CC BY
24СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА С ДОБАВЛЕНИЕМ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ Джаббарова Н.Э.1, Гулусой Э.Н.2, Гасанова М.Б.3
1Джаббарова Нателла Эйюбовна - кандидат химических наук, доцент;
2Гулусой Эмин Намик - магистр; 3Гасанова Мушкиназ Бахтияр - старший лаборант, кафедра химии и технологии неорганических веществ, химико-технологический факультет, Азербайджанский государственный университет нефти и промышленности, г. Баку, Азербайджанская Республика
Аннотация: в представленной работе изучено влияние добавки сталеплавильных шлаков производственного объединения АZERTEXNOLINE на свойства керамического кирпича Карадагского района Азербайджана. Установлен химический состав исходных материалов - глины и сталеплавильного щлака. Металлургический шлак добавлялся в количестве 10-30% масс. Выявлена положительная роль отхода для получения стеновой керамики с высокими эксплуатационными свойствами. Установлено, что прочность при сжатие шлакового кирпича находится в пределах 20-26 МПа при содержании в них до 20% сталеплавильного шлака, что соответствует нормативным требованиям ГОСТа. Следует отметить, что введение минеральных добавок положительно влияют на характеристики шлакового кирпича.
Ключевые слова: твердые отходы, сталеплавильный шлак, минеральные добавки, керамический кирпич, прочность.
УДК 666.3.015
Зеленые технологии в строительной отрасли в настоящее время приобретают все большее значение для решения проблем загрязнения окружающей среды и устойчивого развития. Это заставляет инженеров использовать отходы в строительстве. С этими отходами необходимо надлежащим образом обращаться и утилизировать, не оказывая никакого вредного воздействия на окружающую среду.
Кирпич является одним из важнейших строительных материалов в строительной промышленности. Из-за использования кирпича природные ресурсы сокращаются, и это вызывает проблемы окружающей среды и устойчивого развития. Утилизация и эксплуатация отходов сталеплавильного производства по-прежнему остаются нерешенными проблемами не только из-за больших объемов, но и из-за разнообразия производимых отходов. Последние возникают в результате нескольких этапов обработки (например, обжиг расплава, удаление пыли) и проявляют различные химические и физические свойства в зависимости от технологии (например, электродуговые печи, корончатые печи) и типа стали (например, обычная нержавеющая, специальные) [1, 2]. Современное ноу-хау еще не нашло решений, которые могли бы быть эффективно применены на металлургических заводах, позволяющих реально утилизировать отходы, которые в настоящее время в основном сбрасываются на свалки.
Наиболее многообещающий опыт использования металлургических отходов в производстве кирпича касается доменных шлаков [3-6] и пыли из дымовых газовых фильтров электрической дуги печи [7-10]. Оба вида отходов были протестированы в ходе полномасштабных испытаний, в результате которых были получены глиняные кирпичи с техническими характеристиками, сопоставимыми с характеристиками коммерческих продуктов. Напротив, стальные шлаки изучались только на предмет их потенциального использования в цементирующих или инновационных керамических материалах [5].
Целью этого исследования в основном является оценка возможности переработки стальных шлаков при производстве глиняного кирпича путем лабораторных испытаний.
Шлак от обычной обработки стали был выбран потому, что он предлагает наилучшую перспективу повторного использования, поскольку, во-первых, это наиболее распространенный остаток, производимый сталеплавильными заводами, а во-вторых, он не содержит большого количества потенциально опасных элементов, таких как хром, никель или молибден [1, 2].
Образцы шлака для испытаний были взяты со сталеплавильного завода объединения АZERTEXNOLINE, а глина - с кирпичного завода Карадагского района Азербайджана. Глинисто-шлаковые смеси были разработаны с добавлением отходов до 30 мас.%. Состав керамического кирпича и сталеплавильных шлаков представлены в таблицах 1,2.
Таблица 1. Химический состав металлургических шлаков (%).
Тип шлака 8Ю2 АЬОз СаО М§О Ре2Оз ЕеО МпО 8Оз"2
Доменный шлак 32-37 3-8 46-51 3-4 0.6-1.4 2-4 3-4 1-3
Мартеновский шлак 23-26 3-7 39-42 10-13 3-4 6-11 5-8 0.3-0.7
Таблица 2. Глиняный состав (%).
