Технология и свойства вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита 05. 23. 05 строительные материалы и изделия

УДК 666.91 На правах рукописи

05.23.05 – строительные материалы и изделия

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Республика Казахстан

Алматы, 2010

Работа выполнена в Восточно-Казахстанском государственном техническом университете им. Д. Серикбаева

Научный руководитель: доктор технических наук,

Куатбаев А.К.

Научный консультант: кандидат технических наук, профессор

Родин А.Н.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Садуакасов М.С.

кандидат технических наук

Есельбаева А.Г.

Ведущая организация: Казахский национальный технический университет имени К.И. Сатпаева

Защита состоится « 9 » декабря 2010 г. в 15³⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 14.03.01 в Научно-исследовательском и проектном институте строительных материалов (ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. Радостовца, 152/6, к. 306.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научно-исследовательского и проектного института строительных материалов (ТОО «НИИСТРОМПРОЕКТ») по адресу: 050060, г. Алматы, ул. Радостовца, 152/6,
Автореферат разослан « » ноября 2010 года

Ученый секретарь диссертационного совета, д.т.н.

А. Куатбаев

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В условиях экономического кризиса в производстве строительных материалов предусматривается преимущественное развитие технологий, обеспечивающих снижение стоимости, материалоемкости и трудоемкости строительства, а также улучшение свойств получаемых материалов и изделий. Дефицит вяжущих веществ требует расширения их номенклатуры, в том числе, за счет вовлечения отходов различных промышленных производств.

В Восточном Казахстане, в регионе с неблагоприятной экологической обстановкой, на предприятии АО «Ульбинский металлургический завод» (АО «УМЗ»), ежегодно образуется и утилизируется в отвал около 100000 т сульфаткальциевого отхода плавикового производства, что приводит к отчуждению значительных территорий и способствует отягощению экологической ситуации.

Изучение возможности применения техногенного ангидрита, разработка научно-обоснованной ресурсосберегающей технологии переработки данного отхода и получения на его основе конкурентоспособной строительной продукции, в регионе, лишенном природного гипсового и ангидритового сырья, является актуальным и перспективным.

Актуальность научных исследований по теме диссертационной работы обусловлена также наличием недостаточной информации о механизме твердения ангидритового вяжущего техногенного происхождения, систематизации и управлении факторами, влияющими на его состав и свойства, способах переработки техногенного ангидрита, составах, свойствах и технологических решениях строительных материалов на его основе.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских работ, проводимых Восточно-Казахстанским государственным техническим университетом им. Д. Серикбаева, в том числе, на основании договора №506 от 15.09.2009 г. по бюджету МОН РК по инициативным и рисковым исследованиям по теме «Утилизация гипсосодержащих отходов Восточного Казахстана с целью получения вяжущего и строительных материалов на его основе» в соответствии с Программой развития промышленности строительных материалов на 2005-2014 годы.

Цель диссертационной работы - разработать составы и способы получения вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- разработка и исследование составов и способов получения ангидритового вяжущего на основе техногенного ангидрита;

- исследование физико-технических свойств ангидритового вяжущего на основе техногенного ангидрита;

- разработка составов строительных материалов и изделий на основе техногенного ангидрита и исследование их физико-технических свойств;

- разработка нормативно-технической документации для внедрения в производство ангидритового вяжущего на основе техногенного ангидрита;

- проведение опытно-промышленных испытаний и обоснование технико-экономической эффективности предлагаемых технических решений.

Научная новизна:

- научно и теоретически обоснован и экспериментально доказан процесс переработки техногенного ангидрита в высокопрочное вяжущее за счет проведения механохимической активации в присутствии активизирующего компонента. Обеспечиваются донейтрализация кислот, ускорение процессов гидратации и твердения ангидритового вяжущего, обусловленные взаимодополняющим и взаимоусиливающим действием химической и механической активации;

- выявлен характер влияния дисперсности нейтрализующего агента на полноту реакции нейтрализации техногенного ангидрита, проявляющийся в более полном процессе нейтрализации вследствие интенсификации протекания химических реакций, что позволяет снизить расход нейтрализующего компонента;

- объяснено улучшение вяжущих свойств, а именно ускорение процессов гидратации, твердения и структурообразования техногенного ангидрита под воздействием механохимической активации, которая способствует донейтрализации серной кислоты за счет обнажения новых контактов поверхности для нейтрализации, повышает химическую активность негашеной извести, приводит к повышению растворимости ангидрита, способствует перекристаллизации двуводного гипса;

- научно обоснованы и экспериментально подтверждены оптимальные параметры механохимической активации техногенного ангидрита. Обеспечение достижения уровня рН смеси вяжущего до 10-12 ведет к улучшению физико-технических свойств ангидритового вяжущего: увеличению прочности в 3,5-4 раза, сокращению сроков схватывания до 9-12 раз;

- установлено, что комплексная модификация техногенного ангидрита добавками цемента и отвальной золошлаковой смеси характеризуется уплотнением структуры, повышением прочности и водостойкости ангидритового вяжущего.

