Керамическая промышленность занимается производством любой продукции из глины. К ней относятся кирпичи, черепица, огнеупорные материалы и различные гончарные изделия. Для получения эффективных строительных материалов из керамики, помимо глины, в составе также используют выгорающие добавки, такие как молотый уголь, торф и древесные опилки. Они повышают пористость материала и обеспечивают его равномерный обжиг. Ученые Пермского Политеха изучили возможность применения в качестве таких добавок техногенного сырья из промышленных отходов, например, от предприятий целлюлозно-бумажной и деревообрабатывающей отрасли. Такое решение увеличит сферу их повторного использования, а также расширит рецептуру получения керамических кирпичей и блоков в строительстве.
Статья с результатами опубликована в сборнике «Инновации в строительстве. Технологии КНАУФ», 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Выгорающие добавки в составе глинистой смеси создают необходимую пористость, повышают равномерность обжига во всем объеме керамического материала, а также снижают расход топлива и затрачиваемое на обжиг время. Некоторые такие добавки, в зависимости от условий их образования, могут также оказывать дополнительное действие — делать глиняную массу более пластичной и технологичной. Эти свойства во многом определяют правильность формы и качество готового изделия. Поэтому внедрение новых типов компонентов в изготовление керамической продукции требует их подробных исследований.
Ученые Пермского Политеха изучили, как техногенные выгорающие добавки из промышленных отходов влияют на свойства глинистого сырья. Конкретно рассматривали гидролизный лигнин, который образуется при обработке древесины хвойных и лиственных пород, и скоп, получаемый в результате очистки сточных вод производства бумаги и картона.
Эти отходы характеризуются как неопасные, однако их ежегодное формирование в многотоннажном объеме оказывает серьезную нагрузку на экологическую систему. Одним из вариантов их вторичного использования может стать производство строительных материалов в виде керамических кирпичей и блоков.
Политехники исследовали химический состав лигнина и скопа, а также основного компонента — умеренно пластичного легкоплавкого глинистого сырья. Далее, чтобы выявить наибольшее допустимое содержание добавок в керамической массе и оценить их взаимное влияние на конечные свойства изделий, подготовили лабораторные составы. У образцов определяли пластичность и формовочные свойства, а также поведение материала в зависимости от различной температуры обжига — его водопоглощение, плотность и усадку.
— Мы выяснили, что добавление техногенных компонентов более 25% оказывает существенное отрицательное влияние на пластичность и формовочные свойства глины. Оптимальным содержанием гидролизного лигнина оказалось 11-12% от массы глинистого сырья и при температуре обжига в пределах от 980 до 1040°С. А скопа — 13-14% в пределах от 1000 до 1020°С. Соблюдение таких параметров позволит получить керамическую продукцию с требуемыми характеристиками и качеством материала, — поделился Виталий Шаманов, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение», и.о. декана строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.
Исследование ученых Пермского Политеха подтвердило, что отходы промышленности, такие как гидролизный лигнин и скоп механической очистки сточных вод, могут рассматриваться как техногенное сырье для комплексной модификации строительных керамических материалов. Это позволит расширить сырьевую базу для получения кирпичей и блоков в строительстве, а также снизить техногенную нагрузку на окружающую среду.