Строительные керамические изделия на основе микродисперсных золошлаковых соединений Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

УДК 666.712:622.333-229.88

СКРИПНИКОВА НЕЛЛИ КАРПОВНА, докт. техн. наук, профессор, nks2003@mail. ru

ЮРЬЕВ ИВАН ЮРЬЕВИЧ, аспирант, yiywork@sibmail. com

Томский государственный архитектурно-строительный университет, 634003, Томск, пл. Соляная, 2

СТРОИТЕЛЬНЫЕ КЕРАМИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ НА ОСНОВЕ МИКРОДИСПЕРСНЫХ ЗОЛОШЛАКОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Проведены исследования по применению алюмосиликатных отходов в производстве керамических изделий. Определены физико-механические свойства и фазовый состав золокерамических образцов в зависимости от компонентного состава. Установлено, что использование зольных отходов ГРЭС-2 Томской области позволяет получать строительные керамические изделия с прочностью при сжатии 11-25 МПа.

Ключевые слова: керамические изделия, керамика, зола, золошлаковые отходы, прочность.

SKRIPNIKOVA, NELLI KARPOVNA, Dr. of tech. sc., prof., nks2003@mail. ru

YURYEV, IVAN YURYEVICH, P.G., yiywork@sibmail. ru

Tomsk State University of Architecture and Building,

2 Solyanaya sq., Tomsk, 634003, Russia

BUILDING CERAMIC PRODUCTS ON THE BASIS OF MICRODISPERSE ASHES AND SLAG COMPOUNDS

Researches on the use of aluminum-silicate wastes in the ceramic product manufacture have been carried out. Physical-mechanical properties and phase composition of ash-ceramics samples depending on the component structure have been defined. It is established that the use of ash wastes of power station-2 (Tomsk region) allows to obtain building ceramic products with 11-25 MPa compressive strength.

Keywords: ceramic products, ceramics, ash, ash and slag wastes, durability.

Получение керамических материалов с новым сочетанием функциональных свойств может достигаться подбором сырьевых материалов, введением

© Н.К. Скрипникова, И.Ю. Юрьев, 2011

специальных добавок и особенностями выбранной технологии. Актуальной задачей современного производства керамических изделий является использование в качестве сырьевых материалов техногенных отходов. Это помогает решить проблему утилизации многотонных золошлаковых масс и понизить себестоимость продукции без ухудшения физико-механических свойств изделия.

Целью данной работы является получение обжиговых строительных керамических изделий с использованием микродисперсных зольных отходов и исследование их влияния на качественные и количественные характеристики полученных конгломератов.

В качестве сырьевых материалов использовались глина Верхового месторождения Томской области и золошлаковые отходы (ЗШО) ГРЭС-2, химический состав которых представлен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав сырья

Наименование Содержание оксидов, масс. %

8Ю2 АІ2О3 РЄ2Оз СаО МяО Я2О ТІО2 п.п.п.

Глина 66,0 14,17 3,33 5,2 2,08 2,67 0,63 5,92

ЗШО 62,80 23,40 4,95 4,00 1,81 1,34 1,25 0,45

Из данных табл. 1 следует, что ЗШО имеют химический состав, отличающийся от глинистого сырья повышенным содержанием А1203, который, реагируя при обжиге с кремнеземом, приводит к образованию муллитоподобных соединений. Присутствующие оксиды железа (~ 5 %) предполагают образование большого количества первоначального расплава и комплексных соединений.

Одним из основных показателей сырьевых материалов является их гранулометрия. Чем больше содержание микродисперсных частиц, тем выше пластичность сырьевой массы. Следовательно, сырье обладает более высокой связностью, что положительно сказывается на прочностных показателях готовых керамических изделий. Учитывая эти данные, используемые ЗШО подвергали измельчению разной степени. Гранулометрический состав представлен в табл. 2.

Таблица 2

Гранулометрический состав сырья

Наименование Размер частиц, мкм

<3 3-5 5-7 7-10 10-14 > 14

Глина, % 84,4 7,4 3,3 2,4 1,5 1

ЗШО-1, % 84,1 6,9 3,0 2,2 1,5 2,3

ЗШО-2, % 92,3 4,1 2,0 1,4 0,2 -

Из представленных данных следует, что гранулометрический состав ЗШО был приближен к гранулометрическому составу глины. Более высокая степень измельчения позволила получить зольный порошок с увеличенным содержанием (до 92,3 %) микродисперсной фракции (< 3 мкм).

