Физико-химические процессы при синтезе кислотоупоров на основе техногенного сырья

Физико-химические процессы при синтезе кислотоупоров на основе техногенного сырья

Автор: Абдрахимова, Елена Сергеевна

Год защиты: 2006

Место защиты: Нижний Новгород

Количество страниц: 367 с. 59 ил.

Артикул: 4303661

Автор: Абдрахимова, Елена Сергеевна

Шифр специальности: 02.00.04

Научная степень: Докторская

Стоимость: 250 руб.

Физико-химические процессы при синтезе кислотоупоров на основе техногенного сырья  Физико-химические процессы при синтезе кислотоупоров на основе техногенного сырья 

содержанием Гез более 5, техногенным сырьем цветной металлургии и пирофиллитом для производства кислотоупоров
результаты реологических исследований глинистых компонентов и влияние пирофиллита на реологические свойства
результаты исследования влияния пирофиллита на фазовые превращения, влажностное расширение, структуру пористости, термостойкости и химическую стойкость при обжиге кислотоупоров
результаты исследования влияния попутного продукта редкоземельных металлов белогорского полевошпатового конценграта на фазовые превращения, пористость, вязкость, физикомеханические свойства и химическую стойкость кислотоупоров
результаты исследования взаимосвязи фазового состава и пористости структуры с физикомеханическими свойствами кислотоупоров
составы кислотоупоров на основе нетрадиционных сырьевых материалов и техногенного сырья с высокими физикомеханическими и химическими показателями
энергосберегающие технологии производства кислотоупоров, исключающие обжиг глины на шамот и получение изделий из глинистой части хвостов гравитации цирконильменитовых руд, пирофиллита и попутного продукта редкоземельных металлов
результаты промышленного освоения и внедрения ресурсосберегающей технологии по производству кислотоупоров и их техникоэкономическое обоснование.
1. КЕРАМИЧЕСКИЕ КИСЛОТОУПОРНЫЕ ИЗДЕЛИЯ.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
1.1. Керамические кислотоупорные изделия
Химически стойкие керамические изделия разделяются на две основные группы 1 грубозернистые и пористого строения и 2 тонкозернистые, спекающиеся или полуспекшиеся.
По своему назначению химически стойкие изделия подразделяются на футеровочные, пасадочные и химическую аппаратуру.
Футеровочные изделия предназначены для защиты различных химических аппаратов и конструкций от прямого химического воздействия на металл химических реагентов. Эти изделия изготовляют главным образом из грубозернистых масс в форме кирпича и плиток.
Кислотоупорный кирпич применяют для футеровки различной химической аппаратуры, например башен и скрубберов, резервуаров, газоотходов, желобов, а также для кладки фундаментов под химическую аппаратуру.
Кислотоупорный кирпич выпускают двух сортов и трех форм прямой 0X3X3 м, клиновый торцовый двухсторонний
0X3ХХ.3 м.
Кислотоупорный кирпич первого сорта должен удовлетворять следующим требованиям кислотостойкость не менее , водопоглощение не более 8, предел прочности при сжатии не менее МПа, термическая стойкость последовательный нагрев до 0С и охлаждение в проточной воде не менее 2 теплосмен.
Установлено, что в керамической промышленности замена кислотоупорного кирпича кислотоупорной плиткой позволит снизить расход сырья в 2,5 раза, а массу футеровки почти в 3 раза 6. Кроме того, кислотоупорные плитки более качественно подвергаются термической обработке, при этом
сокращаются сроки сушки и обжига. Поэтому наши исследования проводились на кислотоупорных плитках.
Кислотоупорные и термокислотоупорные плитки ГОСТ 1 Плитки кислотоупорные и термокислотоупорные подразделяются на пять марок в зависимости от их назначения, а именно КШ кислотоупорные шамотные, КФ кислотоупорные фарфоровые, ТКШ термокислотоупорные шамотные, ТКД термокислотоупорные дунитовые, КС кислотоупорные плитки сухого прессования. Наши исследования проводились для получения кислотоупорных плиток марок КШ и ТКШ.
К плиткам марок КФ и ТКД предъявляются повышенные требования по прочности, так как плитки будут испытывать повышенные механические нагрузки. Плитки ТКШ и ТКД должны обладать высокой термостойкостью, так как они предназначены для фу теровки аппаратуры, в которой они будут подвержены резким сменам температуры.
Плитки выпускают квадратные К с длиной стороны от 0 до 0 м, прямоугольные ПП с длиной большей стороны от 0 до м , клиновые ПКЛ размеров, позволяющие осуществлять радиальную кладку футеровки и спаренные прямоугольные ПС с длиной сторон и м соответственно. Толщина всех плиток предусматривается , , , , 3 м в зависимости от назначения, от марки и размера плитки. Исследования нами проводились на плитках типа ПК размером 0X0X м.
1.2. Использование техногенного сырья в производстве керамических материалов
Использование техногенного сырья является большой народнохозяйственной проблемой. В настоящее время в технологии строительной керамики имеется определенный опыт использования техногенного сырья с целью экономии природных и материальных ресурсов , , ,
2. Однако, в настоящее время объемы используемых техногенных сырьевых материалов для этих целей невелики.
В основном применяют техногенные сырьевые материалы в керамическом кирпиче, реже в облицовочных, фасадных плитках и плитках для полов и очень незначительно в кислотоупорах. Применяются, в основном, такие отходы производств как золы и шлаки 1, 6, 9, , , , , , , , 9, 1, 2, 6,7, 1, 2, 7, 9, 0, 2, 1, 9, 0, 2, 3, частично техногенное сырье цветной металлургии , 7, , , , , , , 9, 5, 0, 9, 5, стеклобой, отходы черной металлургии, гранитные отсевы, гальванические шламы, горнометаллургические и некоторые продукты обогащения вмещающих и вскрышных пород , , ,1,5, 6, 7.
