Тип работы:
Предмет:
Язык работы:


Исследование и разработка технологических режимов получения строительных керамических материалов с использованием отходов алюминиевого производства

Работа №26464

Тип работы

Магистерская диссертация

Предмет

технология конструкционных материалов

Объем работы115
Год сдачи2017
Стоимость4900 руб.
ПУБЛИКУЕТСЯ ВПЕРВЫЕ
Просмотрено
418
Не подходит работа?

Узнай цену на написание


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


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

Возникли сложности?

Нужна помощь преподавателя?

Помощь в написании студенческих
и аспирантских работ!


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.



1. Баранов, А. Н. Переработка твердых фторуглеродсодержащих отходов алюминиевого производства / А. Н. Баранов, Л. В. Гавриленко, А. В. Моренко // Системы. Методы. Технологии. - 2011. № 10. - С. 113-115.
2. Борисоглебский, Ю. В. Металлургия алюминия: Учебное пособие / Ю. В. Борисоглебский, Г. В. Галевский. - Новосибирск: Наука, 1999. - 438 с.
3. Букин В.И. Переработка производственных отходов и вторичных сырьевых ресурсов, содержащих редкие, благородные и цветные металлы: учебное пособие для втузов / В. И. Букин, М. С. Игумнов. - М.: Деловая столица, 2002. - 224 с.
4. Бурученко, А. Е. Строительная керамика c использованием суглинков и отходов алюминиевого производства / А. Е. Бурученко, С.И. Мушарапова // Строительные материалы. - 2010. № 12. - С. 28-33.
5. Верещагин, В. И. Влияние дисперсности непластичных компонентов керамических масс на спекание и свойства строительной керамики / В. И. Верещагин, В. К. Меньшикова, А. Е. Бурченко // Строительные материалы. - 2015. № 8. - С. 64-67.
6. Верещагин, В.И. Расширение сырьевой базы для строительной керамики / В.И. Верещагин, В.И. Кащук, Р.А. Назиров и др. // Строительные материалы. М.: ООО РИФ «Стройматериалы». - 2004. -№2 (590). - С. 39-42.
7. Волочко, А. Т. Влияние активных спекающих добавок на формирование свойств фосфоросодержащей алюмосиликатной керамики / А. Т. Волочко // Огнеупоры и техническая керамика. - 2015. № 7. - С. 50-56.
8. ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия. - Введ. 01.07.2013. - ТК 465 "Строительство", 2013 - 45 с.
9. 16. ГОСТ 7025-91 Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости. - Введ. 01.07.1991. - Научно-исследовательский институт строительной физики Госстроя СССР, 1991 - 16 с.
10. Гузман, И. Я. Химическая технология керамики: учеб. пособие для вузов / И. Я. Гузман. - М.: Стройматериалы, 2003. - 496 с.
11. Жарменов, А. А. Отходы: пути минимизации и предотвращения: сборник докладов / А. А. Жарменов. - Алматы, 2002. - 132 с.
12. Еромасов, Р.Г. Утилизация отходов алюминиевого производства в керамической промышленности / Р.Г. Еромасов, Э.М. Никифорова, Ю.Е. Спектор // Журнал Сибирского федерального университета. - 2012. - С. 442-452.
13. Кара-Сал, Б.К. Повышение качества кирпича комбинированием составов глинистых пород. / Б.К. Кара-Сал, Н.М. Биче-Оол // Строительные материалы. -М.: ООО РИФ «Стройматериалы». 2006. - №2. - С. 54-55.
14. Кащеев, И. Д. Химическая технология огнеупоров: учебное пособие / И. Д. Кащеев. - М.: Интермет Инжиниринг, 2007. - 752 с.
15. Кондратенко, В.А. Керамические стеновые материалы: оптимизация их физико-химических свойств и технологических параметров производства / В.А. Кондратенко. - М.: Композит. - 2005. - 512 с.
16. Лысенко, Е.П. Современные отделочные и облицовочные материалы / Е.П. Лысенко, Л.В. Котлярова, Г.А. Ткаченко, И.В. Трищенко, А.Н. Юн- дин. // - Учебно-справочное пособие под общей редакцией проф. А.Н. Юндина Издательство «Феникс», 2003.
17. Кравцова, Е.Д. Статистическая обработка и планирование инженерных экспериментов / Е.Д. Кравцова, Э.М. Никифорова. - Красноярск: СФУ ИЦМиЗ, 2007. - 163с.
18. Куликов, Б. П. Утилизация фторсодержащих отходов алюминиево¬го производства в цеметной промышленности / Б. П. Куликов, В. В. Баринов, М. Д. Николаев // Экология и промышленность России. - 2010. № 5. - С. 5-6.