- Показана возможность вовлечения в производство строительных материалов вторичного продукта – техногенного ангидрита (отхода плавикового производства), что обеспечит экологическую безопасность окружающей среды рассматриваемого региона и рациональное использование техногенных отходов промышленности в строительстве.

- Получены составы вяжущего на основе техногенного ангидрита. Разработан способ получения ангидритового вяжущего, основанный на процессах его механохимической активации.

- Предложена технология получения ангидритового вяжущего с заданными свойствами. Разработана нормативно-техническая документация для внедрения его в производство (стандарт организации и технологический регламент).

- Получены составы сухих штукатурных смесей и ангидритового кирпича неавтоклавного твердения на основе техногенного ангидрита с высокими строительно-техническими характеристиками, удовлетворяющие требованиям нормативной документации.

- Подтверждена технико-экономическая эффективность переработки техногенного ангидрита в строительные материалы и изделия.

Основные положения диссертационной работы были доложены на IX республиканской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана» (Усть-Каменогорск, 2009); на X республиканской научно-технической конференции студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых «Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана» (Усть-Каменогорск, 2010); на международном экологическом форуме «Экология урбанизированных территорий» (Усть-Каменогорск, 2010); на международной научно-практической конференции «Новости научного прогресса – 2010» (София, 2010).

Основное содержание работы опубликовано в 10 печатных трудах, в том числе в изданиях, рекомендованных Комитетом МОН РК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов, заключения и приложений, содержит 122 страницы машинописного текста, 42 рисунка, 39 таблиц, список использованных источников из 135 наименований.

- результаты получения вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита (отхода плавикового производства). Составы и способ получения ангидритового вяжущего, полученного за счет регулирования структуры и свойств в зависимости от параметров механохимической активации вяжущего. Составы ангидритового вяжущего, характеризующегося повышением водостойкости за счет модифицирования комплексом минеральных добавок. Составы строительных материалов и изделий, полученных на основе техногенного ангидрита (сухих штукатурных смесей и ангидритового кирпича неавтоклавного твердения) с высокими физико-техническими свойствами.

По результатам проведения исследований 5 заявок на изобретения зарегистрированы в РГКП «Национальный институт интеллектуальной собственности» с целью выдачи инновационного патента Республики Казахстан;

- результаты исследования физико-технических свойств вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита (отхода плавикового производства);

- результаты опытно-промышленного внедрения и технико-экономическая оценка предлагаемых технических решений.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
1 Научно-технический анализ в области технологии и применения гипсовых и ангидритовых вяжущих веществ
Наибольшее распространение среди воздушных вяжущих веществ получили гипсовые вяжущие. Изделия на основе гипсовых вяжущих по своим основным характеристикам, а именно, гигиеничности, огнестойкости, биостойкости, обеспечению благоприятного микроклимата помещений, эстетическим и другим качествам, имеют преимущества по сравнению с другими строительными материалами.

Сырьем для производства гипсовых вяжущих служит, в основном, природный гипсовый камень (CaSO₄∙2H₂O), а также природный ангидрит (CaSO₄) и гипсосодержащие породы.

Значительное снижение себестоимости вяжущих веществ, в частности гипсовых вяжущих может быть достигнуто в результате использования в качестве сырья отходов других производств, например химической, металлургической промышленности, что особенно актуально для регионов лишенных залежей природного гипсового сырья. Поэтому дополнительным источником сырья для получения гипсовых и ангидритовых вяжущих могут служить отходы химической, пищевой, энергетической и др. промышленности, такие как фосфогипс, борогипс, титаногипс, фторогипс (фторангидрит), сульфогипс и др.