8Ю2 АЬОэ Ре2Оэ ТЮ2 МпО СаО MgO К2О 8Оэ Р2О5
58.38 15.51 7.04 0.53 2.33 2.24 2.68 3.97 0.63 0.22 0.18
Как видно из таблиц 1,2 в составе щлака преобладают оксиды кальция и кремния, в то время как глина в основном содержит оксиды кремния и алюминия.
Шлак предварительно измельчали щековым дроблением и молотковым измельчением (99 % <3 мм, ~20 % <0,1 мм). Образцы шлака и глины были охарактеризованы по химическому, фазовому составам, насыпной плотности и распределению частиц по размерам.
Процесс обжига осуществлялся в лабораторной электрической камерной печи. Максимальная температура достигала 1000 °С при 24-часовом цикле охлаждения в лабораторной печи.
Как установлено [7], большое значение имеет наличие минерализующей добавки, которая должна обеспечить образование необходимого количества жидкой фазы, роль которой заключается в повышении степени контакта между реагирующими твердыми частицами и увеличении скорости твердо фазового взаимодействия и образовании необходимых кристаллических соединений.
В качестве добавок использовали наиболее активно действующие в кальцийсодержащих массах минерализаторы №С1, №2СО3 в количестве 2 %, которые вводили в виде водного раствора в массы пластического формования с максимальным содержанием отхода - сталеплавильного шлака 20 и 30 %.
В результатом введения шлака в состав керамических масс ожидается повышение показателей физико-технических свойств вследствие увеличения в структуре черепка кристаллических фаз и легкоплавкого компонента - стекла, расплав которого позволит упрочнить структуру материала. Содержание отхода варьировали от 10 до 30 %.
Изучение свойств керамических образцов проводили по стандартным методикам [8, 9].
Прочность, МПа
30 -
26,1
Количество шлака,% 0% 10% 20% 30%
Рис.1. Зависимость прочности керамического кирпича от содержания металлургического шлака.
Как видно из рис.1 наблюдается снижение прочности при сжатии шлакового кирпича примерно на 30 %. Снижение прочности образцов, связано с низкой реакционной способностью шлака, имеющего структуру, плохо вовлекающуюся в физико-химические процессы при температуре обжига 10000С, что обусловливает образование разрозненных агрегатов с низкой прочностью. Тем ни менее, учитывая экологические и экономические факторы, замена природной глины на твердые отходы до 20% вполне удовлетворяет требованиям кирпича марки М200, который может использоваться по назначению.
Результаты исследований создают возможность разработки инновационных энергосберегающих, экономически эффективных и безопасных технологий, их совершенствования для получения эффективных керамических материалов на основе природного сырья и техногенных продуктов промышленности.
Список литературы
1. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 368 с.
2. Богомазова Е.В., Калиниченко Б.Б., Костюков Н.С. и др. Получение пористой алюмосиликатной керамики с использованием отходов производства. Стекло и керамика. 2011. № 7.
3. Yatsenko N.D. Zakarlyuka S.G., Yatsenko E.A. Phase composition and properties of ceramic bricks depending on the content of calcium carbonate and iron oxide. Glass and Ceramics. 2017. Vol. 73, Is. 9. P. 319 - 322.
4. Суворова О.В., Макаров Д.В., Кумарова В.А., Некипелов Д.А. Использование отходов обогащения руд для получения строительной керамики с повышенными физико-техническими свойствами. Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2017. № 14. С. 263-266.
5. Столбоушкин А. Ю. Стеновые керамические материалы матричной структуры на основе неспекающегося малопластичного техногенного и природного сырья. Новосибирск, 2014. С. 365.
6. Зубехин А.П., Яценко Н.Д. Теоретические основы инновационных технологий строительной керамики. Строительные материалы. 2014. № 1 - 2. С. 89 - 92.
7. Zhang L. Production of bricks from waste materials. A review. Construction and Building Materials. 2013. Vоl. 47. P. 643-655.
8. ГОСТ 21216-2014 «Сырье глинистое. Методы испытаний». М.: Стандартинформ, 2014. 81 с.
9. Н.А.Вильбицкая,С.П.Голованова,А.П.Зубехин,М.С.Липкин.Использование комплексного минерализатора в интенсификации спекания высококальциевых масс. Изв. вузов. Сев.-Кавк. Регион. Техн. науки. 2002. № 2. С.
93 - 96.
10. Котляр В.Д., Терёхина Ю.В., Котляр А.В. Особенности свойств, применение и требования к клинкерному кирпичу. Строительные материалы. 2015. № 4. С. 72-74.
