Использование лигнина как выгорающего компонента в технологии производства кирпича
Лигнин в качестве выгорающей добавки
Мы производим лигнин, который широко применяется в качестве выгорающей добавки для производства кирпича, плитки и другой керамики
Наша компания выпускает лигнин — материал, который активно используется как выгорающий компонент при изготовлении кирпича, керамической плитки и других керамических изделий.
Исследовательские работы, выполненные в ряде профильных институтов, подтвердили: лигнин уверенно показывает себя в роли выгорающей добавки к глине на кирпично-керамических заводах, причём действующую технологию при этом фактически не требуется перестраивать. Основные характеристики материала следующие: влажность находится в пределах 65–70%, насыпная плотность — 500–600 кг/м³, теплотворная способность — 1500–1800 ккал/кг, зольность не превышает 3%. Лигнин без затруднений вводится в шихту, не ухудшает её формовочных характеристик и не препятствует резке глиняного бруса. Максимальная отдача от добавки достигается тогда, когда карьерная глина имеет относительно низкую влажность. После запрессовки в сырец лигнин в процессе сушки не воспламеняется, а на стадии обжига кирпич получается качественным — скорость прохождения огня в кольцевой печи при этом увеличивается. Чтобы строительный кирпич сохранял нормативную механическую прочность, долю лигнина в формовочной шихте не следует поднимать выше 20–22% от её объёма.
Благодаря высокой степени дисперсности лигнин, в отличие от большинства альтернативных выгорающих добавок (угля, сланца, шлака), не нуждается в дополнительном измельчении — а значит, и в связанных с этим расходах. Если в качестве добавки применяют опилки, в теле кирпича формируются крупные открытые поры, из-за которых растёт водопоглощение. Сланец, бурый уголь и другие многозольные материалы сгорают не полностью: воздух с трудом проникает в поры, заполненные золой. Сочетание лигнина с подобными добавками позволяет либо полностью устранить эти проблемы, либо заметно их сгладить. Эффективность лигнина в кирпичном производстве подтверждается длительной практикой Ленинградского кирпичного завода №1: предприятие применяет его как выгорающую добавку с 1949 года. В последние годы на долю лигнина здесь приходилось 60–65% от общего объёма условного топлива, расходуемого на обжиг. Благодаря этому заводу удалось ощутимо снизить себестоимость выпускаемой продукции.
Лигнин выполняет сразу несколько ролей: он одновременно выступает как отощающая и выгорающая добавка, а также как пластификатор. Введение его в пылеватые суглинки, плохо переносящие сушку, улучшает их формовочные свойства и уменьшает образование трещин при сушке изделий. Как выгорающая добавка лигнин повышает качество обжига. Обычно его вводят в количестве 6–20% от объёма массы; при производстве пористого кирпича доля лигнина может достигать 100%.
Материалы и методика эксперимента
Для оценки того, как лигнин влияет на характеристики поризованной керамики, были подготовлены шесть составов — их перечень приведён в табл. №1.
Таблица №1 (для получения данных исследования обратитесь в компанию).
Увлажнение сырьевой смеси доводилось до формовочной влажности 10%.
Образцы формовали методом полусухого прессования; рабочее давление прессования составляло 15 МПа.
После предварительной сушки образцы обжигали в лабораторной электропечи при температуре 1000 °C. Воздушную и огневую усадку, а также водопоглощение по массе определяли в соответствии с требованиями ГОСТ 21216 и ГОСТ 2409.
Полученные результаты
На первом этапе по итогам испытаний были рассчитаны плотность и теплопроводность образцов в зависимости от количества введённой выгорающей добавки и определены оптимальные дозировки.
Сводные данные представлены в табл. №2.
Таблица №2 (для получения данных исследования обратитесь в компанию). Плотность и коэффициент теплопроводности образцов.
Плотность и пористость керамических изделий определяются их химико-минералогическим составом, способом формования и режимом обжига. Наибольшая плотность характерна для изделий, изготовленных полусухим прессованием, — это связано с малым содержанием воды в массе.
Когда содержание древесных опилок в сырьевой смеси увеличивают с 0 до 20%, средняя плотность керамического черепка снижается с 1410 до 732 кг/м³, а теплопроводность падает с 0,62 до 0,27 Вт/м·°С.
Установлено также, что образец с содержанием 20% лигнина имеет плотность 1147 кг/м³ и теплопроводность 0,62 Вт/м·°С — такая керамика относится к категории малоэффективной.
При одинаковом суммарном объёме выгорающих добавок средняя плотность изделий уменьшается, что закономерно улучшает их теплофизические показатели. Состав, в который входит по 10% лигнина и 10% опилок, относится уже к условно-эффективным керамическим изделиям.
Усадка, происходящая в ходе сушки и обжига, — один из ключевых факторов, заметно влияющих на конечные свойства изделий.
В табл. №3 (для получения данных исследования обратитесь в компанию) приведены значения усадки образцов на разных технологических стадиях.
Из приведённых результатов видно, что присутствие лигнина в комплексной выгорающей добавке снижает огневую усадку, однако одновременно немного увеличивает воздушную. Объясняется это тем, что во время сушки опилки выполняют роль армирующих включений и сдерживают деформации. При обжиге же крупные частицы опилок, наоборот, способствуют росту огневой усадки. Стоит отметить, что замена опилок на лигнин в составе добавки приводит к пропорциональному изменению усадочных деформаций.
В литературе нередко встречается мнение, что лигнин в составе выгорающей добавки ухудшает спекание массы, разрыхляет её и снижает прочность. Эксперимент показал, что подобный эффект действительно проявляется, но только при пластическом формовании с влажностью выше 20%. При этом более крупные деформации фиксируются у образцов, в которых доля лигнина в добавке выше. Совмещение опилок и лигнина позволяет уменьшить деформации и обеспечить максимально полное выгорание органики.
Данные по водопоглощению сведены в табл. №4 (для получения данных исследования обратитесь в компанию).
По нормативам водопоглощение керамического кирпича должно превышать 6%. Если значение ниже, кирпич получается более тяжёлым, хуже пропускает воздух, имеет повышенную теплопроводность и плохо схватывается с раствором. Полученные образцы показали водопоглощение в диапазоне от 14,5% до 28%. При таких значениях керамические изделия допустимо применять для наружных стен только при условии устройства наружной отделки.
Выводы
По итогам проведённой работы можно сформулировать следующие выводы:
- Гидролизный лигнин, использованный как один из компонентов выгорающей добавки, позволяет получить эффективную керамику с низким коэффициентом теплопроводности.
- Оптимальное соотношение лигнина и опилок в составе добавки — 50/50 при общем содержании добавки не более 20%.
- Оптимальный состав сырьевой смеси с добавкой лигнина и опилок в пропорции 1:1 пригоден для наружных стен зданий при обязательном устройстве наружной отделки фасада.