Kutengeneza matofali kutokana na mabaki ya madini ya chuma

Taka za madini ya chuma ni malighafi ya madini mchanganyiko, ambayo ni taka za madini zinazotolewa kama slurry baada ya usindikaji na utenganishaji wa sumaku wa madini ya chuma. Muundo wao unajumuisha vipengele vya kemikali na vya madini. Kiungo kikuu ni kuarzi, inayojumuisha SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃, CaO, MgO, n.k., pamoja na kiasi kidogo cha K₂O, Na₂O, S, P na elementi nyingine. Katika mabaki mengi ya madini ya chuma, kiungo kikuu ni SiO₂. Kwa mabaki yanayotumika kama malighafi ya vifaa vya ujenzi, sifa muhimu ni mwitikio wao wa kikemikali katika suluhisho la Ca(OH)₂. Ingawa mabaki ya madini ya chuma yenyewe hayana sifa za hidroliki za kusimamisha karibu kabisa, unga wa mabaki ya madini ya chuma unapochanganywa na maji na kuingiliana na Ca(OH)₂ katika hali ya joto la kawaida au hali za uponyaji wa hidrothermal, miunganiko yenye sifa nzuri za hidroliki za kusimamisha inaweza kuundwa. Zaidi ya hayo, kulingana na nadharia ya muundo wa ngazi wa vifaa mchanganyiko vilivyoimarishwa na chembechembe, jukumu kuu la viongezeo vya madini ni kuingiliana na nyenzo ya saruji ili kuunda jeli au madini ya mikrokirstali, na hivyo kuongeza kiasi cha awamu ya saruji. Kanuni hii ni sawa na ile ya vifaa vya ujenzi vya mabaki vinavyotengenezwa kwa njia ya hidrosintetiki.

5.1.1.1 Uzalishaji wa matofali yasiyochomwa na matofali yaliyotibiwa kwa mvuke

Matofali yasiyopikwa kwa mvuke wala yasiyochomwa ni aina ya nyenzo za ujenzi zilizotengenezwa kwa kutumia chembechembe za mabaki yaliyoshikamishwa kwa saruji. Hizi ni nyenzo au bidhaa za ujenzi zinazotengenezwa kwa kuunganisha chembechembe za mabaki kuwa kitu kimoja kwa kutumia saruji katika joto la kawaida au chini ya 100°C, na kusababisha maumbo ya kawaida yanayokidhi mahitaji ya matumizi. Katika vifaa hivyo, mabaki hutumika hasa kama mchanganyiko wa kujenga na kwa ujumla hayashiriki katika mmenyuko wa kemikali unaounda kifaa hicho; hata hivyo, umbo lao, mgawanyo wa ukubwa wa chembe, hali ya uso, nguvu za mitambo, na uthabiti wa kemikali vina athari kubwa kwenye utendaji wa kiufundi wa kifaa hicho. Kanuni kuu ni kwamba malighafi hushirikiana na maji zinapochanganywa na kuunda vitu kama silikeiti ya kalsiamu haidreti (CSH) na aluminati ya kalsiamu haidreti (CAH) (ambapo C = CaO, S = SiO₂, A = Al₂O₃, F = Fe₂O₃). Bidhaa hizi mbili za uhydratishaji huunganisha chembechembe za mabaki ya chuma pamoja na pia ndio chanzo kikuu cha uimara wa matofali ya mabaki ya chuma.

Taasisi ya Utafiti wa Madini ya Ma'anshan ilifanikiwa kutengeneza matofali yasiyochomwa kwa kutumia mabaki kutoka migodini ya chuma ya Qidashan na Waitoushan. Aina hii ya matofali ya ukuta yasiyochomwa hutumia mchanga laini wa mabaki (SiO₂ > 70%) kama malighafi kuu, mchanganyiko na kiasi kidogo cha agregati, nyenzo ya simenti yenye kalsiamu, na viambatanisho. Kiasi kinachofaa cha maji huongezwa, na baada ya kuchanganywa sawasawa, mchanganyiko huo hufinyangwa kwenye mashine ya kubana ya tani 60 kwa shinikizo la 19.6–114.7 MPa. Baada ya kuondolewa kwenye kifaa cha kufinyanga, matofali hukomazwa chini ya hali za kawaida (ukomazaji wa asili) kwa siku 28 ili kuwa bidhaa zilizokamilika. Mtiririko wa mchakato unaonyeshwa katika Mchoro 5-1. Matofali ya mabaki kutoka Qidashan na Waitoushan yalifanyiwa majaribio, na viashiria vyote vilikidhi mahitaji ya tofali la kiwango cha 100 lililoainishwa katika “Vigezo vya Kiufundi vya Matofali ya Udongo Yasiyosinteriwa” vilivyotolewa na Taasisi ya Kitaifa ya Zamani ya Vifaa vya Ujenzi.

Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Dalian, kwa ushirikiano na Mgodi wa Chuma wa Angang Dagushan, kilitumia mabaki ya chuma na chokaa kama malighafi kuu, pamoja na kiasi kinachofaa cha vifaa vilivyobadilishwa na viambato, kuendeleza matofali ya mabaki yaliyoponywa kwa mvuke. Matofali haya yalionyesha sifa nzuri za kimwili na mitambo, yakikidhi mahitaji ya matofali ya kiwango cha 100 na zaidi.

Feng Xueyuan na wenzake walitumia mabaki ya madini ya chuma yenye silikoni nyingi yenye sifa za kawaida kutoka eneo la Longguan, Kaunti ya Chicheng, Jiji la Zhangjiakou, kutengeneza matofali yasiyopikwa kwa mvuke na yasiyochomwa kwa moto. Matofali hayo yalitimiza mahitaji ya kiwango cha kitaifa cha MU10 kwa upande wa nguvu ya kubana na nguvu ya kupinda. Chini ya uwiano bora wa mchanganyiko, kiwango cha matumizi ya mabaki kilifikia karibu 50%. Zhang Jinrui, Jia Qingmei, na wengine walitumia mabaki kutoka Mgodi wa Chuma wa Tangshan Shirengou, wakiongeza chembechembe kubwa na saruji katika utafiti wao wa majaribio, na wakatengeneza matofali ya mabaki yenye viwango vya nguvu vya MU10 na MU15. Kiwango cha mabaki katika mchanganyiko mbichi kilifikia hadi 70%.

Mchakato wa kutengeneza matofali yaliyopikwa kwa mvuke kutoka kwa mabaki ya madini ya chuma kimsingi ni uleule na ule wa matofali yasiyopikwa kwa mvuke na yasiyochomwa, tofauti kuu ikiwa ni utaratibu wa kukausha. Jia Qingmei, Zhang Jinrui, na wenzake pia walifanya utafiti juu ya utengenezaji wa matofali yaliyopikwa kwa mvuke kutoka kwa mabaki ya chuma yenye silikoni ya juu kutoka Mgodi wa Chuma wa Tangshan Shirengou, wakipata matokeo mazuri. Baada ya kuongeza vifaa vya kurekebisha, kupima uwiano, kuandaa mchanganyiko, na kuunda kwa mtetemo, mabaki ya chuma yalipikwa kwa mvuke kwa saa 11. Matofali ya mabaki yaliyopikwa kwa mvuke yalitimiza viwango husika vya nguvu ya kubana na ya kupinda, huku kiwango cha matumizi ya mabaki ya chuma kikiwa cha juu sana, cha wastani wa 50% katika mchanganyiko wa malighafi.

Mchoro 5-1 Mtiririko wa mchakato wa uzalishaji wa matofali ya mabaki yasiyochomwa

