Секрет "идеального" кирпича знают в Институте физики

Во всем мире остро стоит проблема утилизации и переработки промышленных отходов. Республика Татарстан не стала исключением, ведь на ее заводах ежегодно образуется около 3 млн тонн отходов производств.

Настоящая система обращения с отходами в республике основана, в основном, на захоронении их на полигонах и складировании на специальных объектах, что негативно сказывается на качестве жизни населения. Оптимальным решением проблемы может стать вторичное использование промышленных отходов на предприятиях. Это позволит не только урегулировать экологические вопросы, возникающие в процессе производства, но и сэкономить природные ресурсы.

Теме вторичного использования отходов в технологии производства керамических изделий посвящена научная работа студентки 4-го курса Института физики Казанского университета Регины Арискиной.

Регина 2 года работала с группой студентов при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках Субсидии по постановлению Правительства России в проекте «Керамика-218-2014» - она и ее друзья работали лаборантами.

В лаборатории "Керамики" ведутся исследования влияния техногенных (отходы стекловолокна, нефтяные отходы, отход магнезита и др.), природных добавок (цеолиты, трепел, диатомит и др.), нанотрубок на керамические изделия из глин РТ, познаются физико-химические основы образования цвета керамики. Здесь студенты занимаются решением проблем кирпичных заводов: вопросами оптимизации производственных процессов и цветообразования.

Основные направления научных исследований, проводимых в лаборатории, связаны с разработкой технологии управляемого синтеза, получением строительных материалов с улучшенными эксплуатационными свойствами - прочностными, теплопроводящими, эстетическими. Научный руководитель работы Регины Альмир Максумович Салахов – кандидат технических наук, Заслуженный строитель Республики Татарстан, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники.

Согласно концепции долгосрочного развития Российской Федерации на период до 2020 г., одним из главных направлений обеспечения экологической безопасности является экология производства. С каждым годом все больше внимания уделяют снижению энергоемкости и материалоемкости с помощью внедрения наилучших доступных технологий. Но это представляет собой достаточно сложный и длительный процесс.

Проблеме утилизации промышленных отходов посвящено значительное количество работ российских и зарубежных ученых. Однако информация об использовании промышленных отходов завода им. А.М.Горького в г. Зеленодольск в литературе ранее не освещалась.

Ежегодно на судостроительном заводе им. А.М.Горького в г. Зеленодольске образуется свыше 1 тысячи тонн отходов магнезита, что представляет серьезную проблему для его утилизации. Решением проблемы утилизации может стать его вторичное использование в технологии производства керамических изделий. Но не все отходы еще исследованы и могут применяться в промышленности повторно.

В научной работе Регины проведен анализ отхода магнезита, выявлен его качественный и количественный состав. Исследовано влияние добавок из данного отхода на следующие типы глин: легкоплавкая глина Алексеевского месторождения, тугоплавкая глина Новоорского месторождения, глина Салмановского месторождения с высоким содержание карбонатов. Проведены испытания в идентичных условиях с добавкой чистого оксида магния, однако положительные результаты выявлены не были. Модификация отходов магнезита глин Новоорского и Салмановского месторождений также не привела к улучшению характеристик полученных образцов.

В процессе исследования применялись методы рентгенофазового анализа (дифрактометр XRD-7000S (Shimadzu, Япония), дифрактометр D2 Phaser (Брукер, Германия)), электронной микроскопии (микроскоп EVO-50XVP), измерения основных физико-механических характеристик (пресс ПМГ-500 МГК 4 СКБ, Стройприбор, Россия и др.).

На сканирующем электронном микроскопе «EVO-50» автором были изучены состав и структура отхода. Замечены неоднородность, рыхлость и неустойчивость образований, которые рассматриваются как многокомпонентные, объединяются и образуют конгломераты.

Предварительно глина подвергалась диспергированию в сухом виде. Затем материал модифицировали отходом магнезита с разными массовыми долями от общей массы и составили сырьевые смеси, которые тщательно усредняли в сухом виде. После затворения водой рабочая влажность исходных масс составила 10%. Сырец приготовляли путем компрессионного (15 МПа) формования. Отформованные образцы выдерживали в естественных условиях в течение суток, а затем проводили обжиг при температуре 1050°С-1150 °С с шагом 50 °С в муфельной печи LOIP LF-7/13 (время обжига - 4 часа).

В результате проведенных исследований установлена целесообразность использования добавок из отхода магнезита в интервале 2-5% от общей массы в составах керамических масс из глины Алексеевского месторождения для производства высокопрочной керамики, что в сочетании с  легкоплавкими глинистыми материалами обеспечивает полноту и равномерность спекания при температуре 1150 °С.

Исследовательские наработки уже отправлены на промышленные производства. В декабре 2016 года Регина Арискина подала заявку на патент "Керамическая масса для изготовления клинкерного кирпича". Регина также стала лауреатом в номинации "Интеллект года ИФ". В конце 2016 года был сформирован первый в России студенческий научный отряд "КерамТех", который и возглавила студентка Института физики. Его бойцы или участники выполняют научно-исследовательские работы производственного характера. Цель - решение производственных проблем предприятий, например, оптимизация производственного процесса и внедрение инноваций на предприятиях с помощью современного оборудования. Наша героиня выиграла в прошлом году и конкурс на соискание именных стипендий мэра Казани.