Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Производство керамического кирпича из вскрышных пород Экибастузского угольного бассейна

Федорякина А. А. студентка ПГУ им. С. Торайгырова, г. Павлодар

Масакбаева С. Р. преподаватель ПГУ им. С. Торайгырова, г. Павлодар

В настоящее время в Республики Казахстан развернулась программа масштабного жилищного строительства, согласно посланию Президента к народу и «Программе жилищного строительства в Республике Казахстан на 2011 - 2014 годы», а так же согласно «Стратегическому плану развития Республики Казахстан до 202 года».

Уже сегодня в целях удовлетворения запросов строителей не только павлодарского региона, но и Астаны, Караганды и других регионов здесь построено несколько кирпичных заводов. Это кирпичный завод в селе Черное Лебяжинского района Павлодарской области ТОО «СМП-Павлодар»; два кирпичных завода в городе Экибастуз ТОО «Вершина» и т. д. Так же на месторождении Кызыл-Кураминское в Майском районе Павлодарской области завершается строительство предприятия по выпуску кирпича мощностью 10,0 млн штук в год. Кроме того, в Баянаульском районе будет открыт еще один кирпичный завод. Строительство объекта ведет ТОО "Кирпичный завод "Бирлик".

Основным сырьём для производства керамического кирпича являются легкоплавкие глины - горные землистые породы, способные при затворении водой образовывать пластическое тесто, превращающееся после обжига при 800- 10000 С в камнеподобный материал. В Павлодарской области несколько месторождений: Кызыл-Кураминское, Калкаманское, Сухановское и другие.

Наиболее дешевыми всегда были строительные материалы, произведенные из местных сырьевых материалов и отходов промышленности. В процессе эксплуатации угольных месторождений происходит постоянное складирование снятой с поверхности вскрышной породы, которая занимает большое количество плодородных земель, причем площади, отведенные под отвалы, из года в год увеличиваются. Кроме отчуждения земельных угодий, породные отвалы коренным образом изменяют и преобразуют природный ландшафт, а вследствие самовозгорания, ветровой и водной эрозии загрязняют воздушный и водный бассейны, почву, источники водоснабжения.

В течении ряда лет проводились исследования по изучению вскрышных пород Экибастузского угольного месторождения и использованию их в качестве основного сырья для производства строительных материалов.

Отходы угольной промышленности отличаются от других видов минерального сырья содержанием органического вещества, физико-механическими и физико-химическими свойствами, обусловленными их формированием в процессе углефикации.

Геологическими изысканиями установлено, что вскрышная порода надугольной толщи сложена песчаниками, алевролитами, аргиллитами и их переслаиванием, доля угля, углестых пород и углестых сланцев незначительна. Минеральная часть вскрышных пород близка по содержанию основных оксидов к глинистому сырью: содержание оксида кремния составляет 54 - 59 %, он находится в связном и свободном состояниях; оксид алюминия находится в связном состоянии в составе глинообразующих минералов и слюдистых примесей, его содержание составляет 18 %; содержание оксида железа колеблется от 5,1 до 5,6 %; оксиды магния и кальция входят в состав глинистых минералов и карбонатов, их суммарное содержание находится в пределах 1,7 - 2,8 %; суммарное содержание оксидов натрия и калия колеблется от 2,9 до 3,5 %, они входят в состав глинообразующих минералов, а так же присутствуют в примесях в виде водорастворимых солей. Установлено, что содержание токсичных и потенциально-токсичных элементов во вскрышных породах, таких как сера, фосфор, ртуть, мышьяк, бериллий, значительно ниже предельно допустимых концентраций, за исключением марганца, что определяет их в целом как экологически безопасное сырье.

Для производства керамического кирпича в качестве топливно-минеральной добавки пригодны вскрышные породы, представленные углистыми сланцами, залегающими над первым угольным пластом и относящимися к слою I. В качестве основного сырья пригодны вскрышные породы второго слоя, залегающие выше слоя I угластых сланцев [1, 16 с].

Вскрышные породы автотранспортом доставляются на завод, где проходят несколько стадий измельчения в дробилках и мельницах, откуда через систему циклонов подготовленный порошок направляется в бункера-накопители. Затем сырье подается в смеситель для непрерывного равномерного увлажнения, паропрогрева и перемешивания керамической массы. Далее керамическая масса подается для более тщательной переработки в вальцы тонкого помола, а оттуда - в смеситель с фильтрующей решеткой, где окончательно увлажняется, перемешивается и подается на ленточный вакуум - пресс для формирования сырца. Отформованные изделия подаются в сушку. Сушка продолжается 42 часа при 100 0С. После сушки палеты снимаются с вагонетки разборщиком и подаются на пост садки. Автомат-укладчик снимает и укладывает их на печную вагонетку. Обжиг проводится в туннельных печах при 970 - 980 0С на протяжении 32 часов.

В процессе сушки завершается изменение объема полученного полуфабриката, обусловленное удалением влаги, обеспечивается необходимая прочность полуфабриката, позволяющая садить его на печные вагонетки и подвергать другому виду транспортировки, удаляется связка до такого количества, которое не влияет отрицательно на работу печей и не вызывает дефектов при обжиге [2, 122 с].

