28.01.10 Использование отходов переработки алюминиевых сплавов АК5М2, АК9М2 (стружка, шлаки) в производстве...
Алюминиевое сырье широко применяется в строительной промышленности и может быть использовано для производства пеноалюминия, газообразователя поробетона, огнеупорных алюмосиликатных материалов и др. Однако на территории Беларуси отсутствует сырьевая база получения алюминия из бокситов, а завозимые материалы достаточно дороги. В то же время многие отрасли промышленности нашей страны перерабатывают сотни тонн алюминия и его сплавов, часть которых остается в виде стружки и шлака.
В ФТИ НАН Беларуси совместно с УП НИИСМ проведен комплекс исследований по использованию отходов переработки алюминиевых сплавов с целью создания новых материалов для строительной промышленности и технологии их получения.
Благодаря внедрению комплекса по подготовке стружечных отходов алюминиевых сплавов и организации участка по переработке шлака на УП ММЗ появилась возможность очищать их от загрязнений и вредных примесей, прогнозировать состав и свойства [1].
Важным направлением применения стружечных отходов алюминиевых сплавов является получение высокопористого пеноалюминия плотностью 0,6–1,2 г/см3 . Широкое его использование сдерживается высокой ценой (4–8 $ за 1 кг), которая в значительной мере зависит от стоимости сырья алюминиевого порошка.
Получить гораздо более дешевый пеноалюминий возможно из алюминиевых отходов с помощью экономичного диспергирующего устройства, позволяющего производить из стружки порошок дисперсностью 2000+300 мкм. Энергозатраты при этом не превышают 0,3 $ США на 1 кг. И даже при использовании такого дорогого вспенивателя, как гидрид титана, себестоимость изготовления пеноалюминия снижается в 1,5–2 раза, что, по оценкам зарубежных специалистов, резко увеличивает спрос на него.
Пеноалюминий, обладая высоким звукопоглощением и экранирующим эффектом от электромагнитного излучения, хорошей тепло- и огнестойкостью, высокой удельной прочностью, является привлекательным материалом в строительстве. Он может применяться для изготовления следующих изделий:
– стержней для сэндвич-конструкций;
– поглотителей электромагнитных излучений в офисных и банковских учреждениях;
– поглотителей звука в помещениях с тяжелыми условиями работы (запыленность, вибрация, высокая температура, повышенная влажность);
– легких самоподдерживающихся строительных панелей;
– альтернативных деревянным изделий, способных сохранять стабильные размеры и при этом устойчивых к поражению плесенью и грибком и т. п.
Крупными потребителями алюминиевых порошков (пудр), поставляемых по импорту (более 1000 т), являются предприятия по выпуску поробетона. Алюминиевая пудра (ПАП-1, ПАП-2) используется в качестве газообразователя. Активно реагируя с известью с выделением водорода, она формирует пористую структуру поробетона — материала с низкой плотностью и высокими теплоизолирующими свойствами. Однако существенными недостатками пудры являются низкая экологичность (пыльность), взрывоопасность, плохая смачиваемость водой.
Ведущие мировые производители газообразователя поробетона — фирмы "Eckart” (ФРГ), "Wolstenholme International Ltd” (Англия) — взамен сухих пудр используют алюминиевые пасты. Они удобны в применении, требуют меньшего расхода материала и, главное, более качественно формируют структуру поробетона. Однако стоимость их на мировом рынке составляет 4–5 евро за 1 кг.
Сравнительные данные об эффективности производства алюминиевой пасты из различных видов сырья указывают на значительно меньшие затраты при ее получении из алюминиевой стружки механическим диспергированием (табл. 1).
Следует подчеркнуть, что алюминиевый газообразователь из стружечных отходов рационально изготавливать в две стадии. Сначала производится диспергирование подготовленной стружки в порошок размером 20–500 мкм, что позволяет осуществлять процесс на воздухе без дополнительных средств защиты. На второй стадии происходит процесс домола в присутствии жидкой защитно-восстановительной среды с добавлением диспергаторов и ингибиторов коррозии [2,3].
Выбор определенной фракции порошка для осуществления домола алюминиевых частиц позволяет получать газообразователь с высокой активностью (70–80%) из наиболее часто применяемых в РБ литейных алюминиевых сплавов АК5М2, АК5М4, АК7, АК9, имеющих в своем составе кремний. Содержание кремния может быть существенно уменьшено в 1,5–4 раза уже на стадии механического диспергирования фракционированием (отсевом) порошка менее 20 мкм. Таким образом, домолом в шаровой и аттриторной мельницах фракции порошка 20–500 мкм в присутствии жидкой среды, каковой может быть глицерин технический, этиленгликоль, изопропиловый спирт и др., с добавлением ингибиторов коррозии (бура, карбамид, триэтаноламин и др.), гидрофобизаторов (стеариновая, олеиновая кислота), гидрофилизаторов (сульфанол, фрилан, смачиватель ОП-10 и др.) возможно получать пасты из вторичных алюминиевых сплавов с кинетикой газовыделения, близкой к кинетике газовыделения используемых пудр ПАП-2.
