Основной целью данной работы являлось изучение процесса спекания и технологических свойств новых обожженных кирпичей на основе большого количества шлака и огнеупорной глины мусоросжигательных печей, прошедших вторичную обработку. Кроме того, было также отмечено влияние незначительного добавления флюса (Na2CO3) или усиления (корунд).
Для изучения влияния вариаций композиций на процесс спекания, структуру и механические характеристики испытательных брикетов было использовано несколько методов. Дифференциальный термический анализ и методы дилатометрии применялись для изучения термических характеристик, а сканирующая электронная микроскопия в сочетании с энергодисперсионной рентгеновской спектроскопией и высокотемпературной рентгеновской дифракцией - для выяснения структуры и фазового состава. Механические характеристики оценивались с помощью микроиндикации, прочности и различных физических испытаний (пористость, линейная усадка, водопоглощение и т.д.). Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования очень большого количества шлака мусоросжигательных установок для сжигания твердых бытовых отходов при производстве новых обожженных кирпичей с хорошими характеристиками на всех уровнях. Показано также, что добавление присадок усиливало конечные свойства, влияющие на формирование кристаллической фазы, пористость и в значительной степени на прочность образцов.
Поскольку строительная промышленность по-прежнему использует большое количество глиняного кирпича в строительстве, было проведено несколько исследований с целью включения золы-уноса, шлака и других отходов при производстве обожженного кирпича. В этом контексте из-за ограниченности площадок для захоронения отходов, с одной стороны, и присутствия кремния, кальция, алюминия и железа в донной золе, с другой стороны, ТБО в настоящее время используются не в качестве полигонов для захоронения отходов, а в керамическом и строительном секторах. В 2004 году 2,4 млн. тонн твердых бытовых отходов (ТБО) были утилизированы мусоросжигательными заводами только в Италии.
Эта ситуация требует, чтобы заинтересованные стороны строительной отрасли изучили новые альтернативные материалы и разработали новые методологии для эффективного использования отходов, образующихся при сжигании ТБО. Поэтому разработка инновационных обожженных кирпичей на базе огромного количества ТБО может стать существенным шагом на пути к снижению загрязнения и воздействия на окружающую среду. Поскольку зола после сжигания отходов содержит CaO, SiO2, Fe2O3 и Al2O3, в ряде исследований изучалась их осуществимость в производстве растворов и бетона. Проведены исследования влияния тонкости донной золы на свойства геополимера красного шлама. Получены кирпичи с более высокими значениями прочности и плотности с повышением температуры, тонкости донной золы и содержания железосодержащих шламов.
Несмотря на то, что в последние годы было проведено исследование частичного замещения глины в кирпичах несколькими видами отходов с уделением особого внимания физико-механическим свойствам кирпича, обширные экспериментальные исследования, касающиеся детальных исследований процесса уплотнения и преобразования. Кроме того, не сообщалось о влиянии добавок арматуры (в виде корунда) или интенсивных флюсов (в виде Na2CO3) в обожженные глиняные кирпичи на основе муниципальных установок для сжигания ТБО. Как правило, аналогичные добавки используются для улучшения некоторых свойств керамических партий, таких как формообразующие характеристики, поведение при сушке, поведение при обжиге и т.д. Корунд - это сырье с высокими физико-механическими свойствами, которое используется в глазурях и керамических материалах для повышения их механических и физических свойств. Na2CO3 - это добавка, широко используемая в стекольной промышленности, поскольку она, как пенообразователь, влияет на плотность и пористость и дополнительно позволяет спекать ванны при более низкой температуре.
С этой целью в статье рассмотрен процесс уплотнения и связанное с ним фазовое превращение кирпичей из глины и вторичного сырья донной золы, а также дополнительный эффект добавления небольших количеств (5 %) корунда (Al2O3) и карбоната натрия (Na2CO3).
В настоящем исследовании предварительно обработанная донная зола реализованная в виде "конечного материала" в соответствии с европейской нормой 2008/98/CE была использована для производства новых обожженных кирпичей. Процесс механической предварительной обработки состоит из трех этапов:
- старение на открытом воздухе;
- измельчение в мельнице (получение различных зерен размером 0-2; 2-8 мм);
- отделение железных и алюминиевых деталей с помощью магнитных и вихретоковых систем.
В настоящее время этот инертный материал используется во многих секторах строительных материалов, таких как цемент (при производстве клинкера), бетон, керамические изделия (плитка и кирпич) и битумные конгломераты. Включение донной золы в кирпич не несет никаких рисков.
По современным данным, доказана возможность производства керамического кирпича за счет повторного использования большого количества одного инертного материала, полученного из ТБО. При малозатратной обработке (5-10 мин при температуре около 1000°C) проводились некоторые реакции уплотнения и интенсивной рекристаллизации между мета-каолинитом и фазами донной золы. Также показано, что добавление Na2CO3 приводит к снижению температуры спекания и рекристаллизации, что приводит к снижению открытой пористости, а также к некоторым колебаниям в развитии кристаллических фаз. В то же время при добавлении Al2O3 эффекта фазового образования не наблюдалось. Низкая усадка при обжиге в сочетании с низкой WLOI и улучшенными механическими свойствами (все полученные образцы обладают достаточной прочностью на сжатие свыше 20 МПа) продемонстрировали высокий потенциал предварительно обработанных ТБО донной золы для использования в качестве заменителя глины для производства плотного кирпича с хорошим торцом.