Отходы промышленности для получения керамических плиток

Артиков Г. Мухамеджанова М. Отходы промышленности для получения керамических плиток // Строительные материалы. 2003 . №2. C. 52-53

При комплексном использовании сырья значительная доля материальных затрат общества распределяется на все продукты, что повышает технико-экономические показатели как основного, так и побочного производства. Кроме того, сокращаются непроизводительные расходы на разведку и добычу сырья и удаление отбросов в отвалы. В решении важной народнохозяйственной проблемы организация производства строительной керамики на основе побочных продуктов промышленности в ближайшее время займет видное место.

В лаборатории химии силикатов Института общей и неорганической химии АН РУз авторами в течение многих лет велись исследования новых технологических приемов, обеспечивающих качество продукции и возможность получения материала с заранее заданными свойствами [1,2].

При определении путей использования побочных продуктов промышленности необходимо всесторонне их изучить, а также установить их минералогический, химический и гранулометрический составы, физические свойства, выявить особенности технологического процесса и влияние его отдельных стадий на изменение свойств побочного продукта.

В Узбекистане имеется большое количество различных побочных продуктов промышленности: доменные, медеплавильные, фосфорные, свинцово-цинковые шлаки, а также золы ТЭЦ и др. Поэтому была поставлена задача использовать в качестве основного сырья для строительной керамики местные побочные продукты промышленности, то есть получить керамический материал из шихты, не содержащей глины.

В качестве исходных компонентов использовались отходы добычи медной руды Алмалыкского горно-металлургического комбината (АГМК) и шлак Ангренского химико-металлургического завода (АХМЗ).

Флотоотходы медно-обогатитель-ной фабрики (МОФ) АГМК образуются при обогащении медьсодержащей руды. Эти отходы представляют собой алюможелезистое силикатное соединение темно-серого цвета. Результаты анализов проб, отобранных в разное время года, показали, что их химический состав практически одинаков. Пробы характеризуются относительно высоким содержанием SiO2, достигающим 63,88%. Флотоотходы МОФ имеют тонкодисперсный гранулометрический состав, приведенный в табл. 1, и по содержанию мелкой фракции относятся к тонкодисперсной группе сырья (ГОСТ 9169?75). Температура плавления флотоотхода 1220-1230?С.

Таблица 1

№ пробы

Гранулометрический состав проб флотоотходов МОФ

№ № сит

0,5

0,3

0,2

0,1

0,025

0,006

Фракции, %

1

0,8

3,4

1,2

1,95

17,8

71,6

2

0,95

3,3

1,35

2,15

18,1

71,5

3

0,9

3,25

1,4

2,1

17,95

71,8

4

0,75

3,5

1,15

1,8

17,65

72,4

5

1,05

3,1

1,55

2,15

17,85

71,85

6

0,85

3,45

1,25

2,4

18,35

70,95

Основными минеральными компонентами исследованных отходов являются кварц (44%), полевой шпат (9%), гидрослюда (22%), а также в них содержится около 3% гипса, карбонатов кальция и магния (22%).

На рентгенограммах флотоотхода МОФ, обожженного при различных температурах, обнаруживаются характерные максимумы кварца и гематита. С повышением температуры линии кристаллических фаз увеличиваются. При 1100?С уменьшается интенсивность рентгеновских рефлексов гематита, и при 1200?С остаются только линии кварца, что связано с растворением его в образовавшейся жидкой фазе благодаря присутствию примесных ионов.

Шлак АХМЗ представляет собой стекловидное вещество в виде гранул серовато-черного цвета. Содержит в основном оксиды кремния, алюминия и кальция, а также включения оксидов железа. По температуре плавления - 1160?С данный шлак можно отнести к группе легкоплавких.

Результаты исследования фазового состава образцов шлака АХМЗ показали, что он состоит в основном из кварца и волластонита. В спеченных при температурах 800-1100?С образцах из шлака имеются кристаллы волластонита и анортита. С дальнейшим повышением температуры выше 1150?С наблюдается уменьшение интенсивности их рентгеновских рефлексов.

Химический состав отходов горнорудных предприятий АГМК и АХМЗ приведен в табл. 2. Значительное содержание R2O говорит о возможности использования указанных отходов как плавня в производстве керамических плиток.

Таблица 2

Исходные материалы

Химический состав исследуемых отходов, мас. %

SiO2

AI203

СаО

МgО

Fe2O3

Na2O

К2О

SO3

п. п. п.

Флотоотходы МОФ

61,2-63,88

11,89-13,57

1-1,96

1,58-2,81

5,7-7,1

0,67-1,56

4,6-5,8

1,88-4,1

3,9-4,54

Шлак АХМЗ

48,15-58,52

12,73-16,34

18,58-25,46

0,45-1,2

3,52-5,76

1,11-1,24

1,3-1,85

-

-

Опыты показали, что 4 отходы медной руды (МОФ) формуются, но при обжиге сильно растрескиваются и деформируются, что исключает использование таких отходов в чистом (отдельном) виде для керамического производства.

