Аннотация

Содержание

Введение

     Строительная  керамика – большая группа керамических изделий, применяющихся при строительстве  жилых и промышленных зданий и  сооружений. Керамические стеновые изделия  – один из наиболее древних искусственных  материалов, их возраст около 5 тыс. лет. Они отличаются своей долговечностью, высокими художественными характеристиками, кислотостойкостью и полным отсутствием токсичности. Применение глины для изготовления посуды и других керамических изделий было известно уже в глубокой древности, за несколько тысяч лет до нашей эры. Ассирийцы и египтяне уже были знакомы с обжигом керамических изделий и приготовлением цветной глазури. В древней Греции и Риме керамическое производство также было весьма развито. При археологических раскопках на территории Европы и Азии были найдены керамическая посуда, вазы, различные украшения, относящиеся к IV—V векам.

     Лучшими образцами древнерусского керамического  производства могут служить украшения старинных русских соборов (Владимирского, Новгородского и др.) X—XIII веков.

     Начало  строительства кирпичных зданий в Москве относится к началу XIV века (1326—1333 гг.). В этот период было построено несколько кирпичных церквей, однако широкое распространение кирпичные постройки получили лишь с середины XV века, когда начали осуществлять широкое строительство не только в Москве, но и в других городах — Коломне, Туле, Смоленске и других.

     В 1415 г. по приглашению Ивана III в Москву приехал знаменитый в то время архитектор и инженер Аристотель Фьораванти, который внес значительный вклад в технологию кирпичного производства. Он предложил изменить размеры кирпича, сделав его более узким и продолговатым; размер «аристотелева» кирпича был 6,5Х2,5Х1,5 вершка, или 270Х110Х70 мм, что по объему составляет 1,05 современного кирпича. Под его руководством был построен первый кирпичный завод в Калитникове, оборудованный печами с постоянными сводами. К концу XVII в. выпуск продукции на московских кирпичных заводах достиг 3 млн. штук в год. Производство кирпича развивалось также и в других городах: в первой половине XVII века мастера кирпичники были зарегистрированы в 15 городах.

       Качество кирпича, изготовляемого  на Руси в XV—XVII вв., было очень  высоким. Об этом свидетельствуют  упоминания иностранцев, посещавших Россию. Так, например, Петр Аленский, посетивший Россию в XVI в., писал: «…кирпичи в этой стране превосходны, московиты весьма искусны в изготовлении их».

     За  длительный период существования керамической промышленности в России техника производства почта не менялась. Дешевизна рабочих рук не вызывала необходимости применения механического оборудования. Так, процесс производства кирпича на протяжении долгого времени сводился к следующему: добыча глины вручную; замес глины ногами или в деревянных глиномялках с конным приводом; формование в деревянных формах вручную или на гончарном столе (круге); сушка под навесом или на открытых площадках; обжиг в простейших напольных печах.

     Ассортимент керамических строительных материалов ограничивался почти исключительно обыкновенным глиняным кирпичом и черепицей.

     В первые же годы после великой Октябрьской  революции началась реконструкция кирпичной промышленности, принявшая наиболее широкий размах в годы первой пятилетки. В этот период организуется отечественное производство технологического оборудования (глиномялок, формовочных машин и дробильно-помольных агрегатов). Советскими изобретателями

     В. Е. Грум-Гржимайло, А. И. Артемкиным и  другими были созданы конструкции искусственных сушил. Модернизации подверглись кольцевые печи.

     В те годы были построены первые механизированные кирпичные заводы (при ст. Лобня под Москвой, в г. Подольске и др.), заводы, выпускавшие кирпич полусухого прессования (в Таганроге, Сталинске и др.). К этому же времени относятся первые опыты производства пустотелой керамики.

     Большую помощь оказали промышленности созданный  в 1918 г. Государственный керамический институт (ГИКИ) в Ленинграде и Всесоюзный институт строительных материалов в Москве, а также его филиалы на периферии.

     В 30-х годах началась массовая реконструкция кирпичных заводов с переводом их на круглогодовое производство, путём широкого внедрения искусственных сушил и механизации трудоемких процессов. Применение экскаваторов для добычи глины, механизированного транспорта, мотовозной тяги для доставки глины, полуавтоматической резки сырца вытесняло ручной труд, способствуя повышению производительности труда, улучшению качества продукции и росту ее выпуска.

