Луханин Михаил Владимирович. Повышение эффективности жаростойких бетонов и масс путем использования вторичных минеральных ресурсов

Короткий опис

Луханин Михаил Владимирович. Повышение эффективности жаростойких бетонов и масс путем использования вторичных минеральных ресурсов : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.05.- Новокузнецк, 2005.- 164 с.: ил. РГБ ОД, 61 06-5/1058

Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего и
профессионального образования
«СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи
Луханин Михаил Владимирович

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЖАРОСТОЙКИХ БЕТОНОВ И МАСС ПУТЕМ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ
05.23.05 - Строительные материалы и изделия Диссертация
на соискание ученой степени кандидата технических наук
научный руководитель: доктор технических наук, профессор 
Введение
Глава 1. Опыт использования техногенных отходов в технологии ог-нестойких и огнеупорных бетонов. Цель и задачи рабо¬ты
Глава 2. Материалы и методики исследований
2.1. Отходы Антоновского рудника
2.2. Микрокремнезем Кузнецкого завода ферросплавов
2.3. Продукт высокоглиноземистый (ПВГ)
2.4. Отход производства карбида кремния
2.5. Шамотный порошок от боя шамотного кирпича ОАО "КМК"
2.6. Огнеупорная глина вскрышных пород Изыхского угольного раз¬реза
2.7. Серпентинсодержащее сырье Тейского горнообогатительного комбината
2.8. Высокоуглеродистый шлак Ермаковского завода ферросплавов (Казахстан)
2.9. Феррохромовый (самораспадающийся) шлак Челябинского элек¬
трометаллургического комбината
2.10. Методика исследований
Глава 3. Исследование свойств жаростойких мелокозернистых бето¬нов из вторичных минеральных ресурсов
3.1. Обоснование возможности получения жаростойких бетонов из вторичных минеральных ресурсов
3.2. Жаростойкие бетоны на основе ферросплавной пыли КЗФ и за-полнителей из отходов производства кварцита
3.3. Огнеупорные массы для футеровки желобов доменных пе-
3.4. Исследование по разработке жаростойких бетонов из серпентин-содержащего сырья
3.5. Огнеупорный бетон на основе ПВГ
3.6. Термодинамическое обоснование реакций возможных в смесях на основе BMP
Выводы по главе 3
Глава 4. Разработка математических моделей для прогнозирования составов и свойств жаростойких бетонов и масс из вторич¬ных минеральных ресурсов
4.1. Принцип действия и назначение натурно-модельного комплек¬са
4.2. Совместная динамическая оптимизация и уточнение параметров модели нестационарного объекта
4.2.1. Исходные условия для реализации процедуры совместной оптимизации и идентификации
4.2.2. Процедура совместной оптимизации и идентификации ре¬шения
Выводы по главе 4
Глава 5. Практические результаты работы
5.1. Рекомендации по производству жаростойких бетонов и масс
5.2. Опытно-промышленное оборудование
5.2.1. Производство кварцитовых бетонных блоков для стен на-гревательных колодцев
5.2.2. Огнеупорный бетон для футеровки желобов доменных пе¬чей
Список литературы Приложения
Актуальность. В связи с истощением запасов природных сырье¬вых ресурсов и резким повышением стоимости энергоресурсов в стране, производство жаростойких бетонов и изделий по традиционным техноло-гиям становится нерентабельным. В то же время имеются огромные запа¬сы вторичных минеральных ресурсов (отходов горного, обогатительного, металлургического и др. производств), в которых содержатся необходимые минералы для создания жаростойких бетонов и масс, не уступающих по эксплуатационным свойствам изготовленным их природных ресурсов.
Однако, местные материалы и отходы промышленности , как пра-вило, не отвечают требованиям, предъявляемым к сырьевым материалам для бетонов. Бетоны на этом сырье неэффективны, так как отличаются по-вышенным расходом связующего, затруднен подбор их состава и прогно-зирование свойств.