О возможности переработки сульфаткальциевых отходов отмечается в работах А.В. Волженского, П.Ф. Гордашевского, В.Г. Клименко, В.Ф. Коровякова, А.И. Кукляускаса, Ю.Г. Мещерякова, В.Б. Петропавловской, С.А. Погорелова, А.А. Сагындыкова, Р.Э. Симановской, С.И. Стониса, Ж.Т. Сулейменова, Ю.М. Федорчука, А.В. Ферронской и других ученых.

На разнообразие и нестабильность физико-механических свойств сульфаткальциевых отходов влияют такие факторы, как физико-химические свойства сырьевых материалов, применяемых в основном технологическом процессе (например, плавиковый шпат, апатит и др.); технологический режим основного производства; нарушение технологического регламента основного производства; способы нейтрализации и утилизации попутных продуктов основного производства.

За последние десятилетия проблема утилизации отходов в Казахстане, как и во всем мире, приобретает все большее значение.

Восточный Казахстан относится к региону, не располагающему природным гипсосодержащим сырьем, но с развитой промышленностью, на одном из предприятий которого ежегодно образуется и утилизируется в отвал около 100 тыс. тонн твердого сульфаткальциевого отхода плавикового производства – техногенного ангидрита.

Проведенный научно-технический анализ показал перспективность применения этого вида сульфаткальциевого отхода в странах ближнего и дальнего зарубежья. Однако по-прежнему недостаточно изученными остаются вопросы технологии и эксплуатационных свойств строительных материалов и изделий на его основе.

- кислый техногенный ангидрит (отход плавикового производства) АО «УМЗ», содержание CaSO₄ – (88,5-98,2) %;

- нейтрализатор – известняк Сажаевского месторождения Восточно-Казахстанской области;

- активизатор: негашеная известь (СаО), гашеная известь (Са(ОН)₂), жидкое стекло (Na₂SiO₃), полуводный гипс (CaSO₄·0,5H₂O), двуводный гипс (CaSO₄·2H₂O), химические добавки Na₂SO₄, K₂SO₄ и другие;

- портландцемент ПЦ-400 Д20 АО «Бухтарминская цементная компания»;

- отвальная золошлаковая смесь Усть-Каменогорской ТЭЦ;

- кварц-полевошпатовый песок Зайсанского месторождения, модуль крупности песка – 0,96;

- эфир целлюлозы (метилгидроксиэтилцеллюлоза) – Тилоза МН 60010 Р₄ фирмы Clariant.

Определение химического состава исходных материалов осуществлялось спектральным анализом на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой ICP-MS Agilent 7500cx и химическим анализом по известным методикам.

Для определения фазового состава исходных материалов и новообразований применялся рентгенофазовый и дифференциально-термический анализы. Рентгенофазовый анализ проводился по рентгенограммам, выполненным на рентгеновском дифрактометре X’Pert PRO. Дифференциально-термический анализ выполнен на термоанализаторе «Netzsch». Максимальная температура нагрева проб – 1100 ⁰С.

Структурный анализ продуктов гидратации техногенного ангидрита и других новообразований определялся на растровом электронном микроскопе JSM-6390-LV с системой энерго-дисперсионного микроанализа.

Определение рН водной вытяжки производилось на приборе рН-метр Анион 4100 по стандартной методике и инструкции к прибору.

Удельную поверхность определяли на приборе ПСХ-10а методом газопроницаемости Козени и Кармана согласно инструкции к прибору.

Физико-механические испытания исходных и разработанных материалов проводились по стандартным методикам.

В результате проведения предварительных исследований было установлено влияние дисперсности нейтрализующего реагента и его количества на полноту реакции нейтрализации (рисунок 1). Известняк вводился разной удельной поверхности (S_уд) - от 400 до 800 м²/кг в количестве (10-30) % от массы продукта.

известняка на рН смеси

Из рисунка 1 видно, что оптимальная удельная поверхность известняка находится в пределах 550-600 м²/кг, дальнейшее ее увеличение незначительно повышает уровень рН и приводит к дополнительным энергозатратам, что с экономической точки зрения нерационально.

На основании анализа экспериментальных данных (рисунки 1 и 2), установлено, что оптимальное значение уровня рН процесса нейтрализации природным известняком составляет рН~7-8, до которого наблюдается интенсивный прирост прочностных характеристик. Изменение уровня рН нейтрализованного ангидрита ниже или выше оптимального, ведет к снижению прочностных характеристик либо перерасходу нейтрализующего агента (рисунок 2).

