Котляр Владимир Дмитриевич, заведующий кафедрой «Строительные материалы», доктор технических наук, профессор
ResearcherID: AAG-9437-2021
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Vladimir D. Kotlyar, Dr.Sci. (Engineering), Professor, Head of the Building Materials Department
ResearcherID: AAG-9437-2021
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Терёхина Юлия Викторовна, старший преподаватель кафедры «Строительные материалы», ResearcherID: AAG9447-2021,
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Yuliya V. Terеkhina, Senior Lecturer of the Building Materials Department
ResearcherID: AAG-9447-2021,
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Лапунова Кира Алексеевна, доцент кафедры «Строительные материалы», кандидат технических наук, доцент
344003, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1
Kira A. Lapunova, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor of the Building Materials Department
1, Gagarin Sq., Rostov-on-Don, 344003
Введение. Одной из актуальных задач промышленности стеновой керамики в настоящее время является производство крупноформатных керамических камней с прочностью при сжатии 10–15 МПа и теплопроводностью менее 0,12 Вт/(м·оС), при этом рыночная стоимость за 1 м3 должна быть конкурентоспособной по отношению к газобетонным блокам и находиться в пределах 5–6 тысяч рублей за 1 м3. Решить эту задачу возможно за счет разработки современной энергоэффективной технологии производства и использования в качестве основного сырья опоковидных пород и отходов углеобогащения в качестве топлива и выгорающей добавки.
Материалы и методы. Для исследований использовались опоковидные породы — опоки месторождений юга России — Нагольновское, Баканское, Шахтинское, Авило-Федоровское, угольный кек производства ООО «Пирамида». Изучение химического и минерального состава проводилось стандартными методами на подготовленных образцах. Изучение керамических и технологических свойств (пластичность, формовочная влажность, степень измельчения, воздушная и огневая усадки, прочность при сжатии, водопоглощение) сырья проводилось по общепринятым методикам на предварительно измельченных до определенного зернового состава пробах, так как опоки, в зависимости от вида, не размокают или медленно размокают в воде.
Результаты исследования. Подтверждены дообжиговые технологические свойства опок и их отличия от традиционного размокаемого в воде глинистого сырья: повышенная формовочная влажность, небольшая воздушная усадка, малая чувствительность к сушке. Установлены зависимости плотности и прочности образцов от степени измельчения опок, температуры обжига и количества угольного кека в составе сырьевой смеси. Определено влияние отходов углеобогащения и их оптимальное количество на физико-механические свойства обожженных образцов. Ввод угольного кека позволяет исключить использование газа для обжига или минимизировать его ввод. На основе полученных результатов разработана упрощенная технологическая схема производства крупноформатных камней с минимальной себестоимостью.
Обсуждение и заключение. Предлагаемая технологическая схема состоит из двух единиц основного массоподготовительного оборудования, формование изделий осуществляется способом полужесткой экструзии, сушка изделий производится непосредственно на обжиговых вагонетках, а для обжига используется угольный кек, который вводится в состав сырьевой смеси. Указанные факторы и технологические приемы позволяют получать изделия с низкой теплопроводностью, но с прочностью в 3–5 раз выше, чем у газобетонных блоков аналогичной плотности. Себестоимость керамических камней составит 3–3,5 тысячи рублей за 1 м3 изделий. Ростовская область, обладающая запасами опоковидных пород и невостребованными запасами техногенного угольного сырья, может стать центром производства крупноформатных керамических камней с низкой стоимостью и обеспечить юг и центральную часть страны высококачественными стеновыми материалами.
Introduction. At present one of the pressing issues of the wall ceramics production is manufacturing the large-sized ceramic stones with compressive strength of 10–15 MPa, thermal conductivity less than 0.12 W/(m ·°C) and market price of 5000–6000 rubbles per 1 m3, which would be able to compete with the foam concrete blocks. This task can be solved by developing a modern energy-efficient technology of production and using the opoka rocks as the main raw material and the by-products of coal benefication as the fuel-burning additive.
Materials and Methods. The opoka rocks of the southern Russia deposits Nagolnovskoye, Bakanskoye, Shakhtinskoye, Avilo-Fyodorovskoye and the coal slurry produced at the Pyramida LLC were used for the research. The study of the chemical and mineral composition was carried out on the prepared specimens using the standard methods. The study of the ceramic and technological properties of raw material (plasticity, molding water content, degree of fineness, air and firing shrinkage, compressive strength, water absorption) was carried out according to the common methodology, using the test specimens preground to a certain grain-size composition. This was required because, depending on the opoka type, it might not swell or swell slowly on wetting.
Results. Pre-firing technological properties of the opoka rocks and their differences from the traditional, swelling on wetting, clay raw materials were confirmed: increased molding water content, small air shrinkage, low sensitivity to drying. The dependence of the specimens’ density and strength on opoka degree of fineness, firing temperature and the amount of coal slurry in the raw-material mixture has been established. The optimal amount and influence of the coal benefication by-products on the physical and mechanical properties of the firing specimens have been determined. Adding the coal slurry has made it possible to exclude or minimize the use of gas for firing. On the basis of the obtained results a simplified process flow chart for the minimal prime cost manufacture of the large-sized stones has been developed.
Discussion and Conclusion. The proposed process flow chart comprises two basic units of mixture preparing equipment, the molding of products is carried out by semi-solid extrusion, the drying of products is carried out directly in kiln cars, whereas the coal slurry added into the raw mixture is used for firing. These factors and technological methods allow getting the products with the low thermal conductivity, but with the strength 3–5 times higher than that of the similar density foam concrete blocks. The ceramic stones prime cost will amount to 3000–3500 rubbles per 1 m3 of products. The deposits of the opoka rocks and stock of the unused technogenic coal raw material available in Rostov region can make it a centre of the low cost large-sized ceramic stones manufacture and ensure supply of the high-quality wall materials to the southern and central parts of the country.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.