Спосіб виготовлення керамічних виробів з додаванням нейтралізованих відходів

Реферат: Спосіб виготовлення керамічних виробів з додаванням нейтралізованих відходів включає подрібнення отриманої нейтралізованої суміші, додавання її до глинистої сировини, формування керамічних виробів, сушіння та випал отриманих виробів при температурі 9501000 °C. Як добавку до глинистої сировини використовують кислі тверді відходи сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного та золи теплоелектростанції. UA 71114 U (12) UA 71114 U UA 71114 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до способів виготовлення керамічних виробів з додаванням до глинистої сировини нейтралізованих відходів хімічного виробництва, зокрема кислих твердих відходів, які утворюються при виробництві титан (IV) оксиду пігментного за сульфатнокислотною технологією, тобто з використанням техногенних відходів. Тверді відходи являють собою неоднорідну за розмірами вологу кристалічну масу сірого кольору з кислою реакцією середовища. В твердих відходах міститься значна кількість титан (IV) оксиду, сірка, залізо, кремній та незначні домішки інших металів. Накопичення таких відходів у шламосховищах є потенційно небезпечним і несе загрозу для оточуючих ґрунтових і водних екосистем. Існує традиційний спосіб виробництва будівельної цегли та керамічних виробів з використанням глини та добавок [1]. Як добавки для зниження вартості використовують пісок, стружку та інші компоненти. Недоліком вказаного способу є те, що додавання до глини піску, стружок веде до зниження міцності виробів порівняно з виробами з чистої глини на 20-30 %. Існує спосіб виробництва легковагової кераміки з використанням дисперсних відходів теплоенергетики (висококальцієва зола-унос) та кольорової металургії (мікрокремнезем) в присутності напівкислих (глієжи) або лужних добавок, а також добавок-прискорювачів [2]. Описана суміш на основі глини з добавками мікрокремнезему являє собою силікатну систему, в якій переважає тугоплавкий SiO2 та є більш легкоплавкі оксиди Na2O, CaO, MgO, Fe2O3 та інші. Недоліком вказаного способу є обмеженість застосування способу, тобто використання кислих відходів способом не передбачено. Існує спосіб виробництва цегли на основі відходів вуглезбагачення та суглинку з добавкою залізовмісних техногенних продуктів - відходів метизного виробництва, шламової частини відходів збагачення залізної руди [3]. Недоліком вказаного способу є також неможливість використання відходів, у складі яких присутня сульфатна кислота. Задачею корисної моделі є розробити спосіб виготовлення керамічних виробів шляхом використання як добавки до глинистої сировини твердих відходів сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного, попередньо нейтралізованих за допомогою техногенних відходів, а саме золи теплоелектростанції. Поставлена задача вирішується попередньою нейтралізацією твердих відходів сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного з використанням техногенних відходів, наприклад золи теплоелектростанції, у співвідношенні шлам:зола - 1:1-1:3, подрібненням отриманої суміші, змішуванням з глинистою сировиною у відсотковому співвідношенні глина:суміш - 85-95:5-15, формуванням керамічних виробів, сушінням та прожарюванням при температурі 950-1000 °C. В запропонованому способі як добавку до глинистої сировини було використано тверді відходи сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного. Склад твердих відходів представлений у табл. 1. Як техногенні відходи було використано золу теплоелектростанції м. Суми. Склад золи представлений в табл. 2. Як глинисту основу для керамічних виробів було вибрано будівельну глину ВАТ "Керамея" м. Суми. 40 Таблиця 1 Результати дослідження складу твердих відходів різними фізико-хімічними методами Елементи Ті Fe Si S Zr Nb Mg Ca К Na P РентгеноЕлементний Хімічний аналіз Хімічний флуоресцентний атомно-емісійний (дані ПАТ аналіз (дані аналіз аналіз «Сумихімпром») ШІ СумДУ) Вміст елементів в перерахунку на оксиди, % мас. 42,2 40,2 44,4-46,5 42,1 14,4 15,7 6,7-6,9 10,1 2,7 6,3 6,9 22,8 17,6 26,9 0,8 0,04 0,546 0,02 0,008 1 UA 71114 U V Cu Al Mn Cr С коагулянт +H2O (H2O, що видаляється сушінням при 105 °C) Оксиди інших елементів 0,08 0,02 0,009 0,09-0,12 0,10 13,9 до 100 % Таблиця 2 Хімічний склад золи теплоелектростанції Оксиди SiO2 Аl2О3 Fe2O3 ТіО2 CaO MgO SO3 K2O Na2O п.п.п. Сума 5 10 Вміст оксидів, % мас. 61,35 28,15 4,68 1,04 2,27 0,38 0,07 0,39 0,12 2,29 100,5. Запропонований спосіб здійснюється наступним чином. До суспензії кислого шламу з водою додавали золу теплоелектростанції у співвідношенні 1:1-1:3. Отриманий продукт витримували при кімнатній температурі до повітряно-сухого стану, після чого подрібнювали. Змішували отриману суміш та глинисту сировину в необхідному співвідношенні та проводили формування керамічних виробів методом напівсухого пресування. За цим способом глинисту сировину піддавали грубому здрібнюванню та проводили зволожування отриманої суміші до формувальної вологості. Після сушіння, отримані відформовані керамічні вироби підлягають випалу при температурі 950-1000 °C за наступним режимом (табл.3): Таблиця 3 підйом від 20 °C до максимальної температури зі швидкістю 120 °C/годину витримка при кінцевій температурі охолодження 15 7,5-8 годин 2 години 24 години. Керамічні вироби досліджували за такими основними показниками як щільність, водопоглинення та міцність при стисканні. Результати фізико-механічних випробувань будівельної кераміки зі складених мас наведені в табл. 4 (приведені середні значення для п'яти зразків) та для наочності представлені на фіг. 1, 2. 