19. Леонтьев, Л. И. Переработка и утилизация техногенных отходов металлургического производства / Л. И. Леонтьев, В. И. Пономарев // Экология и промышленность России. - 2016. № 3. - С. 24-27. Лохова, Н. А. Влияние шламового отхода алюминиевого производства на структурообразование глино-кремнеземистого керамического материала / Н. А. Лохова, И. А. Макарова, А. Л. Макарова // Системы. Методы. Технологии. - 2013. № 4(20). - С. 109-113.
20. Матренин, С. В. Техническая керамика: учебное пособие / С. В. Матренин, А. И. Слосман. - Томск: Изд-во ТПУ, 2004. - 75 с.
21. Мороз, И. И. Технология строительной керамики: учебное пособие / И. И, Мороз. - Киев, 1972. - 416 с.
22. Никифорова, Э. М. Минерализаторы в керамической промышленности / Э. М. Никифорова. - Красноярск : ГУЦМиЗ, 2004. - 108 с.
23. Основин, В.Н. Справочник по строительным материалам и изделиям. / В.Н. Основин, Л.В. Шуляков, Д.С. Дубяго. - Ростов н/Д: Феникс, 2005. 443 с.
24. Пат. 2098499 Российская Федерация, МИК7C 22 B 7/00, C 25 C 3/06. Способ переработки шлама газоочистки производства первичного алюминия / А.Г. Аншиц, В.И. Савинов ; заявители и патентообладатели. - № 95112779/02; заявл. 25.07.1995; опубл. 10.12.1997. - 3 с.
25. Пат. 2167210 Российская Федерация, МИК7C 22 B 7/00, C 01 F 7/38. Способ переработки углеродистого шлама, выводимого из системы электрического получения алюминия / В.В. Барановский, А.В. Барановский АОО «Всероссийский алюминиевый-мигниевый институт»; заявители и патентообладатели. - № 99115190/02; заявл. 13.07.1999; опубл. 20.05.2001. - 3 с.
26. Пат. 2393241 Российская Федерация, МИК7C 22 B 7/00 C 04 B 7/42. Способ переработки мелкодисперсных натрий-фтор-углеродсодержащих отходов электролитического производства алюминия / Б. П. Куликов, М. Д. Николаев, ООО Торговый дом «Байкальский алюминий»; заявители и патентообладатели. - № 2009106409/02; заявл. 24.02.2009; опубл. 27.06.2010. - 9 с.
27. Пат. 2412129 Российская Федерация МПК C 04 B 33/132 , Сырьевая смесь для производства керамической облицовочной плитки / Э. М. Никифорова, А. И. Никифоров, Р. Г. Еромасов ; патентообладатель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Сибирский федеральный университет» - № 2009127913/03 ; заявл. 20.07.2009 ; опубл. 20.02.2011 - 3с.
28. Пат. 2199488 Российская Федерация, МПК7C 01 F 7/38, C 22 B 7/00, Способ переработки отработанной угольной футеровки алюминиевых электро-лизеров / Барановский В.В., Барановский А.В., Ланкин В. П., Кононов М. П., Липинский Л. П., Богомолов А. Н., Тесля В. Г.; заявитель и патенто-обладатель Открытое акционерное общество«Волгоградский алюминий», Акционерное общество открытого типа «Всероссийский алюминиево-магниевый институт» - № 2000130110/12 ; заявл. 30.11.2000 ; опубл. 27.02.2003 - 2с.
29. Пат. 2171853 Российская Федерация, МПК7C 22 B 7/00, C 01 F 7/38, Способ переработки отработанной угольной футеровки алюминиевых электролизеров / Барановский В. В., Барановский А. В., заявитель и патентообладатель Акционерное общество открытого типа «Всероссийский алюминиево-магниевый институт» - № 99109488/12 ; заявл. 11.05.1999;опубл. 10.08.2001 - 2с.
30. Петлин, И. В. Пути переработки и утилизации фторсодержащих от-ходов алюминиевой промышленности / И. В. Петлин, М. С. Лесникова // Актуальная биотехнология. - 2015. № 1(12). - С. 43-46.
31. Рязанов, С. А. О комплексной переработке алюминиевых шлаков / С. А. Рязанов // Литейщик России. - 2010. № 7. - С. 43-45.
32. Ремизникова, В. И. Физико-химические основы строительной керамики: учебное пособие / В. И. Ремизникова, О. В. Спирина. - Казань: КГАСУ, 2006. - 85 с.
33. Рыщенко, М.И. Термостойкие малоусадочные и морозостойкие керамические строительные материалы.: Автореф. дисс. д-ра тенх. наук. - Харь¬ков. 1983. - 43 с.
34. Семенов, А.А. Текущее состояние и тенденции развития промышленности строительных материалов / А. А. Семенов // Строительные материалы: ежемесячный научно - технический и производственный журнал / Отрасль в современных условиях. - 2013. - № 2. - С. 9 - 12.
35. Солодкии, Н.Ф. Сырьевые материалы и пути повышения эффективности производства строительной керамики / Н.Ф. Солодкий, А.С. Шамриков. // «Стекло и керамика», 2009, № 1. С 22 - 24.