Приготовление шихты в лабораторных условиях осуществлялось методом полусухого прессования [1]. Глинистое сырье и зольные отходы подсушивались до воздушно-сухого состояния, после чего осуществлялся помол в шаровой мельнице.

Формовочная влажность смеси для контрольного образца из глины составляла 10 % по массе, для шихты с добавлением золы влажность увеличили до 12 %, т. к. зола обладает более высокой гигроскопичностью. Формование проводили при давлении 25 МПа, далее - сушка в течение 24 ч с последующим обжигом при температуре 950 °С.

Полученные образцы подвергались физико-механическим испытаниям, таким как определение плотности, прочности, водопоглощения и морозостойкости. Иллюстрация данных о прочности на сжатие представлена на рис. 1.

Лсж, МПа

С одержание золы в составе, %

Рис. 1. Зависимость прочности на сжатие образцов с добавлением зольных отходов разной степени помола:

------ ЗШО-1; — — ЗШО-2

Увеличение количества золы в составе шихты от 25 до 100 % приводит к уменьшению плотности, которая изменяется с 1900 до 1300 кг/м3. Одна из главных механических характеристик кирпича - предел прочности при сжатии - уменьшается при увеличении в составе шихты содержания золы. Предел при сжатии Лсж колеблется от 33,5 до 11,0 МПа.

Однако установлено, что при введении золы в микродисперсном состоянии происходит улучшение указанных показателей.

Это можно объяснить тем, что в процессе измельчения сырье проходит стадии разрушения природных агломератов, частичной аморфизации зерен с развитием в них дефектов, образованием гетероминеральных конгломера-

тов. Степень устойчивости последних и их количество являются факторами качественного изменения технологических свойств изделий [2].

Фазовый состав различных образцов исследовали с помощью рентгенофазового анализа с использованием ДРОН-3.

Рентгенофазовым анализом установлено, что кристаллическая фаза образцов из 100 % глины после обжига (рис. 2, а) представлена кварцем (ё = 0,425; ё = 0,335 нм), анортито- (ё = 0,320; ё = 0,251 нм) и муллитоподобными соединениями (ё = 0,213; ё = 0,228 нм).

Рис. 2. Рентгенограммы полученных образцов после обжига:

а - глина 100 %; б - зола 100 %; в - глина/зола - 50/50; К - кварц; А - анортит; М - муллит

Фазовый состав образцов на основе золы (рис. 2, б) представлен кварцем (ё = 0,425; ё = 0,334 нм), также определены пики муллитоподобных соединений (ё = 0,212; ё = 0,220 нм). Присутствие данных минералов обеспечивает прочностные свойства полученных керамических изделий. Представленная на рис. 2, в дифрактограмма описывает фазовый состав смеси глины с добавлением золы в количестве 50 %. Помимо аморфной фазы видны включения кристаллических

фаз в виде кварца (ё = 0,425; ё = 0,334 нм), анортито- (ё = 0,320; ё = 0,139 нм) и муллитоподобных соединений (ё = 0,212; ё = 0,220 нм), что согласуется с литературными данными [3].

Таким образом, формование и последующий обжиг сырьевой смеси глины и микродисперсных золошлаковых соединений приводит к реакционному синтезу керамических композитов, сопровождающемуся формированием многофазной керамической структуры.

Проведенные исследования показали, что прочностные характеристики полученных керамических изделий возрастают с повышением дисперсности алюмосиликатных соединений, представленных в виде золошлаковых отходов ГРЭС-2. Данный вид изделия можно рекомендовать в качестве стенового керамического материала при возведении стен зданий и сооружений.

Библиографический список

1. Августиник, А.И. Керамика / А.И. Августиник. - Л. : Стройиздат, 1975. - 592 с.

2. Стекло и керамика / А.В. Корнилов, Е.Н. Пермяков, Т.З. Лыгина [и др.] // Перспективные технологии переработки сырья. - 2009. - С. 23-25.

3. Горшков, В.С. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений / В.С. Горшков, В.Г. Савельев, Н.Ф. Федоров. - М. : Высш. шк., 1988. - 400 с.