2 UA 71114 U Таблиця 4 Фізико-хімічні показники будівельної кераміки № Добавка суміші Кількість п/п шлам: зола суміші, % Температура прокалювання, °C 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 20 25 30 950 950 950 1000 1000 1000 950 950 950 1000 1000 1000 Добавка (за прототипом) Кількість добавки Температура прокалювання, °C 13 14 15 16 17 18 10 5 10 15 5 10 15 5 10 15 5 10 15 № п/п 5 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 1:2 Пісок Пісок Пісок Пісок Пісок Пісок 5 10 15 5 10 15 950 950 950 1000 1000 1000 Щільність зразка, 3 г/см 1,89 1,85 1,50 1,77 1,58 1,67 1,80 1,89 1,72 1,70 1,68 1,45 Міцність при стиску, кгс/см 12,96 450 17,60 350 16,93 300 14,06 500 18,70 350 17,25 250 4,68 530 14,66 450 15,44 330 16,50 510 17,18 350 21,54 300 Міцність при Щільність Водопоглинення, стиску, 3 зразка, г/см % кгс/см 2,05 9,55 550 2,00 10,94 450 1,69 16,76 180 1,71 14,48 250 1,68 16,71 230 1,79 18,56 130. Водопоглинення, % На графіках зображено: фіг.1 - залежність міцності при стиску від кількості добавки при температурі 950 °C для зразків №№ 1-3 (співвідношення 1:1), №№ 7-9 (співвідношення 1:2), №№ 13-15 (пісок); фіг. 2 - залежність міцності при стиску від кількості добавки при температурі 1000 °C для зразків №№ 4-6 (співвідношення 1:1), №№ 10-12 (співвідношення 1:2), №№ 14-16 (пісок). При проведенні нейтралізації кислого шламу золою теплоелектростанції у співвідношенні шлам: зола - 1:3 спостерігали збільшення водневого показника pH. Тому дану суміш не досліджували як добавку до глинистої сировини. Як видно з фіг. 1 при додаванні нейтралізованої суміші у відношенні шлам:зола - 1:2 досягається більша міцність при стиску, ніж при відношенні шлам:зола - 1:1 та з додаванням до глинистої сировини піску. Згідно з фіг. 2 при відношенні шлам:зола - 1:1 та 1:2 міцність при стиску при одних і тих самих показниках майже однакова, але більша, ніж з додаванням піску. На всіх виробах, незалежно від вмісту суміші, білий наліт водорозчинних солей та наявність сколів відсутній. Відзначається висока міцність при стиску обпалених виробів. Одержувана цегла відповідає вимогам ДСТУ 530-95 і ДСТУ 7484-78 "Цегла й камені керамічні лицьові". Марки цегли - 100, 125, 150, 175, 200, 250, 300. Цегла не містить у складі радіоактивних елементів та важких металів. Для всіх технологічних операцій з підготовки сировинних компонентів шихти (шлам, глина) можливо використовувати те ж саме обладнання, що є звичним для цегляного виробництва, тому підготовку твердих відходів й укладання його в шламозапасник може бути передбачено в масозаготовчому відділенні цеху виробництва цегли. Отже, спосіб одержування керамічних виробів з додаванням нейтралізованих відходів сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного з використанням золи теплоелектростанцій, що пропонується, дозволяє повністю знешкодити тверді відходи як кислі (шлам), так і лужні (зола теплоелектростанції) та зменшити техногенний вплив на навколишнє середовище накопичених відходів, а також розширити сировинну базу та поліпшити якість будівельних керамічних матеріалів. Джерела інформації: 3 UA 71114 U 5 10 1. Нагибин Г.В. Основы технологии строительных материалов. Под ред. Матвеева М.А. Изд. 2-е, перераб. и доп. Учебник для техникумов пром-ти строит. материалов. - М.: Высшая школа, 1969. - 352 с. 2. Лохова Н.А. Рациональное использование отходов промышленности в производстве легковесной керамики / Лохова Н.А., Косых А.В., Тугарина А.О. // Успехи современного естествознания. - № 11. - 2003. - С. 19-22. 3. Карпачева А.А. Стеновые керамические изделия на основе отходов углеобогащения и железосодержащих добавок: диссертация кандидата технических наук: 05.23.05 / Карпачева Анна Анатольевна; [Место защиты: Том. гос. архитектур.-строит. ун-т].- Новосибирск, 2009. 161 с: ил. РГБ ОД, 6109-5/1182. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 15 Спосіб виготовлення керамічних виробів з додаванням нейтралізованих відходів, що включає подрібнення отриманої нейтралізованої суміші, додавання її до глинистої сировини, формування керамічних виробів, сушіння та випал отриманих виробів при температурі 9501000 °C, який відрізняється тим, що як добавку до глинистої сировини використовують кислі тверді відходи сульфатнокислотного виробництва титан (IV) оксиду пігментного та золи теплоелектростанції. 4 UA 71114 U Комп’ютерна верстка В. Мацело Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5