Таким образом, были определены оптимальные параметры процесса нейтрализации кислого техногенного ангидрита: рекомендуемым нейтрализующим агентом является природный известняк Сажаевского месторождения Восточно-Казахстанской области, с удельной поверхностью 550-600 м²/кг в количестве, необходимом для доведения процесса нейтрализации до уровня рН~7-8; процесс нейтрализации следует проводить сухим способом в стержневой мельнице, обеспечивающей отвод паров нейтрализации.

Нашими исследованиями установлено, что проведение механической активации техногенного ангидрита позволяет значительно увеличить прочность материала и несколько сократить сроки схватывания. Это связано с тем, что гранулированная структура отхода тормозит процесс нейтрализации. Тонкое измельчение позволяет разрушить пленку фтористого кальция, покрывающую гранулы отхода и более полно провести процесс нейтрализации, тем самым повысить активность вещества, сократить сроки схватывания.

Исследованиями установлено, что для проведения химической активации, наиболее предпочтительным активизатором твердения, способствующим повышению прочностных характеристик и сокращению сроков схватывания, является негашеная известь (СаО) в количестве (10-20) % (таблица 1).

Введение извести в количестве 5, 10 и 20 % приводит к повышению уровня рН с 7 до 9, 10 и 12 соответственно, и сопровождается повышением прочностных характеристик, что хорошо согласуется с данными проведенных исследований по нейтрализации техногенного ангидрита.

Из приведенных в таблице 2 данных видно, что проведение механической активации техногенного ангидрита позволило значительно повысить прочность материала с 2,7 до 8,1 МПа и с 0,5 до 1,8 МПа соответственно, при сжатии и изгибе, что составляет в среднем, повышение прочностных характеристик в 2,5-3,5 раза. Менее значителен при этом, но все таки присутствует эффект сокращения сроков схватывания – начало с 19-50 до 11-10 ч-мин, конец с 29-10 до 16-15 ч-мин, что составляет в среднем сокращение в 1-1,5 раза. Однако, сроки схватывания, по-прежнему остаются слишком растянутыми.

Таблица 1 – Влияние добавок на прочность образцов и сроки схватывания

Механохимическая активация позволяет оптимальным образом повысить активность вещества, совместив положительные стороны как механической, так и химической активации. Осуществление в комплексе механической и химической активации позволяет усилить действие друг друга, что способствует значительному улучшению физико-технических свойств материала, в частности, сокращению сроков схватывания и повышению прочностных характеристик вяжущего (таблица 2).

С целью определения оптимальной степени измельчения ангидритового вяжущего, то есть его дисперсности было проведено ряд опытов по определению влияния дисперсности вяжущего на его физико-технические свойства.

Установлено, что в диапазоне дисперсности вяжущего с 350 до 550-600 м²/кг, происходит интенсивное улучшение его физико-технических свойств, то есть значительное сокращение сроков схватывания и увеличение прочностных показателей, затем, при дальнейшем измельчении с 550-600 до 850-900 м²/кг наблюдается некоторое сглаживание кривой – незначительное улучшение указанных свойств, и, наконец при увеличении удельной поверхности свыше 900 м²/кг наблюдается отрицательная тенденция, при которой резко повышается водопотребность смеси, увеличиваются сроки схватывания и снижается прочность вяжущего (рисунок 3). В качестве оптимальной была принята удельная поверхность вяжущего, равная 500-600 м²/кг.

(а) (б)

и сроки схватывания (б)

Таким образом, научно и теоретически обоснован и экспериментально доказан процесс переработки техногенного ангидрита в вяжущее за счет проведения механохимической активации (помол с минеральной добавкой активизатором-твердения – негашеной известью), основанной на комплексе физико-химических реакций, происходящих в результате донейтрализации кислот, ускорения процессов гидратации и твердения, обусловленных взаимодополняющим и взаимоусиливающим действием механической и химической активации.

С помощью проведенных рентгенофазового, дифференциально-термического и электронно-микроскопических методов исследований установлено, что ангидритовое вяжущее на основе техногенного ангидрита, нейтрализованного известняком и активизатора твердения – негашеной извести в атмосферных условиях при взаимодействии с водой образует двуводный гипс (рисунок 4). При взаимодействии с водой известь участвует в структурообразовании, играя роль центров кристаллизации и способствуя быстрому выводу из раствора образующегося гипса, что создает условия для растворения новых порций ангидрита, кроме того, частично под воздействием атмосферного воздуха карбонизируется (в поверхностных слоях) с образованием СаСО₃, что приводит к дополнительному упрочнению материала.

