Опыт применения отходов горной промышленности в производстве керамического кирпича

Кочнева Т. Опыт применения отходов горной промышленности в производстве керамического кирпича // Строительные материалы. 2003 . №2. C. 39-41

В 1994 г. Богословским алюминиевым заводом была завершена реализация инвестиционного проекта по строительству кирпичного завода ? введен в эксплуатацию Богословский кирпичный завод. Оборудование для нового завода поставила испанская фирма AGEMAC.

Завод, построенный в промышленной зоне Уральского региона, ориентирован на использование отходов горнодобывающих и горноперерабатывающих предприятий. В качестве компонентов шихты применяются вскрышные породы Волчанского угольного разреза, представленные в основном аргиллитами, глины месторождения Брусничное и отходы флотации Турьинского медного рудника (ТМР) в качестве отощителей.

Аргиллитовая вскрышная порода представляет собой камнеподобный глинистый материал, образовавшийся в результате уплотнения, гидратации и цементации глин, отложившихся над угольной толщей и не обладающих в естественных условиях пластичностью. Она характеризуется неоднородностью гранулометрического и химического составов. В основном аргиллиты представлены каолинитом, монтмориллонитом, гидрослюдой, кварцем, железистыми минералами и в меньшей степени карбонатсодержащими породами. Кроме этого в аргиллите содержится 1-5% каменного угля и других органических включений.

Глина месторождения Брусничное представлена монтмориллонитом, гидрослюдой, кварцем и в меньшей степени полевыми шпатами, сульфатами щелочных и щелочно-земельных металлов.

Отходы флотации Турьинского медного рудника представлены фанатом, пироксеном, сульфидами железа (пирит и пирротен) и кальцитом.

Техногенное сырье традиционно неоднородно как по площади карьера, так и по высоте добычного уступа. Поэтому для производства продукции постоянно высокого качества необходимо вести мониторинг сырья и применять технологии усреднения его качества. Специалисты предприятия постоянно проводят лабораторные исследования характеристик исходных сырьевых компонентов с целью корректировки состава шихты и оптимизации технологического процесса. При этом аргиллит используется в качестве основного компонента (60%), глина ? в качестве добавки, отходы флотации ТМР ? как отощающая добавка.

Опыт работы показал, что стабильная работа всего технологического процесса производства кирпича возможна только после тщательной подготовки сырья. Для этого была разработана схема входного контроля качества сырья, которая предусматривает:

- контроль состава породы из кернов при эксплуатационном бурении скважин с участков глиняного карьера и шламохранилища ТМР, планируемых к отработке в узлах сетки 10х20 м;

? добычу и завоз вскрышных пород Волчанского угольного разреза только в зимнее время (декабрь?март);

? обязательный визуальный осмотр отрабатываемого забоя по всем видам селективной выборки;

? отбор объединенных проб аргиллита с каждого железнодорожного состава;

? ежесменный отбор объединенных проб сырья при формировании конусов вылеживания;

? отбор объединенных проб от сформированных конусов сырья за один месяц до подачи в технологический процесс.

Отработка технологии усреднения сырья, проведенная в 2001-2002 гг., позволила добиться постоянного качества сырьевых компонентов, поступающих на дальнейшую переработку. В таблице приведены результаты испытаний сырьевых компонентов, отобранных в момент завоза с конусов в глинохранилище главного корпуса.

Характеристика компонентов шихты

2002 г.

I кв.

II кв.

III кв.

IV кв.

Аргиллит

Массовая доля тонкодисперсных фракций, %

песчаная (более 0,06 мм)

12,9

15,1

13,9

15,2

глинистая (менее 0,005 мм)

59

58,7

58,7

58,1

пылеватая (от 0,005 до 0,06 мм)

28

26,1

27,3

26,7

Содержание крупнозернистых включений:

размером более 5 мм, %, не более 5

1,3

2,8

1,8

1,2

суммарный остаток на сите № 0,5, %

4,7

7,9

5,2

3,9

Суммарный остаток на сите № 1 , %

2,5

4,8

3,1

2,5

Суммарный остаток на ситах № 1 и № 0063,%

3,8

15,6

12,6

11

Пластичность, %

8,3

8,7

8,3

7,6

Глина месторождения Брусничное

Массовая доля тонкодисперсных фракций, %

песчаная (более 0,06 мм)

15,7

15,8

17,6

16,5

глинистая (менее 0,005 мм)

55,5

53,5

53,8

48,4

пылеватая (от 0,005 до 0,06 мм)

28,8

30,6

28,5

35,1

Содержание крупнозернистых включений:

размером более 5 мм,%, не более 5

3,5

2,9

2,9

1,9

суммарный остаток на сите № 0,5, %

9,9

9,7

9

7,6

Суммарный остаток на сите № 1 , %

7,6

6,9

6,6

5,7

Суммарный остаток на ситах № 1 и № 0063, %

18,3

18,3

19,1

16,9

Пластичность, %, не менее 7

18,5

15

16,1

16,8

Отходы флотации TMP

Модуль крупности

0,9

0,8

0,8

0,78

Содержание пылеватых и глинистых частиц, %

10,5

8,8

8,1

9

Содержание крупнозернистых включений:

