Помощь студентам в учебе
Исследование и разработка технологических режимов получения строительных керамических материалов с использованием отходов алюминиевого производства
|
ВВЕДЕНИЕ 9
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Характеристика традиционных сырьевых материалов 11
1.1.1 Традиционное сырье для производства строительных керамических
материалов 11
1.1.2 Технология изготовления строительных керамических материалов. .. 13
1.3 Получение отходов алюминиевого производства 18
1.3.1 Технология электролиза алюминия 18
1.3.2 Формирование отходов, объемы образования 21
1.4 Пути утилизации отходов алюминиевого производства 24
1.4.1 Расчет динамики патентования 34
1.4.2 Расчет динамики патентования методом наименьших квадратов 35
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Получение керамических материалов 39
2.1.1 Подготовка и исследование исходных сырьевых материалов 39
2.1.2 Формование керамической массы 39
2.1.3 Сушка и высокотемпературный обжиг 40
2.1.4 Методика приготовления шлифов 41
2.2 Определение физико-механических свойств керамических материалов... 42
2.2.1 Характеристики керамического кирпича 42
2.2.2 Внешний вид 43
2.2.3 Физико-механические показатели 44
2.3 Методы испытаний 44
2.3.1 Определение усадки 45
2.3.2 Определение плотности 46
2.3.3 Определение водопоглощения 46
2.3.4 Определение морозостойкости 47
2.4 Планирование эксперимента 48
2.4.1 Факторы 49
2.4.2 Полный факторный эксперимент 50
2.4.3 Свойства полного факторного эксперимента типа 2К 51
2.4.4 Полный факторный эксперимент и математическая модель 52
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Характеристика исходных сырьевых материалов 56
3.1.1 Характеристика глинистого сырья 56
3.1.2 Характеристика смешанных отходов шламового поля 58
3.1.3 Характеристика отработанной угольной футеровки алюминиевого
электролизера 60
3.1.4 Характеристика отработанной шамотной футеровки алюминиевого
электролизера 62
3.2 Разработка состава керамических масс с использованием отходов
алюминиевого производства 64
3.3 Оптимизация технологических параметров получения керамического
кирпича с использованием смешанных отходов шламового поля 72
3.2.1 Выбор параметров оптимизации и факторов воздействия 72
4 ОХРАНА ТРУДА 85
4.1 Анализ условий проведения эксперимента в отношении возможных
опасных и вредных факторов 85
4.2 Физико - химическая и токсикологическая характеристика применяемых
и образующихся веществ и материалов 86
4.3 Характеристика помещения для проведения работ 88
4.3.1 Микроклимат 88
4.3.2. Освещение 89
4.4 Противопожарная характеристика помещения и меры безопасности 92
4.5 Электробезопасность 93
4.6 Мероприятия по защите от выявленных опасностей 94
4.7 Охрана окружающей среды 95
5 Экономическая часть 98
5.1 Смета затрат на выполнение работы 98
5.1.1 Материальные расходы 98
5.1.2 Расходы на оплату труда 100
5.1.3 Отчисление на социальные нужды 101
5.1.4 Суммы начисленной амортизации 101
5.1.5 Прочие расходы 103
5.2 Оценка экономической эффективности результатов работы 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Характеристика традиционных сырьевых материалов 11
1.1.1 Традиционное сырье для производства строительных керамических
материалов 11
1.1.2 Технология изготовления строительных керамических материалов. .. 13
1.3 Получение отходов алюминиевого производства 18
1.3.1 Технология электролиза алюминия 18
1.3.2 Формирование отходов, объемы образования 21
1.4 Пути утилизации отходов алюминиевого производства 24
1.4.1 Расчет динамики патентования 34
1.4.2 Расчет динамики патентования методом наименьших квадратов 35
2 МЕТОДИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Получение керамических материалов 39
2.1.1 Подготовка и исследование исходных сырьевых материалов 39
2.1.2 Формование керамической массы 39
2.1.3 Сушка и высокотемпературный обжиг 40
2.1.4 Методика приготовления шлифов 41
2.2 Определение физико-механических свойств керамических материалов... 42
2.2.1 Характеристики керамического кирпича 42
2.2.2 Внешний вид 43
2.2.3 Физико-механические показатели 44
2.3 Методы испытаний 44
2.3.1 Определение усадки 45
2.3.2 Определение плотности 46
2.3.3 Определение водопоглощения 46
2.3.4 Определение морозостойкости 47
2.4 Планирование эксперимента 48
2.4.1 Факторы 49
2.4.2 Полный факторный эксперимент 50
2.4.3 Свойства полного факторного эксперимента типа 2К 51
2.4.4 Полный факторный эксперимент и математическая модель 52
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 56