С целью определения области применения разработанного ангидритового вяжущего воздушного твердения на основе техногенного ангидрита, были проведены исследования по разработке сухих строительных смесей на его основе.

а – механохимически активированный до гидратации; б – гидратированного в возрасте 28 сут; - СаSO₄; - CaF₂; - СаSO₄·2Н₂О; - СаСО₃; - Са(ОН)₂; - СаО

Уменьшение расхода заполнителя от оптимального приводит к перерасходу вяжущего, а увеличение – к некоторому ухудшению физико-технических свойств. Кроме того, увеличение соотношения вяжущее : заполнитель более, чем 1:2,5 приводит к снижению прочности сцепления с основанием ниже требуемого для штукатурных смесей нормативного уровня, равного 0,35 МПа. Для сухой штукатурной смеси марки ниже М50 можно рекомендовать соотношение вяжущее : заполнитель, равное 1:4.

Применение добавки тилозы МН 60010 Р₄ фирмы Clariant (Германия) в количестве 0,2 % от массы смеси повышает водоудерживающую способность смеси до требуемой нормативной (для штукатурных смесей не менее 95 %). Отмечено положительное влияние добавки на прочность сцепления с основанием. Однако, ввиду того, что добавка тилозы приводит к некоторому повышению водовяжущего отношения, наблюдается снижение прочности раствора.

Результаты исследования составов сухой штукатурной смеси на основе ангидритового вяжущего приведены в таблице 3.

Композиционное ангидритовое вяжущее характеризуется более уплотненной структурой по сравнению с ангидритовым вяжущим воздушного твердения, что объясняется образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, постепенно обволакивающих и скрывающих кристаллы двуводного гипса, уплотняя и упрочняя систему и повышая водостойкость изделия.

С целью определения области применения разработанного вяжущего, следующим этапом в работе были проведены исследования по разработке составов сырьевой смеси, которая может быть использована при изготовлении стеновых материалов, а именно, ангидритового кирпича неавтоклавного твердения способом полусухого прессования.

На основе проведения предварительных исследований, за оптимальное соотношение вяжущее : заполнитель было принято соотношение 1:1, характеризующееся наибольшей прочностью образцов и сравнительно высокой (относительно других соотношений) водостойкостью.

В качестве вяжущего, при этом применяли композиционное ангидритовое вяжущее оптимального состава, а в качестве заполнителя – кварц-полевошпатовый песок, Мк=0,96.

Существенными факторами, определяющими повышение физико-технических свойств прессованного изделия являются, влажность смеси и усилие прессования. Исследованиями показано, что прессование под давлением 10-50 МПа полусухих смесей (W=10-12 %), содержащих композиционное ангидритовое вяжущее и песок дает возможность получать изделия с пределом прочности при сжатии 10-25 МПа (рисунок 5).

Рисунок 5 – Зависимость прочности образцов на сжатие в возрасте 28 сут от усилия прессования и влажности сырьевой смеси

Установлено, что с увеличением усилия прессования с 10 до 50 МПа прочность образцов возрастает, при этом заметный прирост прочности наблюдается при усилии прессования в пределах 10-20 МПа, что соответствует диапазону серийного прессового оборудования для производства таких строительных материалов, как силикатный и керамический кирпич.

При увеличении влажности сырьевой смеси с 6 до 12 %, наблюдается положительная тенденция роста прочности образцов, при этом наибольшие значения прочности изделий можно достичь при влажности сырьевой смеси, равной 10-12 %. При использовании сырьевых смесей с влажностью менее 10 %, отмечались дефекты образцов (наличие трещин, отколов). Увеличение влажности сырьевой смеси более 12 % приводило к значительному выделению воды в процессе прессования, что приведет к усложнению технологического процесса.

Рисунок 6 – Технология производства ангидритового вяжущего на основе техногенного ангидрита

Приемочные испытания показали, что смесь сухая строительная штукатурная согласно СТ РК 1168 соответствует марке по прочности М50. Полученную штукатурную смесь применили для отделочных работ в цехе ТОО «Бергштайн». Раствор обладал хорошей удобоукладываемостью, малой расслаиваемостью. При оштукатуривании поверхности раствор легко затирался, при твердении отсутствовали усадочные трещины. Поверхность имела белую окраску. Применение сухой штукатурной смеси на основе техногенного ангидрита позволит экономить такие дефицитные материалы, как гипс и цемент.

