров низкосортные глины и отходы производств.

Установлено, что замена кислотоупорного кирпича кислотоупорной плиткой позволяет снизить расход сырья в 2,5 раза, а массу футеровки почти в три раза [1]. Поэтому наши исследования проводились на кислотоупорных плитках.

Из исследуемых составов методом пластического формования при влажности шихты 20"22% формовали квадратные плитки размером 100x100x20 мм, высушивали до остаточной влажности не более 3%, затем обжигали в интервале температур 1100-1300 оС.

Как видно из рисунка, кислотостойкость образцов из состава 1 до температуры 1200 оС выше, чем у образцов из состава 2. Очевидно, это связано с тем, что в образцах на основе ГЦИ жидкая фаза образуется при 950 оС, а муллит, формирующий основные физико-механические свойства, при 1000 оС. В образцах на основе жана-даурской глины вышеуказанные фазы сдвигаются на 50"С в область более высоких температур.

В работе [1] указывалось, что образование муллита при обжиге ГЦИ и жана-даурской глины происходит в две стадии. Первая " резкий скачок увеличения муллита в интервале температур: для ГЦИ 1000-1150"С; для жана-даурской глины 1050"1200 оС. Вторая стадия " это медленное увеличение содержания муллита и совершенствование его структуры. Муллит, как показано в работе [4], имеющий несовершенную кристаллическую решетку, как правило, не способствует повышению кислтостойкости образцов. Очевидно, что в образцах из состава 2 муллит имеет более совершенную кристаллическую решетку, чем в образцах из состава 1, при температурах обжига более 1200 оС.

Рентгеновскими исследованиями муллита (3Al2O3-2SiO2) установлено [5], что кристаллическая решетка муллита имеет "дырки" диаметром 0,6410-10 м, в которые могут внедряться посторонние ионы радиусом меньшим, немного большим или равным 0,6410-10 м и которые частично создают дефектность структуры. Такими ионами в керамических материалах могут быть Fe3+ и Ti4+, которых в ГЦИ значительно больше, чем в жана-даурской глине. Посторонний ион вследствие отличия размера его радиуса от величины "дырки" вызывает в решетке искажение. Кроме того, в работе [1] рентгеновскими, микроскопическими и ПК-спектроскопическими исследованиями было установлено, что при обжиге образцов из ГЦИ, имеющей повышенное содержание оксида железа, образуется магнетит (Fe2O3 FeO), который относится к химически нестойким материалам.

Ввод в составы керамических масс ПШК способствует повышению кислотостойкости (см. рисунок, кривые 3 и 4). В работе [6] автор указывает, что полевой шпат способствует образованию игольчатой разновидности муллита. В основе формирования игольчатой разновидности муллита и полевого шпата лежит процесс диффузии щелочных металлов. Покидая решетку альбита (Na2O Al2O3-6SiO2), щелочные металлы высвобождают часть зарядов, что ведет к усилению ионной связи алюминия и образованию шестикоординационных группировок этого элемента, необходимых для синтеза муллита. Кроме того, уменьшение концентрации ионов натрия в расплаве полевошпатового концентрата приводит к образованию матрицы, состав которой сдвигается в поле муллита по фазовой диаграмме системы RO2-AI2O3-SiO2. После диффузии оксидов щелочных металлов в "каолинитовом остатке" достигается определенная концентра







English Russian Deutsch
© DEREVODOM.COM