Створення ресурсозаощадних технологій керамічних матеріалів з використанням нових видів вітчизняної мінеральної сировини

Стан проблеми. В теперішній час в Україні набуває розвитку житлове та промислове будівництво, зростає попит на будівельні матеріали, що виготовляються на нових або модернізованих підприємствах, які обладнані сучасним устаткуванням та використовують передові технології. Особливістю цих технологій є високотемпературні склади мас і покриттів, які дозволяють одержувати конкурентноздатну продукцію високої якості з використанням імпортної сировини.

Україна має достатні власні запаси мінеральної сировини для керамічного виробництва. За даними Державної геологічної служби України, Українського державного геологорозвідувального інституту [1, 2] на території країни відомо більше тисячі родовищ польовошпатової та кварц-польовошпатової сировини, яка може бути використана в якості комплексних флюсуючо-спіснюючих компонентів керамічних мас та покриттів, а також численні родовища низькосортної глинистої сировини і утворення техногенних матеріалів.

Видобування та обробка гранітів, сієнітів, габбро, діабазів, лабрадоритів з метою виготовлення лицювально-декоративного каменю ведеться в Житомирській, Черкаській, Кіровоградській, Вінницькій, Дніпропетровській та Донецькій областях України. Щорічне видобування нерудних будівельних сировинних матеріалів оцінюється в мільйони кубометрів. В той же час виробництво оздоблювального каменю є джерелом утворення величезної кількості відходів. Так, підчас блочного видобування в кар’єрі вихід товарного блоку складає 32 % та, відповідно, відходи – 68 % [3].

Така ж ситуація склалася і у вугільній промисловості. У вуглевидобувних районах країни гостро стоїть проблема утилізації вуглевідходів, де за останні два сторіччя на площі 5526 га  накопичилось більше двох мільярдів тон відходів вуглевидобування та вуглезбагачення. На сьогодні рівень використання таких відходів в Україні не перевищує 9 %, тоді як відходи вуглевидобування слід розглядати як техногенну сировину [4, 5].

Таким чином, комплексні дослідження нових видів мінеральної сировини з метою розширення сировинної бази керамічної промисловості є актуальними. Розробка нових ефективних ресурсозаощадних технологій із застосуванням нових видів мінеральної сировини дозволить вітчизняним підприємствам виключити далекі перевезення, суттєво зменшити виробничі витрати та збільшити конкурентоспроможність продукції [6, 7].

Мета і задачі досліджень. Умови використання архітектурно-будівельної кераміки, зокрема, виробів для внутрішнього та зовнішнього обличкування споруд, вимагають від цих матеріалів високої морозостійкості, міцності та довговічності, що забезпечується за рахунок формування щільної структури та високого ступеня спікання матеріалів з водопоглинанням менш ніж 2 %, що зумовлено присутністю в складах мас значної кількості ефективних спікаючих добавок – різних видів кварц-польвошпатових порід і техногенної сировини з розряду відходів гірничого видобування та промисловості. Метою даної роботи є розробка новітніх технологій щільноспечених керамічних матеріалів різного функціонального призначення з комплексом заданих властивостей на основі виключно вітчизняної сировини. Для цього необхідним є вивчення хіміко-мінерального складу нових видів мінеральної сировини, встановлення умов, при яких досягається максимальний рівень спікання матеріалу, розробка складів технологічних сумішей та технологічних параметрів виробництва.

Метод вирішення задачі. Дослідження були скеровані на визначення ефективності флюсуючої дії різних видів вітчизняної полімінеральної сировини. Досвід в галузі досліджень багатокомпонентних систем оксидів і мінералів дозволив започаткувати новий методологічний підхід до оцінки фізико-хімічних процесів, що протікають в керамічних композиціях в умовах високотемпературної термообробки. Розроблена методика дослідження процесів фазоутворення при спіканні керамічних матеріалів, яка дозволяє встановити ступінь впливу флюсуючих матеріалів на формування щільноспеченої структури керамічних виробів. Проведеними дослідженнями показано можливість прогнозування фазового складу керамічних виробів на основі системи оксидів, яка складає основу хімічного складу керамічної композиції [8]. Розроблено програмне забезпечення, за допомогою якого стає можливим аналіз кінетики процесу спікання матеріалів на базі нових видів сировини.