Физико-технические характеристики ангидритового кирпича неавтоклавного твердения размером 250х120х65 мм, полученного при усилии прессования 20 МПа, приведены в таблице 5.
Таблица 5 – Физико-технические характеристики ангидритового кирпича неавтоклавного твердения

Приемочные испытания показали, что ангидритовый кирпич неавтоклавного твердения согласно ГОСТ 379 соответствует марке по прочности М150. Технологический процесс производства ангидритового кирпича неавтоклавного твердения позволяет утилизировать промышленные отходы, упростить технологию изготовления стеновых материалов и снизить энергозатраты.

Экономический эффект от внедрения результатов исследований составляет для сухих штукатурных смесей при выпуске 50 тыс.т в год – 115,1 млн. тенге, для ангидритового кирпича неавтоклавного твердения при выпуске 20 млн. шт. в год – 92 млн. тенге (уровень цен конца 2009 г.).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность получения вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита, характеризующихся высоким уровнем физико-технических и эксплуатационных свойств. Разработаны составы и технологические параметры производства вяжущего и изделий на основе техногенного ангидрита (отхода плавикового производства).

2. Разработан способ получения ангидритового вяжущего на основе техногенного ангидрита, заключающийся в нейтрализации отхода известьсодержащим компонентом с последующим проведением механохимической активации до значения рН=10-12 и удельной поверхности 500-600 м²/кг, при которой происходит донейтрализация отхода производства и повышение его активности за счет проведения химической активации негашеной известью и последующего измельчения. При этом вяжущее содержит техногенный ангидрит – отход плавикового производства, нейтрализованный известняком до рН 7-8 и негашеную известь.

3. С помощью рентгенофазового, дифференциально-термического и электронно-микроскопических методов установлено, что цементирующие новообразования в затвердевшей системе техногенный ангидрит – негашеная известь представлены в основном двуводным гипсом, кальцитом и безводным ангидритом.

4. Показана возможность улучшения физико-механических свойств вяжущего за счет модифицирования его комплексом добавок: цементом и золой, способствующих повышению водостойкости вяжущего и расширению области его применения. Установлено, что уплотнение и упрочнение структуры вяжущего в системе техногенный ангидрит – цемент – золошлаковая смесь обеспечивается образованием низкоосновных гидросиликатов кальция, постепенно обволакивающих и скрывающих кристаллы двуводного гипса, повышая тем самым водостойкость изделия.

5. Испытания образцов изделий на основе техногенного ангидрита показали их соответствие требованиям нормативной документации и возможность использования его для производства сухих штукатурных смесей марок по прочности М25-М50, ангидритового кирпича неавтоклавного твердения марок по прочности М100-М150.

Разработанные сухие штукатурные смеси по сравнению с гипсовыми смесями характеризуются значительным снижением стоимости за счет уменьшения количества дорогостоящих компонентов смеси и использования отходов производства при сохранении высокого уровня эксплуатационных свойств. Себестоимость ангидритового кирпича ниже силикатного кирпича, так как вовлечены отходы производства, исключена автоклавная обработка либо пропаривание, то есть, снижены энергозатраты.

6. На основе проведения лабораторных исследований и опытно-промышленных испытаний подтверждена технико-экономическая эффективность использования техногенного ангидрита (отхода плавикового производства) для производства вяжущего и изделий на его основе.

7. Разработан стандарт организации, устанавливающий требования к ангидритовому вяжущего воздушного твердения и технологический регламент его производства.

8. Экономический эффект от использования техногенного ангидрита для сухих штукатурных смесей при выпуске 50 тыс.т в год составляет 115,1 млн. тенге, для ангидритового кирпича неавтоклавного твердения при выпуске 20 млн. шт. в год – 92 млн. тенге.

9. Поданы 5 заявок о выдаче инновационного патента РК на изобретение (№2010/0193.1, №2010/0715.1, №2010/0718.1, №2010/0973.1, №2010/0974.1) на разработанные составы и способ получения вяжущего, а также на составы строительных материалов на основе техногенного ангидрита.

1. 
   Юсупова Ш.Т., Галкина Д.К., Родин А.Н. Проблемы и перспективы производства и применения гипсовых вяжущих в регионе Восточного Казахстана //Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана: материалы IХ Респ. научно-техн. конф. студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. – Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2009. – С. 298-300.
   
2. 
   Галкина Д.К., Родин А.Н., Хайруллина А.А. Способ утилизации отхода производства плавиковой кислоты с целью получения вяжущего // Вестник НИИстромпроекта. – 2009. - №3-4 (19). – С. 102-107.
   