3.1 Характеристика исходных сырьевых материалов 56
3.1.1 Характеристика глинистого сырья 56
3.1.2 Характеристика смешанных отходов шламового поля 58
3.1.3 Характеристика отработанной угольной футеровки алюминиевого
электролизера 60
3.1.4 Характеристика отработанной шамотной футеровки алюминиевого
электролизера 62
3.2 Разработка состава керамических масс с использованием отходов
алюминиевого производства 64
3.3 Оптимизация технологических параметров получения керамического
кирпича с использованием смешанных отходов шламового поля 72
3.2.1 Выбор параметров оптимизации и факторов воздействия 72
4 ОХРАНА ТРУДА 85
4.1 Анализ условий проведения эксперимента в отношении возможных
опасных и вредных факторов 85
4.2 Физико - химическая и токсикологическая характеристика применяемых
и образующихся веществ и материалов 86
4.3 Характеристика помещения для проведения работ 88
4.3.1 Микроклимат 88
4.3.2. Освещение 89
4.4 Противопожарная характеристика помещения и меры безопасности 92
4.5 Электробезопасность 93
4.6 Мероприятия по защите от выявленных опасностей 94
4.7 Охрана окружающей среды 95
5 Экономическая часть 98
5.1 Смета затрат на выполнение работы 98
5.1.1 Материальные расходы 98
5.1.2 Расходы на оплату труда 100
5.1.3 Отчисление на социальные нужды 101
5.1.4 Суммы начисленной амортизации 101
5.1.5 Прочие расходы 103
5.2 Оценка экономической эффективности результатов работы 103
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 107
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 108
На сегодняшний день кирпич является одним из основных строительных материалов в России. Сфера применения кирпича широка - он используется при закладке фундамента, возведении несущих стен и межкомнатных перегородок, для облицовки зданий и внутренней отделки.
Наибольшая доля кирпича потребляется на строительство жилых домов, она составляет 67 % объема внутреннего кирпичного рынка.
Производство керамических строительных материалов связано со значительным расходом природных ресурсов. В настоящее время в связи с сокращением запасов природного сырья актуальной задачей становится использование промышленных отходов, которые представляют собой сырье, не требующее дополнительной обработки.
При обжиге керамических изделий основной задачей является обеспечение формирование фазового состава и структуры керамического черепка, предопределяющее прочностные характеристики и усадку. Наиболее полное про-хождение физико-химических процессов достигается при достаточно широком интервале спекания. Для расширения и интенсификации процесса спекания используют соответствующие компоненты масс, плавни и эффективные добавки.
Большим резервом эффективных добавок в керамических массах являются отходы промышленности, содержащие ценные минерализующие компоненты. Перспективным является использование отходов алюминиевого производства для получения керамических строительных материалов.
Отходы алюминиевого производства составляют более 20% от всех техногенных продуктов, образующихся при производстве алюминия в России. В процессе электролитического производства алюминия образуются различные отходы производства, которые утилизируются, подлежат длительному хранению или уничтожению. Хвосты флотации угольной пены, шламы газоочистки, пыль электрофильтров, смывные воды зумпфов и шламы глиноземного производства подвергаются различным операциям очистки и транспортируются на шламовые поля.
Отходы демонтажа алюминиевого электролизера, а именно отработанная шамотная и угольная футеровки, складируются за пределами завода в черте города на открытых площадках.
Целью данной научно-исследовательской работы является:
Исследование и разработка технологических режимов получения строительных керамических материалов с использованием отходов алюминиевого производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Проведение патентно-информационного поиска
• Анализ химического, минералогического и гранулометрического состава отходов
• Разработка и оптимизация состава керамической шихты
• Разработка и оптимизация технологических режимов производства
Наибольшая доля кирпича потребляется на строительство жилых домов, она составляет 67 % объема внутреннего кирпичного рынка.
Производство керамических строительных материалов связано со значительным расходом природных ресурсов. В настоящее время в связи с сокращением запасов природного сырья актуальной задачей становится использование промышленных отходов, которые представляют собой сырье, не требующее дополнительной обработки.