В работах , , исследовалась возможность получения облицовочных, фасадных и плиток для полов из техногенного сырья цветной металлургии и энергетики с минимальным содержанием в составах керамических масс традиционных природных материалов. На основании выполненных комплексных исследований экспериментально обоснованы и практически доказаны составы керамических масс для производства облицовочных плиток, в составах которых до техногенного сырья цветной металлургии и энергетики, составы для производства фасадных плиток и плиток для полов из техногенного сырья цветной металлургии и энергетики без применения традиционных природных материалов. Сведения, касающиеся использования техногенного сырья цветной металлургии в производстве кислотоупоров в литературе встречаются очень редко.
Ежегодно в различных отраслях промышленности накапливается огромное количество отходов. Большую их часть, кроме зол и шлаков ТЭС, составляют вскрышные породы, отходы обогащения и шламы черной и цветной металлургии.
На удаление и хранение промышленных отходов затрачивается 8 стоимости произведенной продукции 8, поэтому их утилизация имеет важное значение.
В производстве кислотоупоров техногенное сырье цветной металлургии пока не нашло широкого применения. Основной причиной является недостаточная изученность влияния этих сырьевых материалов, имеющих высокое содержание оксидов железа и щелочей, на свойства изделий.
В литературе имеются указания на то, что повышенное содержание оксидов железа снижает кислотостойкость 9, 4. Однако имеются и такие работы , которые показывают, что оксиды железа при определенных условиях могут даже повышать.кислотостойкость материала.
Промышленность строительных керамических материалов крупный потребитель глинистого сырья, топлива и электроэнергии. Всреднем расходы на сырье, материалы, топливо и электроэнергию составляют на специализированных предприятиях ,1 от полной себестоимости, достигая, для кислотоупоров, включая обжиг на шамот, до ,7 7 Для производства кислотоупоров в. настоящее время в основном используется природное сырье. В Советском Союзе выпуск кислотоупоров 1 сорта достигал ,5 и. было предложено выпускать кислотоупорные плитки взамен кислотоупорного кирпича 7.
Наши исследования показывают, что замена шамота на пирофиллит, содержащий А1гОз более , позволяет исключить из технологии обжиг глины на шамот и использовать в. качестве глинистого сырья отход цветной металлургии глинистую часть хвостов гравитации цирконильменитовых руд. Она хорошо себя зарекомендовала в производстве облицовочных, фасадных плитках и плитках для полов, но ее не рекомендуют использовать в кислотоупорах, так как содержание в ней оксида железа превышает 5 1,
Винституте НИИстройкерамики было исследовано более 0 наименований различных видов отходов предприятий строительной индустрии, черной и цветной металлургии, угольной, химическойпромышленности и т.д. 8. По
происхождению они были подразделены авторами на неизменные, сохраняющие свой исходный состав не подвергающиеся термической или химической обработке, и изменныс подвергающиеся термической обработке. По химическому составу подразделены на основные менее и кислые 8Ю2 более 8.
Неизменные основные отходы представлены карбонатными породами, с содержанием вЮ2 и силикатными ссрпентиновыми породами с содержанием 8Ю2 около . Неизменные кислые гранитными полевошпатовыми отсевами Вишневского и Павловского щебеночных карьеров, содержащих 8Ю2 и 8,,2 К
кварцпиролюзитсодержащими хвостами обогащения марганцевых руд Джездинского рудоуправления с содержанием вЮ2 порядка и 6,4 К1Ча доломиткварцнолевошпатсодержащими отходами
обогатительной фабрики Беслобе комбината Каззолото, включающими ,4 БЮг 4,8 КНЧа баритсодержащими хвостами обогащения свинцовоцинковых руд Карагайлинского ГОКа с содержанием 8Ю2 2,,5 К и 5 ВаО кварцпирофиллитовыми породами, содержащими ,5 8Ю2 и 1,,5 К а также глинистыми вскрышными породами Экибастузского угольного разреза ПО Экибастузуголь с содержанием 8Ю2 и 2,1 .
Изменные отходы представлены основными и кислыми конверторными шлаками Побужского никелевого завода. В основных шлаках содержание БЮг составляет , СаОМО до , Ре3 . В кислых шлаках
содержание 8Ю2 , СаОМО до 2, Ре3 до 3, РеО до 8.
Отходы исследовали в производстве керамических плиток для внутренней облицовки стен, фасадных и плиток для полов, кислотоупорных и санитарных изделий. Испытание проводили по современной технологии с использованием скоростных режимов сушки и обжига плиток в роликовых печах на поточноконвейерных линиях.
В результате экспериментальных работ 8 М.К. Гальпериной было установлено, что неизменные основные отходы, представленные в основном серпентинитом, кальцитом, доломитом, плагиоклазом, неспекающиеся и характеризующиеся значительными потерями при прокаливании , эффективны и в значительных количествах могут быть использованы только в технологии плиток для внутренней облицовки стен. В сочетании с глинами они обеспечивают достижение хороших физикотехнических свойств плиток после обжига при пониженных температурах и снижение их усадки.
Неизменные кислые отходы, содержащие значительное количество щелочных и небольшое количество щелочноземельных оксидов, являющиеся, как правило, плавнями, пригодны как для производства плиток внутренней облицовки стен, так и фасадных, а некоторые виды отходов этого класса для производства плиток для полов, кислотоупорных и санитарных изделий 1, , ,, 8, .
Изменные отходы основные и кислые пригодны только для производства плиток внутренней облицовки стен и фасадных плиток.
Введение


