Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА НА ОСНОВЕ МАЛОПЛАСТИЧНОЙ ГЛИНЫ С ДОБАВЛЕНИЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ШЛАМА

Сухарникова М.А. 1 Пикалов Е.С. 1
1 ФГБОУ ВПО «Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»
Приведены результаты экспериментальных исследований физико-механических свойств керамического кирпича на основе разработанного состава, включающего малопластичную глину Суворотского месторождения Владимирской области и гальванический шлам местного предприятия ОАО «Завод «Автоприбор» (г. Владимир). Учитывались следующие свойства материала, определенные по стандартным методикам: плотность, прочность на сжатие, пористость и водопоглощение. Дополнительно приведены результаты оценки токсичности материала при помощи методики определения смертности дафний Daphnia magna Straus под действием токсических веществ, присутствующих в водной вытяжке из исследуемых керамических образцов. Из-за резкого снижения прочностных характеристик и высокой токсичности полученного материала в состав шихты была дополнительно введена борная кислота. В результате были получены прочностные характеристики, превышающие показатели для образцов, полученных без введения гальванического шлама, а токсичность снижена до удовлетворительного уровня. Таким образом, разработанный состав на основе применяемых глины и гальванического шлама в установленных количествах с добавлением борной кислоты в качестве модификатора возможно ввести в производство экологически безопасного керамического кирпича высокого качества.
керамический кирпич
гальванический шлам
прочность на сжатие
экологическая безопасность
1. Абдрахимов В.З., Колпаков А.В. Инновационные направления использования кальцийсодержащего нанотехногенного сырья: осадок отхода сточных вод, отхода пыли-уноса асфальтобетонных заводов, шлама от водоочистки воды и гальванического шлама в производстве кирпича // Известия высших учебных заведений. Строительство. – 2013. № 8(656). – С. 41–46.
2. Марьин В.К., Кузнецов Ю.С., Новокрещенова С.Ю. Опыт утилизации промышленных отходов в Пензенской области // Экология и промышленность России. – 2005. – № 5. – С. 28–33.
3. Методика определения токсичности воды и водных вытяжек из почв, осадков сточных вод, отходов по смертности и изменению плодовитости дафний. Федеральный реестр ФР.1.39.2007.03222. – URL: http://www.koshcheev.ru/wp-content/uploads/2012/07/Petrik-FR-1-39-2007-03222.pdf (дата обращения 03.10.2015).
4. О состоянии окружающей среды и здоровья населения Владимирской области в 2014 году: ежегодный доклад, выпуск 22. – Владимир: Издательство ООО «Транзит-ИКС», 2015. – 49 с.
5. Отраслевой обзор «Российский рынок стройматериалов». Москва: Департамент консалтинга группы ИНЭК. – 2004. URL: http://inec.ru/documents/stroymaterial-rus.pdf (дата обращения: 03.10.2015).
6. Патент РФ № 2000132870/03, 26.12.2000.
7. Кузнецов Ю.С., Баранова Е.В., Камшилов В.Г., Калашников В.И., Гущин В.А. Керамическая масса для изготовления изделий стеновой керамики// Патент России № 2200721.2003. Бюл. № 33.
8. Селиванов О.Г., Михайлов В.А. Комплексная экологическая оценка полимерного покрытия, содержащего отходы гальванического производства // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6; URL: http: //www.science-education.ru/120-16534 (дата обращения 03.10.2015).
9. Селиванов О.Г. Оценка экологической опасности полимерных строительных покрытий, наполненных гальваническим шламом / О.Г. Селиванов, В.Ю. Чухланов, Н.В.  Селиванова, В.А. Михайлов, О.В. Савельев // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. – 2013. – Т. 15, № 3(6). – С. 1956–1960.
10. Христофоров А.И., Христофорова И.А., Пикалов Е.С., Кутровская С.В. Влияние структуры керамики на прочностные характеристики керамического кирпича // Строительство и реконструкция – 2011. – № 4. – С. 62–67.
11. Христофоров А.И., Христофорова И.А., Пикалов Е.С. Улучшение керамических свойств модифицированной стеновой керамики кирпича // Строительство и реконструкция. – 2011. – № 5. – С. 99–103.