Решение задачи повышения эффективности жаростойких бетонов и масс связано с широким использованием вторичных минеральных ресур¬сов в виде заполнителей, наполнителей и связующих с использованием механохимической технологии переработки составляющих.
Работа выполнялась по тематическому плану (заданию) НИР, ут-вержденному Министерством образования и науки Российской Федерации по теме «Разработка концепции создания новых композиционных жаро-стойких бетонов и масс из вторичных минеральных ресурсов с использо-ванием механохимии» (фундаментальное исследование). Регистрационный № НИР 1.1.00.
Цель и задачи. Целью диссертации является разработка эффектив¬ных жаростойких бетонов и масс исключительно на основе вторичных природных ресурсов.
Для решения поставленной цели необходимо было решить сле¬дующие задачи:
- обосновать возможностьь создания жаростойких бетонов и масс с высокими эксплуатационными свойствами исключительно из вторичных минеральных ресурсов;
- исследовать химический и минералогический составы , физиче-ские свойства и структуру вторичных минеральных ресурсов для создания
^ жаро-стойких бетонов и масс;
- разработать способы подготовки вторичных минеральных ресур-сов для практического использования в технологии жаростойких бетонов;
- установить зависимости структуры и свойств жаростойких бето-нов на основе вторичных минеральных ресурсов от главных факторов;
- разработать рекомендации по производству жаростойких бетонов на основе вторичных минеральных ресурсов и провести производственное опробование.
(f Научная новизна
- обоснована возможность повышения эффективности жаростойких бесцементных мелкозернистых кремнеземистых бетонов и масс исключи¬тельно из отходов производства: шламовых кварцитов ( в качестве запол¬нителя), технического жидкого стекла , получаемого путем растворения ферросплавной пыли щелочью ( в качестве связующего) феррохромового самораспадающегося шлака ( в качестве отвердителя), подвергнутых меха-
5г
нохимической активации и обеспечивающих получение стабильных ново-образований;
- с помощью методов электронной микроскопии, рентгенострук-турного и дифрактометрического анализов установлены основные компо-ненты , обеспечивающие огнеупорность , термостойкость, шлако- и чугу- ностойкость материалов соединениями: кремния (Si02, SiC, S13N4), алю-
іА миния (А120З), кальция и магния (СаО , MgO ), железа и хрома (Fe203 ,
СГ2О3);
- обоснован компонентный состав жидкостекольного вяжущего на основе микрокремнезема и едкого натра, отверждаемого с помощью само-распадающегося феррохромового шлака;
- обоснован состав огнеупорной массы , обеспечивающей огне-стойкость до 1800°С, в которой в качестве заполнителя используются от-
f|t ходы абразивного производства и отходы производства карбида кремния и
огнеупорной глины в качестве связующего;
- обосновано получение муллита шпинельной структуры при тем-пературе 1100°С вместо 1400°С за счет механохимической активации , обеспечивающей взаимодействие между компонентами , при котором про-исходит переход некоторой части катионов А13+ из октаэдрических пози¬ций в тетраэдрические и пентаэдрические;
- получены зависимости огнестойкости, прочности, усадки, термо- ^ стойкости, шлако- и чугуностойкости бетонов и масс на основе вторичных
минеральных ресурсов от характеристик состава, структуры и параметров механохимической активации;
- получены математические модели и алгоритм для создания бето-нов и масс и прогнозирования их свойств от минерального состава вто-ричных минеральных ресурсов.
