Применение лигнина в качестве выгорающей добавки для производства кирпича

Проведенные рядом институтов исследования показали, что лигнин можно успешно применять в производстве кирпича на кирпично-керамических заводах в качестве выгорающей добавки к глине, практически без изменения технологии. Лигнин характеризуется следующими показателями: влажность 65-70%, насыпной вес 500-600 кг/м3, теплотворная способность 1500-1800 ккал/кг, зольность до 3%.. Лигнин легко смешивается с другими компонентами шихты, не ухудшает ее формовочных свойств и не затрудняет резку бруса. Наиболее эффективное использование лигнина достигается при сравнительно небольшой влажности карьерной глины. Запрессованный в сырец лигнин при сушке не горит, зато обжиг кирпича проходит хорошо, скорость огня в кольцевой печи возрастает. Для обеспечения кондиционной механической прочности строительного кирпича лигнин следует вводить в формовочную шихту в количестве, не превышающем 20-22% ее объема.

Обладая высокой дисперсностью, лигнин не требует в отличие от большинства других видов выгорающих добавок (угля, сланца, шлака), дополнительных затрат на измельчение. При использовании опилок в кирпиче образуются крупные незамкнутые поры, повышающие водопоглощение материала. Сланцы, бурый уголь и другие многозольные добавки полностью не сгорают из-за трудного доступа воздуха в заполненные золой поры кирпича. Использование лигнина в сочетании с такими видами добавок устраняет или ослабляет эти недостатки. Высокую эффективность использования лигнина в кирпичном производстве подтверждает многолетний опыт Ленинградского кирпичного завода №1. Этот завод, начиная с 1949 года широко применяет его в качестве выгорающей добавки. За последние годы на долю лигнина здесь приходилось 60-65% общего количества условного топлива, расходуемого на обжиг кирпича. Использование лигнина в качестве выгорающей добавки позволило заводу значительно снизить себестоимость продукции.

Лигнин представляет собой не только отощающую и выгорающую добавку, но и пластификатор. Использование лигнина в качестве добавки к пылеватым суглинкам, чувствительным к сушке, улучшает их формовочные свойства и снижает трещинообразование изделий при сушке. В качестве выгорающей добавки лигнин улучшает качество обжига. Добавляют 6-20% лигнина от объема массы. Для получения пористого кирпича количество его можно доводить 100%.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для исследования влияния лигнина на свойства поризованной керамики были приготовлены 6 составов, которые представлены в табл. No 1.
Таблица No1. (запросите исследования у компании)
Увлажнение производилось до формовочной влажности 10 %.
Изготовление образцов из формовочной смеси производилось методом полусухого прессования. Рабочее давление на образец составило 15 МПа.
Образцы обжигались в лабораторной электропечи при температуре 1000 °С после предварительной сушки. Испытания образцов на воздушную и огневую усадку и водопоглощение по массе проводили согласно требованиям ГОСТ 21216 и ГОСТ 2409.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Первоначально по результатам испытаний образцов определены значения плотности и теплопроводности образцов в зависимости от количества вводимых выгорающих добавок и выявлены их оптимальные дозировки.
Результаты представлены в табл. No 2.
Таблица No 2 (запросите исследования у компании)
Плотность и коэффициент теплопроводности образцов
Плотность и пористость керамических изделий зависит от их химико-минералогического состава, способа формования и степени обжига. Большую плотность имеют изделия, получаемые методом полусухого прессования в связи с малым количеством воды.

Увеличение вводимых в состав сырьевых смесей древесных опилок в количестве от 0 до 20 % снижает среднюю плотность керамического черепка с 1410 до 732 кг/м3, теплопроводность при этом снижается с 0,62 до 0,27 Вт/м×°С.
Определено, что изделие, в составе которого присутствует 20 % лигнина, имеет плотность 1147 кг/м3 и теплопроводность 0,62 Вт/м×°С, относится к малоэффективной керамике.

При равном количестве выгорающих добавок уменьшается средняя плотность изделий, и, следовательно, улучшаются теплофизические свойства. Изделие, состав которого представлен 10% лигнина и 10 % опилок, можно отнести к классу условно-эффективных керамических изделий.
Усадка керамики в процессе сушки и обжига является существенным фактором, в значительной степени влияющим на свойства получаемых изделий.
В табл. No 3. (запросите исследования у компании)
представлены результаты измерения усадки образцов на различных технологических этапах.

По представленным результатам видно, что наличие лигнина в составе комплексной выгорающей добавки позволяет снизить огневую усадку, но при этом несколько повышается воздушная усадка. Это объясняется тем, что при сушке опилки армируют сырьевую массу, снижая деформации. Однако при обжиге в случае наличия крупноразмерных частиц опилок деформации огневой усадки растут. Также можно отметить, что усадочные деформации пропорционально меняются при замене опилок на лигнин в составе добавки.
Многие авторы отмечали, что наличие лигнина в составе выгорающей добавки приводит к плохой спекаемости массы, её разрыхлению и снижению прочности. Однако в результате эксперимента отмечено, что данный эффект появляется в случае использования технологии пластического формования с влажностью свыше 20 %. При этом необходимо отметить, что большими деформациями характеризуются образцы, содержащие большее количество лигнина в составе добавки. Соединение опилок с лигнином позволяет снизить деформации и добиться максимального выгорания.
Результаты определения водопоглощения представлены в табл. No 4. (запросите исследования у компании)

Согласно нормативным требованиям, водопоглощение керамического кирпича должно быть больше 6 %. При меньшем значении показателя кирпич получается более тяжелым, менее воздухопроницаем и более теплопроводен, имеет плохую адгезию к раствору. Из представленных
результатов видно, что водопоглощение образцов составляет от 14,5 % до 28 %. При таком показателе водопоглощения керамические изделия для наружных стен можно использовать только при наличии наружной отделки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании представленных выше результатов можно сделать следующие выводы:
1. Используя гидролизный лигнин как компонент выгорающей добавки, можно получить эффективную керамику с низким коэффициентом теплопроводности.
2. Оптимальное процентное соотношение лигнина и опилок составляет 50/50 при общем содержании добавки не более 20 %.
3. Оптимальный состав сырьевой смеси с добавкой лигнина и опилок в соотношении 1:1 можно использовать для наружных стен зданий с обязательной фасадной отделкой.