Перспективи використання золоматеріалів у виробництві конструкційно-теплоізоляційної кераміки

Abstract

В роботі методом кінцевих елементів досліджений напружено-деформований стан 3D моделей структур з різними типами пор, що імітують поризовану конструкційно-теплоізоляційну стінову кераміку. Встановлено, що на відміну від структур з еліпсоїдними і глобулярними порами структура зі сферичними порами є найбільш міцною. Досліджено відходи теплогенеруючих підприємств (золосфери, золошлак і продукти його переробки) як пороутворюючі компоненти для отримання поризованої кераміки. Досліджений хімічний склад золовідходів, визначено, що вони є алюмосилікатними залізовмісними матеріалами, які класифікуються як низькокальцієві, низькосульфатні, надкислі відходи з температурами ліквідусу в межах 1150–1700 °С, що змінюються залежно від співвідношення Al₂O₃:Fe₂O₃:SiO₂. На основі легкотопкого Суглинку і золовідходів (10–30%) за температури випалу 970 °С одержані пористі керамічні матеріали, для яких вивчено їх макроструктурні показники і властивості. Показано, що для одержання теплоефективної кераміки перспективним є використання золосфер, що надають матеріалам високу пористість (загальна 54,2%, закрита 31%) при недостатньому рівні механічної міцності. Така міцність зумовлена слабкою взаємодією тугоплавкої золосфери, яка містить кварц і муліт, із суглинком в процесі випалу, що перешкоджає утворенню міцного контакту між сферою і керамічною матрицею. Золошлак та продукти його перероблення можуть бути утилізовані в технології стінової кераміки, яка за теплотехнічними характеристиками (густина, теплопровідність) відноситься до малоефективної.

In this work, we studied the stress-strain state of 3D models of structures with different types of pores imitating porous construction heat-insulating wall ceramics by means of the finite element method. It was found that a structure with spherical pores is more durable than the structures with ellipsoidal and globular pores. The wastes of heat-generating facilities (ash sphere, ash and slag and products of its processing) were investigated as prospective pore-forming components for the production of porous ceramics. The chemical composition of the ash was studied and it was determined that they belong to aluminosilicate iron-containing materials, which are classified as low-calcium, low-sulfate and ultra-acidic wastes with liquidus temperatures lying in the range of 1150 to 1700 °С, which varies depending on the ratio Al₂O₃:Fe₂O₃:SiO₂. Based on low-melting loam and ash waste (10–30%) at a firing temperature of 970 °С, porous ceramic materials were prepared and its macrostructural characteristics and properties were studied. It was shown that the use of ash spheres is promising to obtain heat-efficient heat-insulating ceramics. Ash spheres provide materials with high porosity (total 54.2% and closed 31%) at a low level of mechanical strength. This strength is due to the weak interaction of the refractory ash sphere that contains silica and mullite with loam during the firing process, which prevents the formation of strong contact between the sphere and the ceramic matrix. Ash and slag products of its processing can be utilized in the technology of wall ceramics, which is commonly regarded as ineffective with respect to its thermal characteristics (density, thermal conductivity).