Практическая значимость работы
V-
- разработана технология изготовления технического жидкого стекла на основе отходов производства ферросплавов и феррохромового распадающегося шлака безавтоклавным способом , обеспечивающего по-лучение связующего для жаростойких бетонов и масс с силикатным моду¬лем 2-3.01 и плотностью 1.36-1.45 г/см3;
(А - разработаны составы кварцитовых огнеупоров , состоящих из
кварцитовых песков феррохромового шлака и технического жидкого стек¬ла с огнеупорностью 1785° С, пористостью менее 17%, прочностью при сжатии 27.6 МПа, средней плотностью 2400 кг/м3;
- разработаны составы огнеупорной массы с заполнителе из отхо-дов абразивного производства , отхода производства карбида и связующе¬го из огнеупорной глины, обеспечивающей огнеупорность до 1800° С, тер- мостойкость до 46 теплосмен при 800° С и усадку 0.2%;
- разработаны составы жаростойких бетонов и масс со службой до 800° С и 1200° С на заполнителях из местных серпентинсодержащих при-родных материалов и отходов асбестодобывающих горнообогатительных предприятий ( хризотил Mg3 (Si4Oio) (OH)s, антигорит Mg3 (Si205) (OH)4), прошедших предварительную термическую обработку при 700°С и 1000 °С вместо шамота и обеспечивающих среднюю плотность 2.2-2.25 г/см3 , предел прочности при сжатии после обжига 24 МПа, термостойкость при 800°С 35 водных теплосмен;
- разработаны технологии производства огнестойких бетонов и масс , включающие процессы механохимической активации и термиче¬ской обработки вторичных минеральных ресурсов.
Внедрение результатов исследований:
- разработаны рекомендации по производству жаростойких бетонов и масс на основе вторичных минеральных ресурсов;
- осуществлено опыто-промышленное внедрение указанных реко-мендаций :
- на ОАО «ЗСМК» при изготовлении кварцитовых жаростойких бе¬тонов для стен нагревательных колодцев;
- на ОАО Кузнецом металлургическом комбинате при изготовле-нии желобов доменной печи.
Апробация работы
Содержание и основные положения диссертационной работы док¬ладывались: на научно-практических семинарах «Проблемы и пути созда¬ния композиционных материалов и технологий из вторичных минеральных ресурсов», проводимых ежегодно в г. Новокузнецке на международных выставках-ярмарках «Архитектура и строительство», в рамках Федераль¬ной целевой программы «ИНТЕГРАЦИЯ» (Госконтракт М 0157, направление 1,6/1999-2004 годы
На втором международном научно-техническом семинаре «Нетра¬диционные технологии в строительстве», 30 мая - 1 июня 2001 г. в г. Том¬ске (ТГАСУ).
На 6Ш международном симпозиуме «Utilization of High Strength / High Performance Concrete», июнь 2002 г., в г. Лейпциг (ФРГ).
На международной конференции «Архитектура и строительство: наука, образование, технологии, рынок» в честь 100-летия арх.-строит. об¬разования в Сибири и 50ш летия ТГАСУ, секция «Создание высококачест¬венных строительных материалов и изделий, разработка ресурсосбере¬гающих, экологически безопасных технологий в стройиндустрии», 11-12 сентября 2002 г. в г. Томске (ТГАСУ).
На Всероссийской научно-практической конференции 19.10.2001 г. в г. Анжеро-Судженске, проводимой КемГУ.
На 6— международной конференции «Технологии бетона для раз¬вивающихся стран», 21-23 октября 2002 г. в г. Амман (Иордания).
На международной конференции «Recycling and Reuse of Waste Materials» в г. Данди (Великобритания) 3-4 сентября 2003 г.
На Дальневосточном инновационном форуме «Роль науки, новой техники и технологий в экономическом развитии регионов», 23-26 сентября 2003 г., в г. Хабаровске - Комсомольске-на-Амуре (ХГТУ).
На региональной конференции «Перспективы развития технологий переработки вторичных ресурсов в Кузбассе. Экологические, экономиче¬ские и социальные аспекты», 9-11 октября 2003 г. в г. Новокузнецке.
На международном конгрессе «Современные технологии в про¬мышленности строительных материалов и стройиндустрии», проводимом Ассоциацией ученых и специалистов в области строительного материало¬ведения в БГТУ (г. Белгород), май 2003 г.
На 8— международном семинаре «Цемент и строительные материа¬лы», 18-21 ноября 2003 г. (Нью-Дели, Индия).