     Производство  строительной керамики является важной отраслью народного хозяйства. В последние десятилетия созданы механизированные заводы с объемом производства в 50-100 млн. штук в год, оснащены мощными глинообрабатывающими и формующими машинами, механизированными экономичными сушилками и печами. В настоящее время предусматривается преимущественное развитие производства изделий, обеспечивающих снижение металлоёмкости, стоимости и трудоёмкости строительства, веса зданий, сооружений и повышение их теплозащиты, развитие мощности по производству строительных материалов с использованием золы и шлаков тепловых электростанций, металлургических и фосфорных шлаков, отходов горнодобывающих отраслей промышленности и углеобогатительных фабрик, техническое перевооружение производства кирпича на базе новейшей техники.

     Строительный  керамический кирпич является самым распространённым местным стеновым материалом, позволяющим экономить дефицитные металлы, цемент, а также транспортные средства. В общем балансе производства и применения стеновых материалов керамический кирпич занимает более 30%. Кирпич, накапливая солнечную энергию, медленно и равномерно отдает тепло, что защищает от чрезмерного нагревания летом и сохраняет тепло зимой. Кирпичная стена «дышит», пропуская испарения сквозь свою толщу. В результате в помещениях поддерживается уровень равновесной влажности

     В данный момент в производстве строительного  керамического кирпича сосредоточено  внимание на совершенствовании технологии, улучшении качества выпускаемой  продукции и расширении ассортимента. При строительстве новых предприятий  предусматривается установление   автоматизированных и высокомеханизированных технологических линий на базе современного отечественного и  импортного оборудования. Осваивается выпуск эффективной пустотелой продукции, которая должна постепенно заменять традиционный полнотелый кирпич. Это позволит не только экономить сырьё, но и уменьшать толщину и массу наружных стен без снижения их теплозащитных свойств, а также создавать облегчённые конструкции панелей для индустриализации строительства.

     Расширение  ассортимента и, в частности, производство эффективных изделий с увеличением размеров и уменьшением средней плотности до 1250-1350 кг/м³ и менее за счёт рациональной формы и увеличения количества пустот снизит расход материалов на 1м² наружных стен на 20-30%. На действующих заводах наряду с дальнейшей механизацией и автоматизацией производства кирпича будут всемерно улучшаться его качество и повышаться прочностные свойства, требующиеся для строительства зданий повышенной этажности и специальных сооружений. Применение в строительстве кирпича высоких марок в несущих конструкциях позволяет уменьшить его расход на 15-30%.

     Необходимо  более широко развивать производство лицевого кирпича, позволяющего исключать  оштукатуривание зданий и улучшать их архитектурный вид.

     Улучшение качества продукции вызывает необходимость повышения культуры производства, более строгого соблюдения технологических параметров по всем переделам, улучшения обработки, рациональной шихтовки путём ввода различных добавок, в том числе отходов других отраслей промышленности. 

      Переработка техногенных отходов в строительные материалы является важным экономическим  рычагом  в производстве глинозема, обеспечивает занятость населения  в новых производствах, дает ощутимый толчок к экономическому развитию региона  в целом. Проблема комплексного использования промышленных отходов приобретает большое значение как важный резерв повышения эффективности производства и одно из основных направлений рационального использования минерального сырья, так как размещение твердых отходов в отвалах приводит к нерациональному использованию земельных угодий и к загрязнению окружающей среды. Экономическая эффективность утилизации отвальных шламов глиноземного производства может быть определена только для комплекса переработки сырья в целом – с учетом снижения себестоимости основных видов продукции, затрат на строительство и организацию шламохранилища, на организацию дополнительного производства, а также с учетом реализации полученной от переработки отходов продукции. Не следует забывать также следующие экологические вопросы рассматриваемой проблемы:

      1. Ежегодные промышленные шламовые  отходы глиноземного производства  достигают нескольких миллионов  тонн и требуют значительных  площадей под отвалы; следовательно,  сокращаются площади полезных  земель – пахот, лесных угодий, мест выпаса скота и т.д.;

      2. Отвальные шламы глиноземного  производства содержат щелочные  и алюминатно – щелочные соединения в водорастворимом виде, которые, просачиваясь через слой шламовых отвалов, могут попадать вместе с грунтовыми водами в естественные водные источники, загрязняя их, убивая водную флору и фауну;

      3. Отвальные шламы являются тонкодисперсными  и могут быть источником загрязнения  окружающей среды пылевидными частицами [1].

      Существенный  вклад в экономику глиноземного производства может внести также доизвлечение глинозема и получение таких продуктов, как пигменты разной цветовой гаммы, железорудные концентраты (окатыши для доменного процесса), коагулянтов для очистки вод и других продуктов.

      Предотвращение  загрязнения атмосферы и водоемов промышленными отходами является важнейшей народнохозяйственной задачей. Основные отходы глиноземного производства: сбрасываемые на шламовые поля отвальные шламы, отходящие газы печей, сбросной воздух аспирационных установок, сточные воды.