Другие авторы в своей работе 1 указывают, что нагрев до ЮС чистой глины, при содержании 2 менее 3, оказывается недостаточным для синтеза муллита и кристобалита, появление которых отмечается в интервале температур С, и которые также оказывают существенное влияние на пористость керамических материалов. Одним из показателей для кислотоупорных плиток марок КШ и III является водопроницаемость. Водонепроницаемой считается кислотоупорная плитка, с обратной стороны которой через ч не появляются ни одной капли воды. В работе 0 сообщалось, что глины многих крупных месторождений не пригодны для производства кислотоупоров, гак как эти изделия отличаются большой эксфильтрацией. Было установлено, что па проницаемость керамических изделий существенное влияние оказывает зерновой состав шамота и что ввод в массы мелкозернистого шамота уменьшает газо и водопроницаемость, при этом изделия из некоторых глин становятся водонепроницаемыми. В области исследования водопроницаемости керамических кислотоупоров проведен значительный объем работ, однако механизм водопроницаемости изучен недостаточно. Большая часть авторов склоняется к мнению о том, что вода через кислотоупорные изделия фильтруется равномерно по его плоскости и сечению 7, . Установлено, что водопроницаемыми являются поры диаметром более м при действии гидравлического давления 0,2 МПа в течение 5 мин 9, 1. При исследовании двух типов глин каолинитовой с примесью монтмориллонита и гидрослюды, а также каолинитовой с примесыо монтмориллонита, выявлено, что при сопоставимой открытой и равной капиллярной пористости, при аналогичном по ртутной порометрии распределении пор по размерам, кислотоупорные изделия из глин первого типа выдерживают испытания по ГОСТ 3 на водопроницаемость, а из глин второго типа не выдерживают. Установлено, что для кислотоупорных изделий из глин второго типа характерно образование отдельных, локально расположенных каналов, обусловливающих повышенную водопроницаемость. Неравномерное распределение крупных водопроницаемых каналов в кислотоупорных изделиях из каолинитмонтмориллонитовой глины свидетельствует о формировании в этих изделиях резко неоднородной макроструктуры. При локальном характере образования водопроницаемых каналов их объем не вносит заметного изменения в распределение пор по размерам и в общий объем открытых пор кислотоупорных изделий. В работе 0 Павлов В. Ф. указывает, что одной из причин возникновения проницаемой структуры керамического материала является образование высокотемпературных кристаллических фаз. Причем, при кристаллизации кристобалига из аморфного кремнезема, выделившегося в результате процесса муллитизации, появляются водопроницаемые поры. Для устранения водопроницаемости необходимо исключить возможность превращения этого кремнезема в кристобалит путем ввода, например, щелочесодержащих добавок. Анализ литературы по исследованию физикохимических процессов формирования структуры кислотоупоров показал, что данные процессы изучались в основном на огнеупорных и тугоплавких глинах, содержащих оксид железа не более 3,5, при этом техногенное сырье использовалось не как самостоятельное сырье, а в качестве добавок. В качестве отощителей, для производства кислотоупоров, в основном используется шамот, что значительно удорожает выпуск керамических материалов. До настоящего времени не достаточно изучено влияние оксидов железа на кислотостойкость, термостойкость и водонепроницаемость, нет единой классификации пор и научного объяснения взаимосвязи пористости с основными физикомеханическими показателями кислотоупоров. Литературные данные показывают перспективность комплексного применения техногенного сырья цветной металлургии в производстве керамических кислотоупоров. Существующие технологии по производству керамических кислотоупоров предлагают применение в составах масс традиционных природных огнеупорных и тугоплавких глин и шамота из них. Производство шамота требует введения в технологию производства кислотоупоров дополнительный высокотемпературный обжиг, что значительно удорожает себестоимость выпускаемой продукции. Замена шамота на пирофиллит позволит исключить из технологии производства кислотоупоров высокотемпературный обжиг глины на шамот.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.212, запросов: 121