36. Станевич, В. Т. Строительная керамика: учебное пособие / В. Т. Станевич. - Павлодар: ПГУ им. С. Торайгырова, 2008. - 196 с.
37. Харук, Г. Н. Влияние отходов цветной промышленности на физико-химические процессы, протекающие в керамике при нагревании / Г. Н. Харук, А. Е. Бурученко // Научные труды SWORLD. - 2012. № 3. - С. 85-88.
38. Эванс, Э. М. Использование алюминиевого шлама и алюминиевого шлака (окалины) для изготовления глиноземистого цемента / Э. М. Эванс, Й. М. 3. Ахмед, Н. М. Халил, М. С. Амин // Огнеупоры и техническая керамика. - 2010. № 10. - С. 61-69
39. Электронный ресурс, ООО "Русал" URL:
http://sr.rusal.ru/environmental-protection/waste.php. - 2016.
40. Alves, H. Structural study of mullite based ceramics derived from a mi¬ca-rich kaolin waste / H. Alves, R. Junior, L. Campos // Ceramics International. - 2017. № 43. - P. 3919-3922.
41. Boltakova N. V. Utilization of inorganic industrial wastes in producing construction ceramics / N. V. Boltakova, G. R. Faseeva, R. R. Kabirov // Waste Man-agement. - 2017. № 60. - P. 230-246.
42. Brown, I., Wu, J., Nelson, M., Bowden, M. &Kemmitt, T. (2010) Hy-drogen Separation Membranes from Nanostructured Alumina Ceramics Pp 1-16 in “Nanostructured Materials and Systems”: Ceramic Transactions of the American Ce¬ramic Society, Volume 214, Eds Sanjay Mathur &Hao Shen, ISBN: 978-0-470¬88128-6, 168 pages, July 2010.
43. Colonetti, E. Chemically-bonded phosphate ceramics obtained from aluminum anodizing waste for use as coatings / E. Colonetti, E. Kammer // Ceramics International. - 2014. № 40. - P. 14431-14438.
44. El-Amir, Ahmed A.M. Nano-alumina powders/ceramics derived from aluminum foil waste at low temperature for various industrial applications / Ahmed A. M. El-Amir, Emad M.M. Ewais, Ahmed R. Abdel-Aziem // Journal of Environ¬mental Management. - 2016. № 183. - P. 121-125.
45. Herrmann H.J., R. Mahmoodi Baram, M. Wackenhut Polydisperse Packings, Brazilian Journal of Physics, vol. 33, no. 3, September, 2003, 591-593 p.
46. Hua, K. Effects of AlF3 and MoO3 on properties of Mullite whisker re-inforced porous ceramics fabricated from construction waste / K. Hua, X. Xi, K. Zhao // Ceramics International. - 2016. № 42. - P. 17179-17184.Liu, S. Sintering red mud based imitative ceramic bricks with CO2 emissions below zero / S. Liu, X. Guan, S. Zhang // Materials Letters. - 2017. № 191. - P. 222-224.
47. Onutai, S. Aluminium hydroxide waste based geopolymer composed of fly ash for sustainable cement materials / S. Onutai, S. Jiemsirilers, P. Thavorniti // Construction and Building Materials. - 2015. № 101. - P. 298-308.
48. Romero-Hermida, I. New method for carbon dioxide mineralization based on phosphogypsum and aluminium-rich industrial wastes resulting in valuable carbonated by-products / I. Romero-Hermida, A. Santos, R. Perez-Lopez // Journal of CO2 Utilization.- 2017. № 18. - P. 15-22.
49. Picart D. et al // Powder and Grains 2001: Proceedings of the Fourth In-ternational Conference on Micromechanics, ed. by Y. Kishino, Lisse, 2001, p. 15.
50. Shepelev, I.I. Chemical-Technological Features Of Resources-Saving Processes At Utilization Of Solid Metallurgical Wastes / I.I. Shepelev, N.N. Bochkov, Golovnykh N.V.// Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Seriya Khimiya i Khimicheskaya Tekhnologiya. 2015, Vol. 58 Issue 1, p81-86. 6p.
51. Shi F., CERAMIC MATERIALS - PROGRESS IN MODERN CE¬
RAMICS / Feng Shi / Janeza Trdine 9, 51000 Rijeka, Croatia / - 2012 - 228 p.
52. Shefer H. E. Status report on bricks from fly ash, p. 195 - 201 Shefer H. E. Status report on bricks from fly ash, p. 195 - 201
53. Takashi Itoh, Yoshimoto Wanibe, Hiroshi Sakao/ Relation between Packing Density and Particle Size Distribution in Random Packing Models of Pow¬ders // J.of the Institute of Metals.-2001.-Vol.50.-№8.-pp.740-746.
54. Torquato S. Random Heterogenious Materials: Microstructure and Mac-roscopic Properties, Springer, New York, 2002, 820 p.


Работу высылаем на протяжении 30 минут после оплаты.




© 2008-2022 Cервис помощи студентам в выполнении работ