При обжиге керамических изделий основной задачей является обеспечение формирование фазового состава и структуры керамического черепка, предопределяющее прочностные характеристики и усадку. Наиболее полное про-хождение физико-химических процессов достигается при достаточно широком интервале спекания. Для расширения и интенсификации процесса спекания используют соответствующие компоненты масс, плавни и эффективные добавки.
Большим резервом эффективных добавок в керамических массах являются отходы промышленности, содержащие ценные минерализующие компоненты. Перспективным является использование отходов алюминиевого производства для получения керамических строительных материалов.
Отходы алюминиевого производства составляют более 20% от всех техногенных продуктов, образующихся при производстве алюминия в России. В процессе электролитического производства алюминия образуются различные отходы производства, которые утилизируются, подлежат длительному хранению или уничтожению. Хвосты флотации угольной пены, шламы газоочистки, пыль электрофильтров, смывные воды зумпфов и шламы глиноземного производства подвергаются различным операциям очистки и транспортируются на шламовые поля.
Отходы демонтажа алюминиевого электролизера, а именно отработанная шамотная и угольная футеровки, складируются за пределами завода в черте города на открытых площадках.
Целью данной научно-исследовательской работы является:
Исследование и разработка технологических режимов получения строительных керамических материалов с использованием отходов алюминиевого производства.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
• Проведение патентно-информационного поиска
• Анализ химического, минералогического и гранулометрического состава отходов
• Разработка и оптимизация состава керамической шихты
• Разработка и оптимизация технологических режимов производства
1. Проведенный патентно-информационный поиск позволил установить принципиальную возможность использования отходов алюминиевого производства в технологии строительных керамических материалов. Из расчета динамики патентования установили, что потребительские свойства (прочность при сжатии и морозостойкость) керамических материалов улучшаются с применением отходов алюминиевого производства.
2. Проведенный химический и минералогический анализ показал наличие фтористых соединений (криолит, хеалит) во всех исследуемых отходах, при этом максимальное количество фтористых солей, до 17 масс.%, содержится в смешанных отходах шламового поля. При этом содержание углерода в отработанной угольной футеровке и смешанных отходах шламового поля составляет 67 и 51 масс.% соответственно.
3. Установлено, что при увеличении содержания отходов алюминиевого производства, наблюдается общая тенденция уменьшения линейной воздушной усадки керамической массы, за счет уменьшения усадочных явлений в процессе сушки. Наибольший отощающий эффект достигается при введении отработанной шамотной футеровки. Линейная воздушная усадка керамических масс содержащих 25 масс.% данного вида отходов не превышает 2,5%.
4. Анализ полученных результатов показал, что использование смешанных отходов шламового поля позволяет достичь наименьшего значения водопоглощения (8,5%) и наибольшего значения кажущейся плотности образцов (1,89 г/см3) при содержании отхода 25 масс.%. Полученный эффект достигается за счет комплексного воздействия компонентов отхода на процессы спекания с образованием полезных кристаллических фаз, в частности анортита до 71 масс.%.
5. Максимальные значения прочности керамических образцов 30 МПа достигается при введении 25 масс.% отработанной шамотной футеровки.
2. Проведенный химический и минералогический анализ показал наличие фтористых соединений (криолит, хеалит) во всех исследуемых отходах, при этом максимальное количество фтористых солей, до 17 масс.%, содержится в смешанных отходах шламового поля. При этом содержание углерода в отработанной угольной футеровке и смешанных отходах шламового поля составляет 67 и 51 масс.% соответственно.
3. Установлено, что при увеличении содержания отходов алюминиевого производства, наблюдается общая тенденция уменьшения линейной воздушной усадки керамической массы, за счет уменьшения усадочных явлений в процессе сушки. Наибольший отощающий эффект достигается при введении отработанной шамотной футеровки. Линейная воздушная усадка керамических масс содержащих 25 масс.% данного вида отходов не превышает 2,5%.
4. Анализ полученных результатов показал, что использование смешанных отходов шламового поля позволяет достичь наименьшего значения водопоглощения (8,5%) и наибольшего значения кажущейся плотности образцов (1,89 г/см3) при содержании отхода 25 масс.%. Полученный эффект достигается за счет комплексного воздействия компонентов отхода на процессы спекания с образованием полезных кристаллических фаз, в частности анортита до 71 масс.%.
5. Максимальные значения прочности керамических образцов 30 МПа достигается при введении 25 масс.% отработанной шамотной футеровки.