На региональной научной конференции «Наука и молодежь: Про¬блемы, поиски, решения» в г. Новокузнецке, 24-25 декабря 2003 г.
На научно-практическом семинаре «Проблемы и пути создания композиционных материалов и технологий из вторичных минеральных ре¬сурсов», 2-6 февраля 2004 г. в г. Новокузнецке в рамках выставки-ярмарки «Архитектура и строительство».
На II международной научно-практической конференции «ЭКОЛОГИЯ: ОБРАЗОВАНИЕ, НАУКА, ПРОМЫШЛЕННОСТЬ И ЗДОРОВЬЕ» В апреле 2004 г. в г. Белгороде (БГТУ им. В.Г. Шухова).
На 8Ш международной конференции «Летучая зола, силикатный дым, шлак и природные пуццоланы в бетоне», 23-29 мая 2004 г. в г. Лас- Вегас (США).
На международной научно-практической конференции «Наукоем¬кие технологии разработки и использования минеральных ресурсов» в рамках международной выставки-ярмарки «УГОЛЬ РОССИИ И МАЙнинГ», 8- 11 июня 2004 г. в г. Новокузнецке.
На 3— международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр», 12-17 сен¬тября 2004 г. в г. Бишкеке .
На международной конференции «СТРАТЕГИЯ РАЗВИТИЯ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОГО КОМПЛЕКСА В XXI ВЕКЕ», 11-15 октября 2004 Г. В Г. Москве.
На защиту выносятся
- теоретические положения о повышении эффективности жаро¬стойких бетонов и масс с высокими эксплутационными свойствами ис¬ключительно из вторичных минеральных ресурсов;
- основные компоненты , обеспечивающие огнестойкость, шлако- и чугунеустойчивость бетонов и масс, определенные с помощью электрон¬ной микроскопии, рентгеноструктурного и дифрактометрического анали¬зов материала;
- обоснование компонентного состава жаростойких материалов , подвергаемых механохимической и термической обработке, для получения бетонов с высоким комплексом эксплуатационных свойств;
- зависимости основных физических и механических свойств огне-стойких бетонов от параметров состава и технологических факторов;
- технологии механохимической и термической активации вторич¬ных минеральных ресурсов для получения бетонов с заданными свойства-
- технологии получения жаростойких бетонов и масс исключитель¬но из активированных вторичных минеральных ресурсов;
- результаты опытно- промышленного внедрения наиболее эффек¬тивных разработок.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов, списка использованной литературы из наименований, и приложений. 
Работа изложена на страницах машинописного текста, содержит
14.
W
рисунка и таблицы.

Список літератури

ЛИТЕРАТУРА
Жаростойкие бетоны. Сборник научных трудов НИИЖБ Госстроя СССР, под редакцией К.Д.Некрасова// М.: Стройиздат, 1964. - 292 с. Справочник «Огнеупорные бетоны»// М.: «Металлургия», 1982,- 190 с. Справочник «Огнеупорные изделия, материалы и сырье». Под научной редакцией А.К.Карклита, 4-ое издание, переработанное и дополненное.// М.: «Металлургия», 1991. - 416 с.
Технологические инструкции ТИ 202-10-86 — ТИ 202-16-86
«Производство бетонных, безобжиговых, теплоизоляционных изделий и кварцитовых молотых материалов// Первоуральск. 1987. - 82 с. Действующие СНиП, ГОСТы и ТУ на исходные материалы и выпускаемую продукцию, а также на правила безопасности. Руководство по эксплуатации конструкций производственных зданий промышленных предприятий// М.: изд. ОАО «ЦНИИПромзданий», 1995 г.
I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 3
II. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ 4
III. ПРИГОТОВЛЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ 6
IV. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К РЕКОМЕНДУЕМЫМ КОМПОЗИЦИОННЫМ
ЖАРОСТОЙКИМ БЕТОНАМ И МАССАМ 12
V. КОНТРОЛЬКАЧЕСТВА 13
VI. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ 14
ЛИТЕРАТУРА 15