Результати та їх обговорення. В результаті проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено нові склади мас та покриттів, які відрізнялись малокомпонентністю та, внаслідок комплексної дії складових, забезпечували отримання заданих властивостей стінової кераміки, плитки для підлоги, керамічного клінкеру, керамограніту, кислототривкої цегли, санітарного та побутового фарфору на рівні світових вимог.

На прикладі глинистої сировини Хорольського та Кобелякського родовищ Полтавської області встановлена можливість застосування полімінеральних пилуватих супісків та суглинків у виробництві стінових матеріалів. На їх основі розроблені керамічні маси, що дозволяють одержувати при максимальній температурі випалу 1000 °С вироби з водопоглинанням 15 %, які відповідають вимогам стандарту ДСТУ БВ.2.7-61-97 на керамічні камені. Крім того, з використанням низькосортної глинистої сировини розроблені керамічні маси для одержання червоної будівельної цегли М 300 з високою морозостійкістю (F > 50).


Рис. 1. Технологічні схеми виготовлення керамічних виробів з відходів вуглевидобуванн


Рис. 2. Вимоги до використання техногенної сировини в технології кераміки

Комплексні дослідження лужних каолінів Грузливецького, Дубровського і Майдан-Вільского родовищ показали їх перспективність при використанні в якості комплексної сировини у складі технологічних сумішей для отримання керамогранітної плитки та санітарно-технічного фарфору. З використанням малозалізистих гранітів Анадольского та Кременівського родовищ отриманий низькотемпературний фарфор з комплексом високих експлуатаційних та естетичних властивостей та розроблена енергозаощадна технологія, яка передбачає однократний випал виробів при температурі 1150–1200 °С, що на 150–200 °С нижче температури випалу в традиційній технології побутового фарфору. Ефективність розробок підтверджена промисловими випробуваннями. Розрахунки показали, що впровадження запропонованої технології забезпечить скорочення витрат технологічного палива на 20-25 %.

Багаторічними дослідженнями показана перспективність широкого впровадження гірничо-промислових відходів в технологіях щільноспеченої кераміки. Встановлена ефективність використання пегматитів Лозуватського, Новогнатівського та Грузливецького родовищ, тельманівського, каранського, долинського, андріївського і донського гранітів, старокримських та октябрьських сієнітів, а також відходів їх переробки та збагачення в технологіях щільноспеченої кераміки (санітарно-будівельного та господарчо-побутового фарфору, кислототривів, керамограніту та клінкерної цегли). Використання цих кварц-польовошпатових матеріалів в керамічних масах забезпечує високий рівень спікання виробів (водопоглинання до 1 %) при одночасному зниженні температури їх термообробки.

Досліджено також склад та технологічні властивості відходів, які утворюються при флотаційному збагаченні ільменітових руд. Дослідженнями флюсуючої здатності таких плагіоклазових порід показано, що вони є плавнями ІІ роду, які забезпечують утворення низькотемпературних евтектик в умовах швидкісного випалу. Показано, що застосування цього матеріалу може бути перспективним у виробництві будівельної кераміки з інтервалом спікання 50–100 °С. Зокрема. встановлена можливість їх застосування у виробництві керамічної плитки для підлоги та внутрішнього обличкування стін.

Дослідженнями відходів, що утворюються при видобуванні та збагаченні вугілля встановлено, що за вмістом радіонуклідів вони відносяться до 1 класу безпеки і можуть використовуватись без обмежень при виготовленні керамічних матеріалів широкого вжитку (будівельної та побутової кераміки). Зазначимо, що при використанні 1 тони відходів вуглевидобування витрати природного газу на випал виробів зменшуються приблизно на 60 м3. Опрацьовані технології виготовлення кам’яно-керамічних виробів з вуглевідходів при використанні різних методів формування виробів: напівсухого пресування, екструзії, шлікерного лиття у гіпсові форми. На рис. 1 представлені запропоновані технологічні схеми виробництва клінкерної цегли, керамічної черепиці та побутової кераміки при використанні в якості основної сировини відходів вуглевидобування.