3. 
   Юсупов А.Н., Хайруллина А.А., Родин А.Н., Галкина Д.К. Основные направления использования отходов металлургической промышленности Восточного Казахстана //Поиск. – 2010. - №1 (1). – С. 282-284.
   
4. 
   Галкина Д.К., Родин А.Н., Хайруллина А.А. Разработка вяжущего повышенной водостойкости из отходов производства фтористого водорода // Вестник ВКГТУ им. Д. Серикбаева. – 2010. - №2 (48). – С.154-159.
   
5. 
   Заздравных Н.А., Галкина Д.К., Хайруллина А.А., Родин А.Н. Исследование возможности использования отходов промышленности ВКО в производстве стеновых изделий //Творчество молодых – инновационному развитию Казахстана: материалы Х Респ. научно-техн. конф. студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. – Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2010. – С. 82-83.
   
6. 
   Хайруллина А.А., Галкина Д.К. Техногенные отходы в конструкционных материалах // Экология урбанизированных территорий: материалы II Экологического форума – Усть-Каменогорск: ВКГТУ, 2010. – С. 260-264.
   
7. 
   Галкина Д.К. Разработка способа получения ангидритового вяжущего из отходов производства плавиковой кислоты // Вестник ВКГТУ им. Д. Серикбаева. – 2010. - №3 (49). – С. 136-142.
   
8. 
   Галкина Д.К., Куатбаев А.К. Разработка составов сухих строительных смесей с использованием техногенного ангидрита // Вестник ВКГТУ им. Д. Серикбаева. – 2010. - №3 (49). – С. 142-147.
   
9. 
   Куатбаев А.К., Галкина Д.К. Разработка составов ангидритового кирпича неавтоклавного твердения с применением техногенного ангидрита //Вестник НИИстромпроекта. – 2010. - №5 (23). – С.60-65.
   
10. 
    Galkina D.K. Anhydrite binder on the basis of technogenic anhydrite // Новини на научния прогрес – 2010: материалы Междунар. научно-практ. конф. – София, 2010. – С.47-48.
    

Техногенді ангидриттің негізінде бұйымдар мен байланыстырғыштың өндірісінің технологиялық параметрлері және құрамдары жасалған (балқыту өндірісінің қалдықтары). Техногенді ангидриттің негізінде ангидритті байланыстырғышты алу әдістері жасалған, әктас қоспалары бар қалдықтарды бейтараптандыруда механохимиялық активациясын рН=10-12 белгісіне дейін жеткізуге және меншікті бетке 500-600 м²/кг болғанда өндіріс қалдықтарының қалғаны бейтараптандырылады да сөндірілмеген әктастың химиялық жылдамдығы және ұсақтылығы оның белсенділігін арттырады. Осы байланыстырғыш техногенді ангидрит балқыту өндірісінің қалдықтары, рН 7-8 бейтараптандырылған әктастан және сөндірілмеген әктастан тұрады. Беріктігі М25-М50 болып жасалған құрғақ сылақ қоспалары және қатаюы автоклавты емес ангидритті кірпіштің беріктігі М100-М150 нормативті құжаттардың талабына сәйкес.

Ауалық ангидритті байланыстырғышқа қойылатын талаптар және оның өндірісінің технологиялық регламенті нормативті-техникалық құжат – мекеме стандарты жасалды.

Байланыстырғышты алу жолдары мен құрамы, жәнеде техногенді ангидрит негізінде құрылыс материалдарының құрамына өнертабысқа ҚР инновациялық патентін алуға 5 тапсырыс берілді (№2010/0193.1, №2010/0715.1, №2010/0718.1, №2010/0973.1, №2010/0974.1).

Өнімнің негізгі сипаттары –

Құрғақ сылақ қоспалары оңай жататын және аз ыдырайтын болады. Сылағанда тез еніп, көрнекті отыру сызаттары болмайды. Беті ақ түсті болады. Құрғақ сылақ қоспаларының негізгі сипаттамалары: суғашыдамдық қасиеті 95-97 %, қысудағы беріктік шегі – 2,7-7,4 МПа, механикалық үзілудегі адзегиондық беріктігі – 0,4 МПа, орташа тығыздығы – 1800 кг/м³, беріктік маркасы – М25-М50 болады.