Процесс обжига можно разделить на несколько периодов. В интервале температур 20 - 150 0С происходит досушка кирпича - сырца. Досушка производится с целью полного удаления воды затворения и гигроскопической влаги, а также равномерного прогрева массы полуфабриката. Вторая стадия обжига - подогрев сырца до температуры 6000С (до начала упругих деформаций). В период подъема температуры в материале происходят следующие процессы: химически связанная вода начинает удаляться из кирпича - сырца при температуре 3500С, а отдача главной массы этой воды идет при температуре 450 - 500 0С, происходит усадка изделия и снижение механической прочности. При температуре 600 0С начинается выделение летучей части органических примесей глины и сгорание введенных в состав массы выгорающих добавок, а так же окисляются органические примеси в пределах температуры их воспламенения.

C + O2 > CO2(г)

В этот период материал обладает наибольшей пористостью, способствующий беспрепятственному удалению воды и летучей части органических веществ. Одновременно с отдачей химически связанной влаги оксид железа FeO в результате окисления переходит в оксид железа Fe2O3.

экибастузский керамический кирпич строительство

Fe2O3·nH2O

Fe2O3 + nH2O

4FeO +O2 >2Fe2O3

Глина меняет окраску, и кирпич приобретает красный цвет. При нагреве до 500 - 600 0С начинается разрушение каолинита Al4[Si4O10](OH)8. Процесс дегидратации протекает с образованием метакаолинита

Al4[Si4O10](OH)8 > Al2O3·2SiO2+2H2O

В результате разложения каолинита и удаления из сырца химически связанной воды происходит полная потеря пластичности.

В интервале температур 300 - 10000С происходит разложение карбонатов, содержащихся в глине.

При температуре ?4500С происходит разложение карбонатов железа:

FeCO3 > FeO + CO2^

4 FeO +O2 >2 Fe2O3

При температуре 450 - 6000С разлагается карбонат магния:

MgCO3 > MgO + CO2^

При температуре 9000С разлагается карбонат кальция:

CaCO3 > CaO+CO2^

Также происходит процесс полиморфного перехода кварца, сопровождающийся изменением объема на 2%. Этот период является практически безопасным. Происходит процесс спекания.

Четвертая стадия обжига - характеризуется достижением максимально допустимой температуры обжига изделий, созреванием черепка и выдержкой. Эта стадия применяется для выравнивания температуры по всей толщине изделия, обеспечивающего равномерное распределение жидкой фазы. Эта выдержка необходима также для выравнивания температуры сечения обжигательной печи, так и от садки и метода сжигания топлива [3, 215с].

Так, при нагревании, например, каолинита последний распадается на свободные окислы с образованием г-глинозема и кремнезема, далее образуется силлиманит А12О32SiO2 и SiO2 и соединение метастабильной структуры типа метакаолинита А12О32SiO2, имеющего скрыто-кристаллическое, почти аморфное строение, а затем муллит ЗА12О32SiO2 и другие соединения. Процессы образования новых соединений сложны, протекание их связано с образованием промежуточных соединений, наличием расплава, условиями нагрева и др.

Начиная с 7000С и выше, щелочи, находящиеся в глине, вступают во взаимодействие с другими компонентами глины, образуют расплав, количество которого также возрастает с повышением температуры.

При спекании керамики протекают разнообразные физические и химические процессы - уменьшение объема и пористости тела; разложение исходных сырьевых материалов; полиморфные превращения; химические реакции взаимодействия с образованием новых кристаллических, стекловидных и газовых фаз; растворения кристаллов в расплаве или кристаллизация их из расплава.

Данный способ производства имеет ряд особенностей. Благодаря вводу угля в начале производства непосредственно в сырье намного проще добиться высоких температур. При нагреве печи до 600 0С начинается самовозгорание угля в заготовках кирпича. После чего в автоматическом режиме с использованием компьютерной техники начинается процесс обжига и спекания при 1100 0С, то есть уголь в смеси кирпичных заготовок, возгораясь, сам создает требуемую температуру в печи, благодаря этому происходит экономия до 30% электроэнергии.

Еще один плюс - расположение завода. Завод расположен по соседству с разрезом «Экибастузский», его отвалами и залежами глинистой массы. Уже это значительно снижает расходы на транспортные перевозки.

Использование вскрышных пород угледобычи Экибастузского бассейна позволит расширить номенклатуру выпускаемых в области строительных материалов, которые в настоящее время импортируются, снизить их стоимость, восполнить недостаток кондиционного глинистого сырья и улучшить экологическую обстановку в регионе.

Литература

1. Сепанович В.Т., Хасенов А.Б., Лихоршерстова С.А., Егинбаева Г.Н., Ибргимов К.А., Темирбаев Д.Т. Рекомендации по производству керамического кирпича из вскрышных пород угледобычи Экибастузского уголного бассейна. ПГУ им С. Торайгырова.- Павлодар: 2005г. - 44 с., ил.

2. Бобкова Н.М., Дятлова Е.М., Куницкая Т.С. Общая технология силикатов - М.: Высшая школа, 1987, - 288 с.

3. Мороз Н.И. Технология строительной крамики. - К.: Вища школа 1972, - 414 с.

Размещено на Allbest.ru