Як показали проведені дослідження, вибір напрямів раціонального використання відходів гірничо видобувної промисловості необхідно здійснювати на підставі комплексного вивчення їх складу та технологічних властивостей (таких як дисперсність та подрібнюваність, флюсуюча здатність, колір тощо), а також на основі аналізу потенційних споживачів у регіонах, де сформовані техногенні родовища. При цьому потрібно враховувати низку вимог до техногенної сировини, як показано на схемі (рис. 2).

Висновки

Результати дослідження дозволили оцінити ефективність та обґрунтувати можливість застосування нових видів мінеральної сировини в певних керамічних технологіях для отримання щільноспечених виробів різного функціонального призначення та видати практичні рекомендації щодо технологічних параметрів їх виробництва та оптимальних складів мас і покриттів на основі вітчизняної сировини України.

Розроблені ресурсозберігаючі технології можуть бути впроваджені на модернізованих та ново збудованих підприємствах України, що дасть змогу знизити собівартість виробництва та одержувати високоякісні конкурентноздатні керамічні вироби, які відповідають рівню світових стандартів. Впровадження результатів роботи дозволить не лише вирішити питання одержання сучасних щільноспечених керамічних матеріалів, а й розширити сировинну базу керамічної промисловості України.

Вирішення геолого-промислових проблем видобутку i використання нових видів вітчизняної мінеральної сировини дозволить повністю задовольнити потреби України в кварц-польовошпатових матеріалах, припинити їх імпорт, а певну частину навіть експортувати, враховуючи великий попит на цю сировину  на світовому ринку.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  • Гурський Д.С., Єсипчук К.Ю., Калінін В.І. та ін. Металічні та неметалічні корисні копалини України. – Т.2 Неметалічні копалини. - Київ-Львів: Центр Європи, 2006. – С.172-187.
  • Пилипчук А.Д. Польовошпатова сировина (геолого-економічний огляд). -  К.: Геолінформація, 2005. - 52 с.
  • Кочубей Ю.А. Сировинна база фарфору, фаянсу, будівельної кераміки та скла // Матеріали III Міжгалузевої науково-практичної наради, смт. Гурзуф, АР Крим, 10-14 вересня 2007р. – С. 8 − 11.
  • Панов Б.С., Шевченко О.А., Дудык А.М., Селяков С.Ю. К геоэкологии Донецького каменноукольного басейна// Известия ВУЗов.– Сер. Геология и разведка, 1998.– №5.– С.138–140
  • Состояние обращения с отходами в Донецкой области // Украинский научно-практический журнал «Регіон: проблемы, перспективы», 2002.– С.20-23
  • Вакалова Т.В. Рациональное использование природного и техногенного сырья в керамических технологиях / Строительные материалы, № 4, 2007. – С.10–16.
  • Касымов А.М., Леонова О.Е., Кононов Ю.А., Коваленко А.М., Романовский А.А.. Современное состояние проблемы образования и накопления промышленных отходов в Украине. // Экология и промышленность, № 2, 2007. – С.46–51.
  • Федоренко О.Ю. Прогнозна оцінка флюсуючої здатності сировини для використання в технології клінкерних виробів // Вісник НТУ “ХПІ”. – Харків, 2007.– №8.– С.107–115.

УДК: 666.3.046.4
Лісачук Г.В. Створення ресурсозаощадних технологій керамічних матеріалів з використанням нових видів вітчизняної мінеральної сировини [Електронний ресурс]  / [Лісачук Г.В., Федоренко О.Ю., Цовма В.В. та ін.] // Збірник наукових статей “ІІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю”. – Вінниця, 2011. – Том.1. – С.220–222. Режим доступу: http://eco.com.ua/

Скачати в форматі pdf:

Оцінка: 
0
No votes yet