Новые технологии и составы по рециклингу отходов цветной металлургии в производство кислотоупоров без применения традиционного природного сырья

В работе исследованы отходы цветной металлургии – глинистая часть «хвостов» гравитации циркон-ильменитовых руд (ГЦИ), в целях ее использования в качестве глинистого компонента и отощителя – шамота из ГЦИ, для получения кислотоупорной плитки. Установлено, что образцы из ГЦИ (без применения отощителей), обожженные при температурах 1250– 1300 °С, не соответствуют нормативным требованиям по кислотостойкости. Введение в керамическую массу 40 % шамота является оптимальным для получения обжигом при 1300 °С кислотоупоров, которые по всем показателям отвечают условиям ГОСТ 961-89 «Плитки кислотоупорные и термокислотоупорные керамические», марка КШ (кислотоупорные шамотные). Увеличение содержания шамота более 40 % способствует снижению доли глинистого связующего, в результате чего уменьшается число пластичности (до менее 11) керамической массы, и на образцах при формовании появляются трещины. Исследован фазовый состав 4 образцов плиток, отличающихся содержанием компонентов – ГЦИ и шамота. На рентгенограммах образцов, обожженных при температуре 1300 °С, основные интенсивные линии принадлежат муллиту, кристобалиту, кварцу и гематиту, что подтверждают ИК-спектры. «Муллитизация» при производстве кислотоупоров имеет важное значение, так как эксплуатационные показатели определяет именно муллит. Таким образом, разработаны составы и получены кислотоупоры из отходов цветной металлургии без употребления традиционного природного сырья. 

1. Коряков В.Е., Шишкина А.А., Шишкина П.А. Влияние предприятий металлургической промышленности на окружающую среду и здоровье человека. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019;(4):275—278.

2. Patel A., Enman J., Gulkova A., Guntoro P.I., Dutkiewicz A., Ghorbani Y., Matsakas L. Integrating biometallurgical recovery of metals with biogenic synthesis of nanoparticles. Chemosphere. 2020;263(12):1—23. http://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2020.128306

3. Zhang Y., Xiong Z., Yang L., Ren Z., Shao P., Shi H., Luo X. Successful isolation of a tolerant co-flocculating microalgae towards highly efficient nitrogen removal in harsh rare earth element tailings (REEs) wastewater. Water Research. 2019;166 (8):18—24. http://doi.org/10.1016/j.watres.2019.115076

4. Politaeva N.A., Smyatskaya Y.A., Dolbnya I.V., Sobgaida D.S. Microalgae biotechnology multiple use of chlorella sorokiniana. In: Advances in Raw Material Industries for Sustainable Development Goals. (November 27—29, 2020) Saint Petersburg, 2020. Р. 252—261.

5. Абдрахимов Д.В., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Влияние некоторых отходов производств цветной металлургии на физические и механические свойства кирпича Известия вузов. Цветная металлургия. 2004;(2):4—9.

6. Пасмурцева Н.Н. Основные тенденции и проблемы инновационного развития металлургической промышленности Российской Федерации. Вестник Тюменского государственного университета. Социальноэкономические и правовые исследования. 2018;(4): 219—231. http://doi.org/10.21684/2411-7897-2018-4-4-219-231

7. Медведева И. В., Амирова Е.В., Студенток Г.А., Цейтлин Е.М., Медведева О.М. Воздействие предприятий горно-металлургического комплекса Свердловской области на окружающую среду и направления его снижения. Известия УГГУ. 2023;4(72):116—126. http://doi.org/10.21440/2307-2091-2023-4-116-126

8. Кальнер В.Д. Экологически ориентированная среда обитания — интегральный критерий качества жизни. Экология и промышленность России. 2019;11:50—54. http://doi.org/10.18412/1816-0395-2019-10-50-55

9. Кряжев А.М., Гусев Т.В., Тихонова И.О., Очеретенко Д.П., Алмгрен Р. Целлюлозно-бумажное производство: устойчивое развитие и формирование экономики замкнутого цикла. Экология и промышленность России. 2020;11:48—53. http://doi.org/10.18412/1816-0395-2020-11-48-53

10. Гаприндашвили Г.П., Кекеладзе М.К. Кислотоупорные керамические материалы с применением промышленных отходов. Стекло и керамика. 1988;(1):21—23.

11. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Физико-химические процессы при обжиге кислотоупоров. СПб.: Недра, 2003. 273 с.

12. Женжурист И.А. Структура, свойства и технологии керамических материалов: С 87 практикум. Казань: Казанский государственный энергетический университет, 2021. 47 с.

13. Абдрахимов В.З., Абдрахимов А.В., Вдовина Е.В., Абдрахимова Е.С. Технология производства керамических изделий. Учебно-методическое пособие для лабораторных работ. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет, 2007. 120 с.

14. Ушницкая Н.Н., Местников А.Е. Исследование свойств глинистого сырья методами физико-химического анализа. Вестник Белгородского технологического университета им. В.Г. Шухова. 2024;(4):16—25. http://doi.org/10.17513/use.37919

15. Сулейменов С.Т., Ралко А.В., Сайбулатов С.З., Нурбатуров К.А. Влагопроводность зологлиняной смесей. Строительные материалы и конструкции. 1981;(3):31—35.

16. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Использование отходов цветной металлургии в производстве кислотоупоров. Известия вузов. Цветная металлургия. 2004;(4):13—18.

17. Кингери У.Д. Введение в керамику. М.: Наука, 1964. 529 с.

18. Турсукова И.И., Байметова М.Г. Методический подход к оценке эффективности деятельности металлургического предприятия в условиях экологических рисков. Экономика, предпринимательство и право. 2024;14 (2):277—288. http://doi.org/10.18334/epp.14.2.120551

19. Chen J., Min Fan-fei, Liu Ling-yun, Jia Fei-fei. Adsorption of methylamine cations on kaolinite basal surfaces: A DFT study. Physicochemical Problems of Mineral Processing. 2020; 56(2):338—349. http://doi.org/10.37190/ppmp/117769

20. Августиник А.И. Керамика. Л.: Лениздат, 1975. 591 с.

21. Четверикова А. Г., Макаров В.Н., Каныгина О.Н., Серегин М.М., Строганова Е.А. Коррекция структурной формулы каолинита Оренбургской области спектроскопическими методами. Конденсированные среды и межфазные границы. 2023;25(2):277—291. https://doi.org/10.17308/kcmf.2023.25/11108

22. Liu Y., Huang Q., Zhao L., Lei S. Influence of kaolinite crystallinity and calcination conditions on the pozzolanic activity of metakaolin. Gospodarka Surowcami Mineralnymi-Mineral Resources Management. 2021:39—56. https://doi.org/10.24425/gsm.2021.136295

23. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Синтез муллита из техногенного сырья. Журнал неорганической химии. 2007;52(3):395—400.

24. Biswal B., Mishra D.K., Das S.N., Bhuyan S. Structural, micro-structural, optical and dielectric behavior of mullite ceramics. Ceramics International. 2021;47(22):32252— 32263. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.08.120

25. Weiquan Yuan, Jingzhong Kuang, Zheyu Huang, Mingming Yu. Effect of aluminum source on the kinetics and mechanism of mullite preparation from kaolinite. Chemical Physics Letters. 2022;787:139—242. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2021.139242

26. Яроцкая Е.Г., Федоров П.П. Муллит и его изоморфные замещения. Конденсированные среды и межфазные границы. 2018; 20(4):573—54. https://doi.org/10.17308/kcmf.2018.20/626

27. Мощняга М.А., Гринберг Е.Е., Почиталкна И.А. Получение высокочистого кристобалита с использованием «золь-гель»-алкоголятной технологии. Успехи химии и химической технологии. 2021;35(6): 75—76.

28. Котляр В.Д., Терёхина Ю.В. Минералого-химические и структурные особенности опоковидных опал-кристобалитовых 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

29. Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Роль оксида железа в формировании структуры кислотоупорного фарфора. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Научные исследования в области механизации технологических процессов, разработки новых составов масс и глазурей. 1982. С. 48—56.

30. Павлов В.Ф., Мещерякова И.В. Влияние добавки железосодержащих легкоплавких глин на изменение фазового состава и свойств кислотоупоров. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». Совершенствование технологии в производстве строительной керамики. 1981. С. 109—115.

31. Павлов В.Ф. Влияние состава и строения жидкой фазы керамических масс на формирование структуры изделий из них при обжиге. В сб.: Труды НИИ «Стройкерамика». 1977. № 42. С. 123—154.