По объемам выпуска производство строительных материалов входит в число ведущих отраслей промышленности России и отличается высокой потребностью продукции на рынке. Промышленность строительных материалов определяет эффективность развития строительного комплекса, который обеспечивает рост всех отраслей экономики любого региона за счет строительства промышленных объектов, и способствует решению ряда социальных задач, таких как обновление жилищных фондов и определение цен на жилье [5].

Одним из основных стеновых строительных материалов является керамический кирпич, несмотря на то что в последнее время чаще используются более дешевые, но менее долговечные и экологически безопасные материалы [5]. В связи с этим необходима разработка технологий, позволяющих получить керамический кирпич высокого качества и низкой себестоимости.

При этом следует учитывать, что строительный кирпич в России в основном производится на предприятиях сравнительно небольшой производственной мощности, работающих на местном сырье. Поэтому актуальным будет рассмотрение возможности получения керамического кирпича из местного сырья низкого качества, а также вторичного сырья, что одновременно решает проблему утилизации промышленных отходов региона.

Цель исследования

Целью данной работы являлась оценка возможности производства керамического кирпича на основе малопластичной глины Владимирской области с добавлением гальванического шлама, утилизация которого для рассматриваемого региона является одной из наиболее важных проблем [4].

Для этого необходимо изучить влияние содержания гальванического шлама в составе керамики на основные физико-механические свойства получаемого материала и подобрать состав шихты, обеспечивающий высокое качество изделий. Так как гальванический шлам содержит тяжелые металлы и является вредным для окружающей среды отходом, относящимся к 2–3 классу опасности [8], было необходимо провести исследования, подтверждающие экологическую безопасность получаемого керамического материала.

Материалы и методы исследования

Для проведения исследований была выбрана глина Суворовского месторождения Владимирской области, которая имела следующий состав (масс. %): SiO2 = 67,5; Al2O3 = 10,75; Fe2O3 = 5,85; CaO = 2,8; MgO = 1,7; K2O = 2,4; Na2O = 0,7. Наличие в составе глины оксидов алюминия, кальция и магния свидетельствовало о низкой пластичности глины.

Для введения в состав шихты применялся гальванический шлам предприятия ОАО «Завод «Автоприбор» (г. Владимир), представляющий собой продукт реагентной очистки сточных вод гальванических производств данного предприятия влажностью от 60 до 70 % [7]. В состав шлама входили следующие соединения (масс. %): Zn(OH)2 ≈ 11,3 %; SiO2 ≈ 7,08 %; Ca(OH)2 ≈ 16,52 %; Cr(OH)3 ≈ 9,31 %; (Fe2+)Cr2S4 ≈ 4,17 %; СаСО3 ≈ 40,25 %; CaO ≈ 3,45 %; ZnO ≈ 2,41 %; Cu(OH)2 ≈ 2,38 %; Ni(OH)2 ≈ 2,62 %; Mn(OH)2 ≈ 0,64 %; Pb(OH)2 ≈ 0,14 %. Наличие в составе относительно большого соединений цинка, хрома подтверждает токсичность данного шлама.

Перед проведением исследований указанные материалы высушивались и измельчались, а для приготовления сырьевой смеси отбиралась фракция с размером частиц менее 0,63 мм. Для получения образцов материала применялась технология полусухого прессования [9, 10] при формовочной влажности шихты 8 масс. %, удельном давлении прессования 15 МПа и температуре обжига 1050 °С. Образцы материала изготавливались сериями в виде кубиков со стороной 50 мм. Каждая серия состояла из трех образцов.

