Ресурсо- та енергоощадна технологія клінкерних керамічних матеріалів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеню кандидата технічних наук за спеціальністю 05.17.11 – технологія тугоплавких неметалевих силікатних матері-алів. – Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут", Харків, 2020. Дисертацію присвячено розробці ресурсо- та енергосберігаючої технології клінкерних керамічних виробів на основі некондиційних полімінеральних глин. Встановлено доцільність використання у виробництві клінкерної цегли багатотоннажних промислових відходів. Розроблено принципи проектування мас на основі низькосортних глин при використанні промислових відходів в ролі інтенсифікаторів спікання та фазоутворення. Визначено фізико-хімічні закономірності кольоро- та фазоутворення керамічного клінкеру з урахуванням складу атмосфери випалу. Розроблено сировинні композиції для отримання основної кольорової гами к клінкерної цегли. За рахунок комплексної реалізації резервів енергоощадження на основних етапах виробництва розроблено рецептури і технологічні параметри, що дозволя-ють виготовляти стіновий та дорожній керамічний клінкер з використанням напівжорсткої екструзії напівфабрикату при зниженій на 50–100 °С температурі випа-лу. Розроблено енергоощадну технологію виробництва клінкерної цегли при використанні як основної сировини (95 мас. %) відходів вуглевидобування.Thesis for a Candidate Degree in Engineering, specialty 05.17.11 – technology of refractory non-metallic silicate materials. - National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute", Kharkov, 2020. The dissertation is devoted to development of resource - and energy saving tech-nology of production of clinker ceramics products on the basis of low - grade polymineral clay and technogenic raw materials. Presently, the reserves of suitable clay raw materials (plastic kaolinite-hydromica clays) are almost depleted, which requires finding new ways of expanding the raw material base of clinker brick production. It is shown that high resource and energy intensity of domestic production of clinker brick adversely affect the stability of the enterprises and the competitiveness of products in the for-eign market. It has been determined that the improvement of the technology should take place in the direction of reducing the energy consumption for forming, drying and firing of products, as well as expanding the raw material base of production by using low-grade raw materials and multi-tonnage industrial waste. The efficiency of using in production of a wide range of technogenic materials (waste of ferrotitanium production, extraction and enrichment of mineral raw materials, mechanical processing of natural stone) at using as base raw material of flue and fusible clays with a narrow interval of the sintered state is established. Principles of designing of masses on the basis of low-grade clays with use of technogenic raw materials in the role of sinter intensifiers and phase formation of clink-er ceramic materials are developed. The expediency of using coal wastes to produce clinker products at 1050 °C was proved. The technological parameters of production of road clinker brick are used when using coal shale as the main raw material (95 wt.%). The physicochemical regularities of the color formation of the ceramic clinker were determined and the relationship of the color of the clinker ceramics with its chemi-cal and phase composition was established. The limits of ratios variation of phase-forming oxides (Fe₂O₃+Mn₂O₃)/(FeO+Mn₃O₄), Fe₂O₃/(Al₂O₃+CaO), TiO₂/(Al₂O₃+CaO) have been established, the storage of which provides the products of brown, terracotta, beige and yellow colour of clinker ceramics. The nature of the color shades of the products on the composition of the firing atmosphere was determined. It is shown that the brown color of clinker is due to the presence of Hematite ɑ-Fe₂O₃, Magnetite Fe²⁺Fe³⁺₂O₄, Brovnite Mn²⁺ Mn³⁺₆(SO₄)O₈ and Gaussmanite Mn²⁺Mn³⁺₂O₄ phases. Terracotta staining is provided by Hematite ɑ-Fe₂O₃, Magnetite Fe²⁺Fe³⁺₂O₄ and Heden-bergite CaFeSi₂O₆ phases. Shades of yellow and beige are due to the presence of Rutile TiO2 and a limited content of Hematite ɑ-Fe₂O₃. The obtained information allows to obtain the desired color of clinker ceramic products due to the directional formation of crystalline phases, which determine the color of ceramics depending on the oxidation-reducing conditions of firing products. Raw compositions have been developed to obtain the main color gamut of ceramic clinker. Due to the complex implementation of energy reserves at the main stages of production, recipe-technological parameters have been developed that allow for the production of wall and road ceramic clinker using semi-rigid extrusion of the semi-finished product at a firing temperature reduced by 50-100 ° C.