Навигация

   




 

Получение теплоизоляционного материала керамзита с использованием техногенных продуктов
Н.И. Беломеря, О.В. Куликовская

Сборник докладов VI международной научной конференции аспирантов и студентов "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов" - Донецк: ДонНТУ, 2007

      В настоящее время вопросам энергосбережения уделяется большое внимание. Одним из таких направлений является использование строительных материалов с теплоизоляционными свойствами. Для изготовления легких бетонов и теплозасыпок в качестве теплоизоляционного материала широко используется керамзит.
     Керамзитом называют пористый зернистый материал ячеистого строения полученный вспучиванием глинистых пород при их обжиге.
     Основным условием производства керамзита является вспучивание глинистого сырья при обжиге с образованием достаточно вязкого расплава на относительно длинном температурном участке во время интенсивного газовыделения.
     В обжигаемом глинистом материале в разных температурных интервалах протекают сложные физико-химические процессы: дегидратация, выгорание органических примесей, взаимодействие между компонентами глины, окислительно-восстановительные реакции и другие, что обуславливает газовыделение, образование расплава, размягчение материала. При быстром обжиге температурные интервалы сближаются сдвигаясь в область высоких температур, что дает возможность совместить процесс газообразования с размягчением материала и достижения им определенной вязкости, при которой происходит вспучивание глины. При этом важно, чтобы к моменту интенсивного газовыделения произошло спекание поверхностного слоя гранул с образованием закрытых пор. В противном случае газы легко удаляются через слой материала, не вспучивая его.
     Большую роль в процессах газообразования играют оксиды железа и органические примеси (углерод). Наиболее типичные реакции:

3Fe₂O₃ + C → Fe₃O₄ + CO↑
6Fe₂O₃ → Fe₃O₄ + O₂↑
2H₂O + C → CO₂ ↑ + 2 H₂↑

     Основным критерием пригодности сырья для производства керамзита служит коэффициент вспучивания, выражающийся отношением объема вспученной массы к объему абсолютного сухого сырца:

K_v = V₂ / V₁

где Kv – коэффициент вспучивания,
V1 – объем абсолютно сухого сырца,
V2 – объем вспученной массы.

     По степени вспучивания различают слабо - , средне - , и хорошовспучивающиеся глинистые породы с коэффициентом вспучивания соответственно на менее 2,5, от 2,5 до 4,5 и свыше 4,5.
     В данной работе нами преследовалась цель получение теплоизоляционного материала керамзита с использованием техногенных продуктов путем утилизации отходов угледобычи, углеобогащения, вскрышных глинистых пород и др.
     Для этого нами были выбраны терриконная угольная порода шахты им. А.Ф. Засядько и шлам углеобогащения ЦОФ «Чумаковская», которые характеризуется составом приведенном в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав материалов

Материал	Содержание окислов, %
	SiO2	Al2O3	Fe2O3	MgO	CaO	п.п.п.
Терриконая порода	50,5	12,1	10,11	3,31	7,58	16,4
Шлам углеобогащения	45,7	15,8	12,1	2,2	2,2	22,0
Краматорская глина	63,9	15,1	7,5	Следы	8,2	5,3

     Используемые в работе материалы предварительно высушивали, измельчали до полного прохода через сито № 05.
     Первоначально нами были опробованы терриконная порода и шламы углеобогащения. Из этих материалов формовались образцы в виде цилиндров диаметром 15мм и высотой 15мм, которые обжигали в электрической муфельной печи с силитовыми нагревателями до температур (1000, 1100, 1200)^оС. Ни при одной из температур вспучивание образцов не наблюдалось. Поэтому в дальнейшем готовилось ряд шихт с введением в их состав, кроме терриконной породы и отходов углеобогащения, железосодержащих добавок, таких как пиритные огарки и оксид железа в количестве соответственно 10,15,20 (мас.%) и 3,5,9 (мас.%). Опыт повторялся при тех же температурах. Вспучивание образцов было незначительным. Это по видимому объясняется тем, что при обжиге образуется недостаточное количество стекловидной фазы и газообразные продукты легко выходят из гранулы, практически не вспучивая ее.
     После проведения нами ряда опытов было принято решение в состав шихты ввести глинистые материалы в виде Краматорской глины (таблица 1). Глину добавляли в шихту, содержащую отходы углеобогащения, так как в предыдущих опытах этот материал дал лучшее вспучивание, чем терриконная порода. Вводимое количество глины в шихту составило 20 – 90 (мас.%). Введение глины способствует увеличению вспучивания вплоть до 80 – 90 (мас.%).
     Таким образом основой для получения керамзита с использованием отходов углеобогащения является легкоплавкая глина, а отход – вспучивающей добавкой с повышенным содержанием углерода и оксидов железа.
      На основании полученных данных было решено, что последующие исследования следует вести по подбору уже глинистого материала, который бы обеспечивал лучшее вспучивание.