Kutengeneza matofali ya mapambo ya ukuta na sakafu

Uzalishaji wa matofali ya mapambo kutoka kwenye mabaki ya madini ya chuma una mchakato rahisi, gharama ndogo ya malighafi, sifa nzuri za kimwili, uso laini na wa kuvutia, na athari ya mapambo inayolingana na aina nyingine za matofali ya mapambo (k.m., matofali ya sakafu ya saruji, vigae vya keramiki vilivyopakwa glasi). Chen Jichun na wenzake walifanikiwa kutengeneza matofali ya kupangilia yenye rangi yaliyopigwa shinikizo kwa kutumia mabaki ya madini ya chuma yenye silikoni kidogo (mabaki makubwa yaliyochujwa kutoka Mgodi wa Chuma wa Chengchao, Kampuni ya Mgodi wa Chuma na Chuma ya Wuhan). Mchanganyiko bora ulibainishwa kuwa ni saruji : majivu ya kuruka : mchanga wa mabaki = 25 : 10 : 65, na uwiano wa maji kwa saruji wa 8%. Baadaye, walichunguza athari za viungio tofauti kwenye utendaji wa bidhaa. Kwa kutumia matope ya chuma yenye silikoni kidogo (ambayo ni vigumu kuyatumia) pamoja na majivu ya kuruka yaliyotolewa kwa maji, saruji ya kawaida ya Portland ya 425#, na vichanganyio vya TN, TH, TB, FN, na TNC (kemikali safi zinazopatikana kibiashara), walitengeneza matofali ya kupangilia. Mpangilio wa athari ya kuimarisha ya vichanganyio kwenye uimara wa matofali na sifa nyingine ulibainishwa kuwa FN > TNC > TN > TB > TH. Zhang Yi na wenzake walitumia mabaki ya madini ya chuma kutoka Huangmeishan, Mkoa wa Anhui kama malighafi kuu kutengeneza matofali ya sakafu ya rangi kwa kutumia mchakato wa kuunda kwa mtikiso wa kinyume na mchakato wa kubonyeza. Nguvu ya kubana ya matofali ilizidi kiwango cha kitaifa, na hivyo kukidhi mahitaji ya ujenzi wa barabara. Uwiano wa mchanganyiko na data husika zinaonyeshwa katika Jedwali 5-1. Matofali ya sakafu ya rangi yaliyotengenezwa kwa mchakato wa mtetemo wa kinyume ni ya kuvutia, yenye nguvu kubwa, huzuia kuteleza, na huzuia kuchakaa. Mchakato huu unahitaji uwekezaji mdogo, unaleta faida ya haraka, unazalisha bidhaa za ubora wa juu zenye aina nyingi, na unaongeza thamani kubwa. Hata hivyo, mahitaji na gharama za usafirishaji ni kubwa. Mchakato wa kubinya una sifa ya kiwango cha juu cha uendeshaji wa kiotomatiki, uzalishaji mkubwa kwa kila kitengo, mtiririko rahisi wa mchakato, na ufanisi mkubwa wa uzalishaji. Inatoa faida nyingi kama vile usuguaji dhidi ya kuteleza, usuguaji dhidi ya uchakavu, usuguaji dhidi ya kuganda na kuyeyuka, mtiririko wa maji, uwekaji rahisi, uondoaji rahisi, urekebishaji rahisi wa vidonda, na ukarabati rahisi. Matofali kama haya hutumika sana katika bustani, barabara, na viwanja vya umma, na yana mahitaji makubwa na matarajio makubwa ya maendeleo.

Taasisi ya Utafiti wa Madini ya Ma'anshan ilitumia matope laini kutoka migodini ya chuma ya Qidashan na Waitoushan, ikiongeza kiasi kidogo cha nyenzo isiyo ya kikaboni ya saruji, saruji ya kawaida ya Portland, simenti nyeupe ya Portland, na kiasi kinachofaa cha maji, na baada ya kuchanganya na kuyumbisha kwa usawa, zilitengeneza matofali ya mapambo kwa muundo wa tabaka mbili (tabaka la msingi na tabaka la uso). Mchakato wa uzalishaji unaonyeshwa katika Mchoro 5-2. Majaribio kwenye bidhaa yalionyesha kuwa nguvu zao za kubana…

Jedwali 5-1 Uwiano wa mchanganyiko na matokeo ya majaribio ya nguvu ya ukandaji

Mchoro 5-2: Mchoro wa mtiririko wa mchakato wa uzalishaji wa matofali ya mapambo ya kuta

Nguvu ya wastani ya kubana ni 19.6 MPa; nguvu ya kupinda ni 5.0 MPa, na upinzani dhidi ya alkali na kutu ni imara kiasi. Uzalishaji wa matofali ya mapambo kutoka kwenye mabaki ya madini ya chuma una sifa za mchakato rahisi, gharama ndogo ya malighafi, sifa nzuri za kimwili, uso laini na wa kuvutia, na athari ya mapambo inayolingana na aina nyingine za matofali ya mapambo (kwa mfano, matofali ya sakafu ya saruji, vigae vya keramiki vilivyopakwa glasi).