      Переработка и использование бокситовых шламов в разных отраслях народного хозяйства обусловливаются химическим составом, фазовой характеристикой и физико-механическими свойствами (гранулометрическим составом, пористостью и др.) шламов.

      Поскольку существуют, по крайней мере, две группы бокситовых шламов (байеровские и спекательные), принципиально отличающихся по химическому составу, фазовой характеристике и физическим свойствам, в большинстве случаев области практического использования этих групп шламов различны. Следует также учитывать, что, как правило, отвальные бокситовые шламы являются смесью обеих групп, причем в варианте параллельного способа Байер – спекание в отвальных шламах преобладают байеровские шламы, а в варианте последовательного способа Байер – спекания — спекательные.

     Главными  отличительными особенностями байеровского шлама (и отвальных шламов с преимущественным содержанием шламов ветви Байера) являются высокое содержание окиси железа (преимущественно в виде гематита) и высокая дисперсность (большое содержание частиц мелких фракций). По содержанию соединений железа байеровские отвальные шламы приближаются к составу бедных железных руд. Согласно литературным данным, выход железа при восстановительной переработке красного шлама составляет 70—90 %. Но, несмотря на логическую очевидность, такая переработка бокситового шлама сопряжена с рядом серьезных технических трудностей, осложняющих процесс производства чугуна из бокситовых шламов, требует больших капитальных затрат и фундаментальных опытно-промышленных работ. Такая переработка байеровского шлама экономически целесообразна лишь при организации крупного комплекса с одновременным производством чугуна, глинозема и цемента.

     Главным в характеристике бокситового спекательного  шлама (и отвальных шламов с преимущественным содержанием шламов ветви спекания) является высокое содержание двухкальциевого силиката и значительное содержание Fe2O₃ (20—25 %). Такие шламы характеризуются кальциево-силикатным составом и значительно большей крупностью частиц, чем байеровские, а также большой удельной поверхностью этих частиц, связанной со специфической пористостью, сформировавшейся при выщелачивании спеков. Наличие в шламе значительного количества гидравлически активного (проявляющего вяжущие свойства) двухкальциевого силиката предопределяет целесообразность его использования как в качестве самостоятельного вяжущего вещества, так и в качестве компонента строительных вяжущих веществ.

      Основными способами переработки отвального шлама глиноземного производства АО «АК» может быть комплексная переработка на чугун, глинозем и цемент, окускование руд и концентратов, производство строительной керамики, производства портландцемента и других вяжущих веществ, производство силикатного кирпича, использование отвального шлама в качестве наполнителя  при изготовление асфальтобетона, возможность получения стекла и стеклокристаллических материалов.

      Из  всего вышеперечисленного наиболее целесообразным является производство керамического кирпича. Бокситовые шламы относятся к легкоплавкому неспекающемуся малопластичному сырью с высокой формовочной влажностью. Прочность кирпича из бокситовых шламов  превышает прочность кирпича из традиционного сырья, поэтому он пригоден для строительства высотных зданий. Варьируя состав исходных шихт  и технологические параметры можно получать изделия с заданными свойствами в зависимости от условий службы конструкции. Керамический кирпич можно использовать для строительства зданий и сооружений, так как его сопротивление при сжатие отвечает основным стандартам, также можно использовать керамическую плитку для проведения облицовочных работ.

      Производство  кирпича обеспечит сравнительно большую экономию, использование  отходов глиноземного производства и золы с ТЭЦ освободит сравнительно большие площади от шламов, уменьшит загрязнение окружающей среды. 

     Кирпич  из отходов глиноземного производства обладает рядом достоинств, которые делают его конкурентоспособным по сравнению с силикатным кирпичом: более высокая огнестойкость, морозостойкость, химическая стойкость и водостойкость, а также меньшая теплопроводность и масса. Он имеет более широкую сферу применения, в том числе в сейсмически активных районах. Пустотелый кирпич имеет следующие преимущества: при производстве снижается расход сырья и топлива, повышается производительность сушилок, а применение его для наружных стен позволяет уменьшить их толщину, сокращает транспортные расходы и снижает нагрузки на фундамент. Лицевой керамический кирпич обладает высокой декоративностью и широким цветовым ассортиментом. Наиболее целесообразной является технология получения лицевого кирпича широкой цветовой палитры путем объемного окрашивания глиняной массы тонкомолотыми недефицитными металлическими рудами и комплексными добавками. Актуальность его применения выражается в умеренных затратах на сооружение зданий с высокой архитектурно-художественной выразительностью, но главное – в значительном сокращении затрат на ремонт фасадов при их длительной эксплуатации, так как срок службы лицевого кирпича более 50 лет.