Технология и особенности производства крупноформатных керамических камней на основе опоковидных пород

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.

1. Салахов А.М. Керамика для строителей и архитекторов. Казань: Парадигма; 2009. 296 с.

2. Божко Ю.А., Котляр В.Д., Рогочая М.В. Сравнительная эффективность применения в строительстве стеновых изделий плотностью менее 800 кг/м3. Инженерно-строительный вестник Прикаспия. 2015;(4):46–51. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/sravnitelnaya-effektivnost-primeneniya-v-stroitelstve-stenovyh-izdeliy-plotnostyu-menee800-kg-m3 (дата обращения: 01.07.2023).

3. Рубцов О.И., Боброва Е.Ю., Жуков А.Д., Зиновьева Е.А. Керамический кирпич, камни и полнокирпичные стены. Строительные материалы. 2019;(9):8–13. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-774-9-8-13

4. Анализ рынка керамического поризованного камня (кирпича, блоков) в России: Аналитический отчет DISCOVERY RESEARCH GROUP. Москва: Агентство маркетинговых исследований Discovery research group. 2022. 44 с.

5. Трушин Г. Дом из керамоблоков: плюсы и минусы строительства. Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. 2023;3:33−35.

6. Малиновская М.И. Оценка эффективности применения строительных материалов для наружных ограждающих стеновых конструкций. Тенденции развития науки и образования. 2022;(92-15):53−55. https://doi.org/10.18411/trnio-12-2022-692

7. Семенов А.А. Итоги развития российского рынка стеновых материалов в 2021 г. Строительные материалы. 2022;(3):44–45. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-800-3-44-45

8. Котляр В.Д., Терехина Ю.В. Минералого-химические и структурные особенности опоковидных опалкристобалитовых пород как сырья для стройиндустрии. Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023;334(1):145−155. https://doi.org/10.18799/24131830/2023/1/3852

9. Котляр В.Д., Терехина Ю.В. Классификационные признаки и особенности опал-кристобалитовых опоковидных пород как сырья для стеновой керамики. Строительные материалы. 2022;(4):25–30. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2022-801-4-25-30

10. Талпа Б.В. Перспективы развития минерально-сырьевой базы для производства светложгущейся стеновой керамики на Юге России. Строительные материалы. 2014;(4):20–23. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-razvitiya-mineralno-syrievoy-bazy-dlya-proizvodstva-svetlozhguscheysya-stenovoy-keramiki-nayuge-rossii (дата обращения: 05.07.2023).

11. Aïtcin P.C. Supplementary Cementitious Materials and Blended Cements. Science and Technology of Concrete Admixtures. 2016:53–73. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-100693-1.00004-7

12. Fröhlich F. The Opal-CT Nanostructure. Journal of Non-Crystalline Solids. 2020;533:119938. https://doi.org/10.1016/j.jnoncrysol.2020.119938

13. Fomina O.A., Stoboushkin A.Y. Modeling of the Transition Layer in Ceramic Matrix Composites from Coal Wastes and Clay. Solid State Phenomena. 2020;299:37–42. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.299.37

14. Gaishun E., Yavruyan K., Kotlyar V., Lotoshnikova E. Raw Materials in East Donbass Based on Waste Piles Processing Screenings for the Large-sized Ceramic Stones’ Production. Materials Science Forum. 2020;1011:116–122. https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/MSF.1011.116

15. Пастушков П.П., Павленко Н.В., Смирнов С.И. Исследования влияния различных факторов на теплопроводность крупноформатных керамических камней. Строительные материалы. 2023;(5):53–57. https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-813-5-53-57