Қатаюы автоклавты емес ангидритті кірпіштің беріктік маркасы М100-М150, суыққатөзімділік маркасы – F15, суөткізгіштігі – 8-10 %, орташа тығыздығы 1900-2100 кг/м³, жұмсару коэффициентті – 0,75-0,77. Кірпіштің түзу және майда қырлары, анық қабырғалары болды.

Енгізу деңгейі – техногенді ангидрит негізінде тәжірибелік үлгідегі байланыстырғыштар, атап айтқанда, құрылыс материалдарының негізінде жүргізілген сынауда композиционды ангидриттік байланыстырғыштың жоғары суғашыдамдылығының ұтымды құрамы және әуеде қатаятын ангидритті байланыстырғыштары қолдынылды.

«Бергштайн» ЖШС-нің өндірістік базасында беріктігі М50 құрғақ сылақ қоспаларының және беріктігі М150 қатаюы автоклавты емес ангидритті кірпішінің тәжірибелік үлгідегі шығарылымы және қабылдауы өткізілді.

Экономикалық тиімділігі – құрғақ сылақ қоспаларының экономикалық жағдайы жылына 50 мың т шығарғанда 115,1 млн. теңгені, ал қатаюы автоклавты емес ангидритті кірпішін жылына 20 млн. дана шығарғанда, онда 92 млн. теңгені құрайды. Және де осымен қатар экологиялық мәселелер шешіледі.

Техногенді ангидритті зерттеудің онан арғы дамуы, қалау қоспаларының құрамына қосуға қолдану мүмкіншіліктерін зертеуді жалғастыру жорамалданады, сонда көп тонналанған қалдықтарды пайдалану көлемін ұлғайтуға мүмкіндік болады.

The compositions and technological parameters of the production of binder and products on the basis of technogenic anhydrite (waste of melting production) were developed. The way of getting anhydrite binder on the basis of technogenic anhydrite was developed which means the neutralization of the waste by the composition with lime then following realization of mechanic chemical activation till the significance pH=10-12 and specific surface 500-600 m²/kg due to it the neutralization happens again and its activity is increased by the realization of chemical activation of quicklime and following grinding to a powder. Besides the binder contains technogenic anhydrite, waste of melting production, which is neutralized by limestone till pH 7-8 and quicklime. Developed dry plaster of marks specified by the strength M25-M50 and anhydrite bricks of non-autoclaved hardening of marks specified by the strength M 100-M150 correspond to the normative documents.

The normative technical documentation, as the standard of the organization was worked out which establishes demands to anhydrite binder of air hardening and technological time limit of its production.

Five applications about receiving the innovative patent of the Republic of Kazakhstan for invention (№2010/0193.1, №2010/0715.1, №2010/0718.1, №2010/0973.1, №2010/0974.1) for the developed compositions and the way of getting binder as well as for properties of constructional materials on the basis of technogenic anhydrite were filed.

The main characteristics of the product -

Dry plaster has characteristics as it is convenient to put and it can laminate but only a little. It is easy to trap while plastering the surface and it doesn’t form any visible rifts. The surface is white. The main characteristics of dry plaster are: water keeping 95-97 %, the limit of the strength under compression 2,7-7,4 MPa, adhesion strength under mechanical separation 0,4 MPa, average hardness – 1800 kg/m³, marks specified by the strength M25-M50.

Anhydrite bricks of non-autoclaved hardening have marks specified by the strength M100-M150, mark with the frost resistance F15, water demand 8-10 %, average hardness 1900-2100 kg/m³, softening factor 0,75-0,77. The bricks had straight and smooth brinks and clear edges.

The inculcation of the results - tested consignment of binder on the basis of technogenic anhydrite and exactly anhydrite binder of air hardening and compositional anhydrite binder of higher water resistance of optimal compositions were used during test industrial trial of the constructional materials on its basis.

In the industrial base „Bergshtain“ the output and acceptance of the tested consignment of dry plaster of mark with the strength M50 and anhydrite bricks of non-autoclaved hardening of mark specified by the strength M150 were made.

The further development or the research of using technogenic anhydrite is supposed to continue in the sphere of studying possibilities to use it as an ingredient in the laying mixtures and it will let us increase the volumes of utilization of tonnage waste.

Подписано к печати «3 » ноября 2010 г.

Формат 60х84/16. Печать офсетная. Бумага офсетная.

________Тираж 100 экз. Заказ № 344_______________

Типография АО «НЦ НТИ»

050026, г. Алматы, ул. Богенбай батыра, 221