Chuo Kikuu cha Tongji, kwa kushirikiana na Mgodi wa Chuma wa Gushan wa Kampuni ya Chuma na Chuma ya Ma'anshan, kilitumia unga wa mabaki wenye ukubwa wa chembe chini ya 0.15 mm kama malighafi kuu, uliochanganywa na 10%– unga wa chokaa cha haraka wa 10%, na kusukumwa kuwa matofali ya ukuta na matofali ya sakafu ya vipimo na maumbo mbalimbali. Matofali yaliyotengenezwa ni ya rangi ya kahawia bila rangi yoyote iliyoongezwa, yenye rangi sawa isiyofifia, na kuyafanya yafae kwa ujenzi wa kuta za nje zinazoonekana. Kutumia saruji ya Portland kama kiunganishi hutoa matokeo bora zaidi na kurahisisha zaidi mchakato. Matofali ya mapambo yanayotengenezwa yanafaa hasa kwa kufunika kuta za nje. Vinginevyo, uso wa matofali yaliyokamilika unaweza kutibiwa kwa resini ya polyester isiyojaa iliyochanganywa na rangi za rangi tofauti ili kutengeneza matofali ya mapambo ya rangi moja au yenye mchoro wa marumaru halisi yanayong'aa. Matofali pia yanaweza kutengenezwa bila rangi yoyote, kwa kutumia resini au vifuniko vingine pekee ili kutengeneza matofali ya kahawia iliyokolea yenye kung'aa, ambayo yanaweza kuchukua nafasi ya vigae vya kawaida vya seramiki na marumaru bandia kwa ajili ya mapambo ya ndani. Matofali ya mabaki yaliyotibiwa kwa mvuke wa angahewa yana nguvu ya ushinikizo ya 12.4 MPa na nguvu ya kunyumbulika ya 3.0 MPa. Wakati kiasi kinachofaa cha majivu ya kuruka na kiasi kidogo cha jipsamu vinapoongezwa kwenye mchanganyiko, nguvu inaweza kuongezwa hadi zaidi ya 20.0 MPa. Zaidi ya hayo, majaribio yameonyesha kuwa aina hii ya matofali ya mabaki pia ni nyenzo inayostahimili athari za hewa.

 Uzalishaji wa matofali ya chokaa na mchanga yaliyobanwa kwa mashine

Kiwanda cha uchakataji wa madini cha Mgodi wa Chuma wa Jinling, kwa kuzingatia sifa za mgodi, kinatumia mabaki ya uchimbaji kutengeneza matofali ya chokaa na mchanga yaliyoshinikizwa kwa mashine. Matofali haya yanatengenezwa hasa kwa mabaki ya madini ya chuma, yakichanganywa kwa kiasi kinachofaa cha saruji, yakichanganywa kavu kwa usawa, kisha yakichanganywa na kiasi kidogo cha nyenzo ya kuunganisha na kusagwa ili kuongeza shughuli ya uso. Baada ya kubanwa na kupewa umbo kwenye mashine ya kubana, hukomazwa kiasili. Mchakato wake ni rahisi: hakuna uchomaji, hakuna ukomazaji kwa mvuke, hivyo huokoa nishati (huokoa takriban tani 0.16 za makaa ya mawe ya kawaida kwa kila matofali 10,000 ikilinganishwa na matofali ya udongo) na haisababishi uchafuzi wa mazingira. Matofali ya chokaa na mchanga yanayotengenezwa yana vipimo sahihi, ncha kali, mwonekano nadhifu, na miili iliyonyooka, jambo linalopunguza kiasi cha saruji ya kupaka kinachohitajika, kuongeza ufanisi wa kazi, na kupunguza gharama za ujenzi. Kiwanda hicho kilijenga mstari wa uzalishaji mnamo Oktoba 1989. Majaribio yalionyesha kuwa viashiria vyote vya utendaji halisi vya matofali ya chokaa na mchanga vilikidhi mahitaji ya kiufundi ya kiwango cha matofali ya chokaa na mchanga ya Daraja la 100 yaliyoshinikizwa kwa mashine.

5.1.1.4 Uzalishaji wa matofali ya mabaki yenye kaboni

Mwaka 1986, Mgodi wa Chuma wa Yuquanling ulianza utafiti wa kutumia mabaki ya uchimbaji kutengeneza matofali yenye kaboni na umefanikiwa. Matofali ya mabaki yaliyotengenezwa kwa mchakato wa kuchanganywa kaboni ni vifaa vya ujenzi vinavyotengenezwa kwa mchanga wa mabaki na chokaa. Baada ya maandalizi ya malighafi na uundaji kwa shinikizo, huchanganywa kaboni kwa kutumia dioksidi kaboni (CO₂) kutoka kwenye gesi ya moshi ya tanuru ya chokaa.