Совместное использование шлака и флотоотходов дает лучшие результаты: флотоотход МОФ способствует улучшению формовочной способности шлака химико-металлургического завода (АХМЗ), а шлак АХМЗ уменьшает усадочные явления флотоотхода МОФ при сушке и обжиге.

Флотоотходы медно-обогати-тельной фабрики добавляли к химико-металлургическому шлаку в количестве до 80%, с интервалом 10%.Материалы предварительно размалывали до остатка 1,5?4 % на сите 008. Образцы готовили методом полусухого прессования. Давление прессования 7,5 МПа. Опыты показали, что при введении даже 20% флотоотходов медно-обогатительной фабрики формовочная способность массы заметно улучшается. Число пластичности флотоотхода МОФ равно 7,1, следовательно, они относятся к умеренно пластичной группе сырья (ГОСТ 21216.11-81). Шлак АХМЗ, в свою очередь, как отощитель улучшает сушильные свойства флотоотходов МОФ. Образцы, содержащие больше шлака АХМЗ, быстрее высыхают и не растрескиваются Обжиг образцов проводился при 850, 900, 950 и 1000?С. Анализ данных табл. 3 свидетельствует, что при температуре обжига 850?С оптимальным составом по прочности явилась шихта, состоящая из 60% флотоотхода медно-обогатительной фабрики и 40% шлака АХМЗ. Предел прочности состава при сжатии в этом случае 38 МПа. Водопоглощение при этом оказалось 16,5, а средняя плотность соответственно самой большой 1840 кг/м3.

Таблица 3

Состав керамических масс

Физико-механические характеристики керамических материалов

Водопоглощение, %

Плотность, кг/м3

Прочность, МПа

Изменение

при температуре обжига, ?С

образцов при температуре

АХМЗ

МОФ

850

900

950

850

900

950

850

900

950

обжига 1000?С

90

10

22,4

12,2

9,3

1140

1180

1200

6

24

31

Деформация

80

20

23,6

18,4

12,5

1180

1200

1210

12

14

28

-

70

30

18,7

19,2

14,7

1200

1230

1300

16

18

29

Деформация

60

40

14,2

12,5

8,5

1230

1260

1300

22

22

34

Деформация

50

50

14,8

6,2

5,8

1290

1290

1350

19

65

69

-

40

60

16,5

8,5

4,1

1840

1900

2010

38

52

70

Вспучивание

30

70

21,3

3,2

10,2

1760

1810

1960

29

34

46

Расплав

20

80

27,4

10,5

12,5

1640

1920

200

21

29

36

Деформация

10

90

27,5

14,3

10,2

1460

1600

1750

15

28

33

Расплав

При температуре обжига 900?С масса, состоящая из 50% шлака АХМЗ и 50% флотоотходов медно-обогатительной фабрики, получена со спекающимся черепком и механической прочностью 65 МПа, водопоглощением 6,2%.

При температуре обжига 950?С прочность образцов по мере введения флотоотхода медно-обогатительной фабрики в шлак АХМЗ вначале растет. Самая высокая прочность ? 70 МПа и самое низкое водопоглощение ? 4,1% отмечены у образцов из шихты, состоящей из 60% флотоотхода медно-обогатительной фабрики и 40% шлака АХМЗ.

При дальнейшем увеличении доли флотоотхода МОФ образцы деформировались, и при содержании его 80-90%, при температуре 1000?С полностью расплавились.

Опыты показали, что на базе Ангренского химико-металлургического шлака и флотоотходов МОФ АГКМ при температуре обжига 850-950?С можно получить керамическую массу с прочностью при сжатии 22-70 МПа и водопоглощением 14,2-4,1%

С целью определения основных физико-механических и технологических свойств керамических материалов рекомендуемые опытные массы апробированы в производственных условиях на Ташкентском комбинате строительных материалов. Полупромышленный выпуск облицовочных плиток осуществляли из массы следующего состава, мае. %: флотоотход МОФ - 60, шлак АХМЗ-40.

Из пресс-порошка влажностью 5?6 %, приготовленного в лабораторных условиях, прессовали плитки для облицовки стен. После прессования образцы имели четкие углы, грани и достаточную прочность. После сушки образцы не имели трещин и посечек. Прочность при изгибе в воздушно-сухом состоянии 0,8 МПа. Усадка в воздушно-сухом состоянии составляет 0,4%. Обжиг образцов после глазурования заводской глазурью осуществляется в электрической печи при температуре 880?900?С в скоростном режиме обжига.

Результаты физико-механических и технологических испытаний полупромышленных партий керамических облицовочных плиток приведены ниже.

Предел прочности, МПа

при изгибе

32,02

при сжатии

48,82

Водопоглощение, %

11,65

Общая усадка, %

4,34

Термическая стойкость,

300

Таким образом, результаты исследований открывают возможности расширения сырьевой базы при одновременном повышении эксплуатационных качеств композиционных строительных матер