размером более 5 мм, %, не более 5

0,8

0,7

0,8

0,5

суммарный остаток на сите № 0,5, %

8,1

7,8

6,5

5,3

Суммарный остаток на сите № 1 , %

3,9

3,6

3,1

2,1

Суммарный остаток на ситах № 1 и № 0063, %

87,2

87,6

87,7

88,5

Технология производства кирпича представлена на схеме. Сырье из конусов вылеживания поступает в отапливаемое глинохранилище главного корпуса завода, где производится его дальнейшая подготовка. Перемещение объемов сырья к месту отбора осуществляется одноковшовым экскаватором ?прямая лопата?, что позволяет производить усреднение компонентов шихты по высоте забоя.





Подача компонентов шихты в приемные бункеры осуществляется при помощи ковшового погрузчика. Из бункеров аргиллит и смесь глины с отощителем поступают в горизонтальную молотковую дробилку, где производится их первоначальное дробление. Из-за наличия каменистых включений, природной камнеподобной структуры аргиллита в технологической цепочке были установлены бегуны с центральной подачей материала в дополнение к каскаду вальцев грубого, среднего и тонкого помола. В случае необходимости увлажнение сырьевой смеси может осуществляться в бегунах и вымешивателе.

Пройдя весь цикл глинопереработки, готовая шихта подается в вакуум-пресс, где происходит ее окончательное перемешивание и доувлажнение до формовочной влажности 21?23%.

Свежесформованный кирпич загружается на сушильные тележки и подается в сушильную печь тоннельного типа с двумя рабочими и одним резервным каналом общим объемом 580 тыс. шт. условного кирпича. Наличие резервного канала обеспечивает непрерывность работы сушильной печи во время проведения ремонтных и профилактических работ оборудования. Значительный объем сушильного агрегата позволяет реализовать щадящий режим сушки при температуре теплоносителя 50?65?С в течение 76-80 ч.

Высушенный кирпич укладывается на вагонетки автоматом-садчиком и подается в печь обжига тоннельного типа. Длина печи 135 м, объем - 267 тыс. шт. усл. кирпича. Температурный режим обжига обеспечивается автоматическим включением горелок, работающих в соответствии с заданной температурной кривой. Максимальная температура обжига составляет 1020?С, время обжига 44-48 ч.

После обжига кирпич упаковывается в полиэтиленовую пленку с дополнительной обвязкой металлической лентой.

За восемь лет работы специалисты завода отладили технологию усреднения качества сырья и технологию производства продукции. Выпуск кирпича вырос с 39,6 млн шт. в 1995 г. до 50 млн шт. в 2002 г. Всего выпущено 376 млн шт. кирпича. Постоянно повышается качество. Если в 1995 г. средняя марка кирпича составляла 126 кгс/см2, то в 2002 г. этот показатель был равен 161 кгс/см2. Постоянно расширяется ассортимент выпускаемой продукции. Ведутся работы по воспроизводству оборудования и развитию сырьевой базы.

Выпускаемый заводом кирпич завоевал широкую известность у потребителей в Уральском регионе и на Тюменском севере (рис. 5,6). В 2001 г. была проведена добровольная сертификация продукции в системе сертификации ГОСТ Р Госстандарта России на серийный выпуск кирпича пустотелого и полнотелого, а также получено санитарно-эпидемиологическое заключение, удостоверяющее, что производство кирпича соответствует государственным правилам и нормативам.

Изучая вопросы дальнейшего развития керамической промышленности, учитывая быстрое истощение качественных сырьевых ресурсов, относящихся к категории невозобновляемых, следует рассматривать использование техногенных месторождений (отходов различных производств) не только как важную экономическую задачу, но и как вклад в дело улучшения экологической ситуации.

Именно в этом направлении ведут работу специалисты Богословского кирпичного завода. В настоящее время проводятся лабораторно-технологические испытания с использованием в шихте отходов различных производств для получения новых эффективных видов продукции:

? пористого керамического кирпича, обладающего повышенными теплотехническими свойствами;

? цветного кирпича методом объемного окрашивания. В конце 2002 г. были проведены опытно-промышленные испытания по выпуску пористого кирпича, в результате которых была получена продукция со следующими показателями:

Марка по прочности

М125

Водопоглощение, %

15

Марка по морозостойкости

F 50

Плотность, кг/м3

1060

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м-?С)

0,32

Оценку качества полученной продукции проводили по ГОСТ 530, хотя область применения данного нормативного документа не распространяется на пористые керамические материалы, производимые из глинистого сырья и выгорающих добавок, и не предусматривает возможность их применения в производстве кирпича.

В связи с возрастающей потребностью строительства в поризованной керамике назрела необходимость разработки и введения в действие нового нормативного документа или пересмотр ГОСТ 530 с учетом расширения ассортимента керамических стеновых материалов.