Для оценки физико-механических свойств у образцов по стандартным для керамических материалов методикам определялись плотность (ρ, кг/м3), прочность на сжатие (σсж, МПа), пористость (П, %) и водопоглощение (В, %). Токсичность керамики оценивалась при помощи методики определения смертности дафний Daphnia magna Straus под действием токсических веществ, присутствующих в водной вытяжке из исследуемых образцов [3].

Результаты исследования и их обсуждение

Результаты определения физико-механических свойств образцов, полученных после введения в состав шихты различного количества шлама (ГШ), представлены на рис. 1 и 2.

suh1.wmf

Рис. 1. Плотность и прочность на сжатие исследуемых образцов

suh2.wmf

Рис. 2. Пористость и водопоглощение исследуемых образцов

Как следует из данных рис. 1, с увеличением содержания в составе шихты гальванического шлама приводит к уменьшению плотности и прочности получаемого керамического материала. Это связано с тем, что в состав гальванического шлама входят соединения, разлагающиеся при нагреве до высоких температур с образованием газов и водяного пара, что приводит к образованию внутри образца пор и пустот, поэтому пористость и водопоглощение материала увеличиваются, что подтверждается данными рис. 2. При проведении эксперимента на определение токсичности для всех исследуемых составов была зафиксирована гибель более 50 % дафний, что свидетельствует о высокой доли миграции тяжелых металлов.

В связи с этим было принято решение ограничить количество гальванического шлама до 2,5 масс. % и ввести в состав шихты борную кислоту в качестве модифицирующей добавки. Выбор данного компонента основан на сведениях о том, что борная кислота даже в небольшом количестве приводит к образованию стекловидной фазы при обжиге, что повышает плотность и прочность керамики [1, 2], а также затрудняет миграцию тяжелых металлов [6].

Результаты экспериментов, проведенных на составах с различным количеством борной кислоты (БК) при отдельном и совместном с гальваническим шламом введении в шихты, приведены в таблице.

Результаты определения токсичности образцов, полученных на основе указанных в таблице составов, показаны на рис. 3.

Как следует из данных рис. 3, с увеличением содержания борной кислоты (составы 1 и 2) увеличивается токсичность материала, а следовательно, повышение содержания данного компонента нецелесообразно. Введение 2 масс. % борной кислоты в состав шихты совместно с гальваническим шламом (состав 4) позволяет получать керамический материал с удовлетворительной токсичностью.

Выводы

Таким образом, в результате проведенных исследований доказана возможность получения керамического кирпича высокого качества на основе малопластичной глины месторождения Владимирской области с добавлением 2,5 масс. % гальванического шлама предприятия ОАО «Завод «Автоприбор» (г. Владимир) и 2 масс. % борной кислоты. В сравнении с контрольным составом, получаемым только на основе исследуемой глины, разработанный состав позволяет получать материал с повышенной прочностью (от 14,3 до 21,8 МПа). При этом разработанный состав позволяет утилизировать токсичные отходы местного предприятия с получением экологически безопасного строительного материала.

Физико-механические свойства модифицированного керамического кирпича

Состав

Содержание, масс. %

Плотность, кг/м3

Прочность на сжатие, МПа

Пористость, %

Водопоглощение, %

ГШ

БК

1

1

2090,3

21,6

5,9

6,3

2

2

2139

22,1

5,2

5,4

3

2,5

1

2051,6

21,2

8,2

9,7

4

2,5

2

2089,3

21,8

7,7

8,9

5

2,5

1996,9

13,0

9,1

10,1

suh3.wmf

Рис. 3. Оценка токсичности исследуемых составов


Библиографическая ссылка

Сухарникова М.А., Пикалов Е.С. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА НА ОСНОВЕ МАЛОПЛАСТИЧНОЙ ГЛИНЫ С ДОБАВЛЕНИЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ШЛАМА // Успехи современного естествознания. – 2015. – № 10. – С. 44-47;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=35648 (дата обращения: 15.10.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074