Особенности производства керамического кирпича с добавкой золы от сжигания осадков сточных вод

Дуденкова Г. Левит И. Особенности производства керамического кирпича с добавкой золы от сжигания осадков сточных вод // Строительные материалы. 2003 . №2. C. 20-21

Важным направлением снижения издержек производства является использование техногенных отходов. Утилизация отходов также способствует решению региональной экологической проблемы.

Среди техногенных отходов особое место занимают золы ТЭС. 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 наши 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 и свойств золы от сжигания осадков с Центральной станции аэрации на о. Белом (Ленинградская обл.). Обезвоженный осадок сжигается в псевдоожиженном слое песка при температуре 750-850?С.

По химическому составу зола представляет кислое сырье с содержанием органики до 3,25%. Зола включает повышенное количество красящих оксидов (Fe2O3 + ТiO2 = 12,27%), легкоплавкая. По данным анализа, в золе находится около 8,85% фосфора (в пересчете на P2O5) и повышенное содержание водорастворимых солей (62,74 мг экв. на 100 г).

Зола от сжигания осадков сточных вод относится к четвертому классу опасности (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 (ЕРН).

В результате экспериментальных исследований установлены основные параметры производства кирпича с добавкой золы [1].

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.

С целью усовершенствования режимов сушки кирпича с добавкой золы, повышения качества высушиваемого полуфабриката была осуществлена реконструкция сушилок с переводом их работы по двухзонной прямоточно-противоточной схеме. Внутри туннеля созданы влажностная теплая зона для периода усадки изделий и горячая сухая зона для послеусадочного периода. Эта схема также обеспечила нулевые избыточные статические давления на концах туннелей, что позволило ликвидировать двери, упростить работу толкателей и улучшить условия их обслуживания.

Место отбора отработанного теплоносителя перенесено на стык между первой и второй зонами. Часть отработанного теплоносителя (рециркулята) возвращается в головную зону сушилки. Другая часть удаляется в атмосферу.

В осенне-зимний период, когда тепла, отбираемого из зоны охлаждения печи, недостаточно для сушки изделий, предусмотрена возможность дополнительной выработки тепла в теплогенераторе. Продукты сгорания газообразного топлива в теплогенераторе смешиваются с атмосферным воздухом, а при необходимости дополнительно с рециркулятом.

В процессе отработки режимных параметров работы сушилок установлены следующие параметры теплоносителя, обеспечивающие получение качественного сырца:

? температура теплоносителя:

перед вентилятором № 1 - 80-100?С; перед вентилятором № 3 ? 40?42?С;

- относительная влажность:

перед вентилятором № 2 - 65-75%;

перед вентилятором № 3 ? 55?65%.

Продолжительность сушки сырца 24 ч, остаточная влажность ?1,1?1,5%, воздушная усадка - 4%.

Результаты разбраковки сырца приведены в табл. 1.

Таблица 1

Количество

сырца, %

Наличие трещин, %

Количество

брака

рамочные

сушильные

98,5

0,5

1

1,5

Влагоотдача практически одинакова по поперечному сечению туннеля. Влажность сырца после сушки вверху садки 1,2%, в середине садки 1,3%, внизу садки 1,3%. Эти данные свидетельствуют о работе сушилки в оптимальном режиме.

Высушенный сырец укладывается на печные вагонетки. Садка кирпича по длине вагонетки состоит из двух пакетов высотой 26 рядов по 756 шт. в каждом.

В туннельной печи отрегулирована система рециркуляции дымовых газов. Благодаря этому достигнута интенсификация и равномерность нагрева изделий в зоне подготовки печи. Максимальная температура обжига снижена на 50?С.

Оптимальный режим обжига кирпича позволил уменьшить трещинообразование и обеспечить выпуск качественной продукции. Физико-механические показатели кирпича приведены в табл. 2.

Таблица 2

Предел прочности, МПа

Водопо- глощение, %

Mapка по

средняя плотность, кг/м3

при сжатии

при изгибе

проч- ности

морозо- стойкости

средний

наименьший

средний

наименьший

16,1

13,9

2,7

2

6,8

150

>50

1130

13,1

12

2,3

1,7

7,2

125

>50

1150

Данные табл. 2 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.

Данные испытаний кирпича на теплопроводность кладки на различных кладочных растворах (влажность кладки 2%) приведены в табл. 3. Коэффициент теплопроводности эффективного кирпича самый низкий для пустотелого кирпича, выпускаемого отечественными предприятиями.

Таблица 3

Наименование изделий

Вид кладочного раствора

Коэф. теплопроводности, Вт/м ?С

Кирпич полнотелый

Цементно-песчаный

0,74

Кирпич эффективный

Цементно-песчаный

0,39

Цементно-перлитовый

0,35

Испытание кирпича на капиллярный подсос показывает незначительный налет, который незаметен с расстояния 10 м.

Основным условием для использования зол в производстве строительной продукции, в том числе керамического кирпича, является абсолютная гигиеническая безопасность готовой продукции, безопасность условий труда на таком производстве и экологическая безопасность всего производственного процесса.

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 сооружения жилых и общественных зданий без ограничения.

Содержание тяжелых металлов и железа в кирпиче следующее (мг/кг): Cd ? 0,88; Сu - 2,5; Ni - 3,8; Zn - 29,7; Pb - 3,4; Co - 3,1; Cr - 1,1; Mn - 163; Hg -