Образцы поробетона, имеющие в своем составе известковое вяжущее, цемент, песок [3], полученные с использованием разработанных паст с содержанием активного алюминия, равном его содержанию в алюминиевой пудре (0,45 мас. % сухих компонентов), характеризуются более равномерной структурой при прочности, превышающей 2,5 МПа. При этом обеспечивается максимальная синхронизация газоудерживающей способности и схватывания материала.
Таким образом, разработанные алюминиевые пасты при стоимости в 1,5–3 раза ниже выпускаемых европейскими производителями могут занять свою нишу на белорусском рынке.
Кроме того, в процессе плавки алюминиевых сплавов образуется сравнительно большое — свыше 30 тыс. т в целом по стране — количество шлаков. Основу их между тем составляют оксид алюминия (Al2O3) — 65–70%, металлический алюминий — до 20% и ряд других оксидов. По своим физико-химическим и минералогическим свойствам шлаки близки к обогащенной бокситовой руде и могут служить сырьем при изготовлении расширяющихся цементов, жаростойких и быстротвердеющих бетонов, выполнении аварийных и ремонтных работ [4].
Исследования свойств алюмошлака и процессов, происходящих при его термической обработке, обработке влагой и кислотами, механическом диспергировании, позволили определить наиболее эффективные способы его переработки и использования. Металлический алюминий, находящийся в шлаке, является также дополнительным источником образования огнеупорного оксида алюминия путем его алюмотермической реакции с оксидом кремния.
Из шлаков могут быть получены следующие алюмосиликатные материалы:
– тонкомолотая добавка шлака – как компонент для получения термо- и шлакоустойчивого бетона на основе шамота и магнезита. Повышая содержание оксида алюминия в шамотных изделиях (Al2O3 — 35–45%) до уровня андалузитовых (55–60%), а также путем образования керамики фосфатов [5] были изготовлены огнеупорные материалы, по свойствам не уступающие мировым аналогам. Они характеризуются следующими показателями: предел прочности при сжатии после сушки — 10,3–26,5 МПа, после обжига при 800°С — 22,0–30,5 МПа; усадка после нагрева до 800°С не превышает 0,2%. Температура начала размягчения при нагрузке 0,2 МПа составляет 1198–1210°С, 4%-ной деформации — 1342–1356°С. Жаростойкие материалы по предельно допустимой температуре применения относятся к классу И13, что соответствует температуре 1300°С согласно ГОСТ 20910 [6]. Они нашли широкое промышленное применение для футеровки индукционных печей плавки алюминия емкостью до 6 т на УП ММЗ. Кстати, аналогичные материалы, изготавливаемые в Западной Европе из бразильского сырья (по данным бельгийской фирмы "Vesuvis”), продаются по цене 1100–1200 евро за 1 т. Стоимость огнеупоров, полученных путем переработки алюмошлаков, ниже в 2–3 раза;
– заполнитель с добавками песка и других элементов для жаростойкого бетона на высокоглиноземистом цементе. С использованием тонкомолотого заполнителя, мас. % (шлак — 70, песок — 30), содержащего более 30% оксида алюминия и более 5–10% высокоглиноземистого цемента, были получены образцы огнеупора пористостью 25–30% с пределом прочности при сжатии 25–30 МПа;
– алюмофосфатная связка, приготовленная обработкой шлака фосфорной кислотой, для различных обмазок, клеевых растворов, повышения эксплуатационных свойств и технологичности при получении неформованных жаростойких материалов.
Таким образом, отходы алюминиевого производства могут использоваться для получения недорогих строительных материалов с высокими эксплуатационными свойствами.
Литература
1. Овчинников В.В., Войтович П.Н., Сташкевич В.Г., Вайнер Л.М., Ромбальский О.Ф. Новые решения в области ресурсосберегающих технологий металлургического производства // Литье и металлургия. 2003. №3. С. 117–121.
2. Волочко А.Т., Богданова Н.П. Исследование свойств газообразователя на основе вторичных алюминиевых сплавов для производства поробетона // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.- тэхн. навук. 2004. №3. С. 44–48.
3. Патент РБ на изобретение № 7116. Газообразователь пастообразный для ячеистого бетона.
4. Заявка на изобретение № а20040110. Огнеупорная керамическая масса.
5. Волочко А.Т., Бацевичус О.Г., Белов И.А. Исследование физико-химических процессов при нагреве жаростойких материалов на фосфатном связующем // Весцi НАН Беларусi. Сер. фiз.- тэхн. навук. 2004. № 3. С. 40–43.
6. Алюмосиликатные массы для футеровки тигельных индукционных печей / И.А. Белов, О.Г. Бацевичус, И.Ф. Новицкая, А.Т. Волочко, А.П. Ласковнев, Ж.Е. Макарова // Новейшие достижения в области импортозамещения в химической промышленности и производстве строительных материалов: Материалы международной НТК, 26–28.11. 2003, г. Минск. Мн.: БГТУ, 2003. С.101-103.
|