A. Kanuni

Matofali ya nusu-kamilifu ya mchanganyiko wa chokaa na mchanga yaliyotengenezwa kwa njia ya kabonati hujenga kwanza kristali za hidroksidi ya kalsiamu kupitia unyevu na ugumu wa chokaa kali. Kisha, kwa kutumia CO₂ kutoka kwenye gesi ya moshi ya tanuru ya chokaa, kabonati hutoa kristali za kabonati ya kalsiamu (CaCO₃). Maji yaliyochanganywa kemikali hupungua kwa mvuke kutoka kwenye hidreti, na bidhaa hupata nguvu yake ya mwisho ya kabonati. Mmenyuko wa kemikali ni kama ifuatavyo:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂
Ca(OH)₂ + nH₂O + CO₂ → CaCO₃ + (n+1)H₂O

B. Mchakato

Mchanganyiko wa mchanga wa mabaki wa 80%–85% na unga wa chokaa wa 15%–20% huchanganywa kwa uwiano, huchanganywa na takriban 9% maji, huchanganywa tena, kisha huundwa kwenye mashine ya kubonyeza matofali yenye mashimo nane. Kabla ya kuingia kwenye tanuru, matofali hukaushwa ama kwenye kikaushio au kwa njia ya asili hadi kiwango cha unyevu kiwe chini ya 4%. Kisha hufanywa uoksidishaji katika tanuru ya handaki yenye kiwango cha CO₂ cha 20%–40% na kina cha uoksidishaji cha zaidi ya 60%. Baada ya kutoka kwenye tanuru, bidhaa iliyokamilika hupatikana.

Mchakato wa uzalishaji wa aina hii ya matofali ni rahisi, unaweza kufanywa kwa kutumia vifaa vya kisasa au vya msingi, na hauhusishi matatizo magumu ya kiufundi. Unaweza kuzalishwa kwa wingi popote ambapo mchanga wa mabaki na mawe ya chokaa vinapatikana.

5.1.1.5 Uzalishaji wa vigae na matofali ya glasi ya serpetini

Taka zinazotolewa kutoka Mgodi wa Chuma wa Weihai ni hasa slag ya serpentina, na uzalishaji wa kila mwaka ni tani 100,000–150,000. Ili kutumia kwa ukamilifu slag ya serpentini, majaribio ya uwezekano wa mchakato wa uzalishaji wa vigae vilivyopakwa glaze kwa kutumia slag ya serpentini yalifanywa kuanzia Mei hadi Julai 1987. Vipengele vikuu vya madini vya slag ya serpentini ni madini ya siliketi kama vile serpentini, olivini, diopside, tremolite, na hornblende. Ukubwa wa chembe zilizosagwa ni mdogo na sawa: kwa kawaida 85% < 0.256 mm. Kulingana na sifa zake za kifizikia na kemikali (muundo wa madini, muundo wa kemikali, ukubwa wa chembe, n.k.), slag hii inaweza kutumika moja kwa moja kama malighafi kuu kwa ajili ya kutengeneza vifaa vya kawaida vya ujenzi vya kiraia vya kupamba kama vile matofali na vigae.

A. Kanuni ya kutengeneza vigae na matofali yaliyopakwa glasi ya slag yenye muundo wa nyoka

Kanuni hii inategemea hasa sifa za kuyeyuka na kuunda kristali za madini. Wakati wa mchakato wa kuyeyuka kwa joto la juu kutoka hatua ngumu hadi hatua ya kioevu, nguvu za kupinga kati ya molekuli katika nyenzo huongezeka, na nguvu za uunganisho kati ya viungo vya molekuli hupungua. Wakati wa mchakato wa uundaji wa kristali kutoka hatua ya kioevu-ngumu hadi hatua ya ngumu, nguvu za mvuto kati ya molekuli huongezeka, na nguvu za uunganisho kati ya viungo vya molekuli huongezeka. Kipande cha msingi cha tauli/matofali ya slag ya serpentine, ambacho kina sifa za kikemikali za kuwa na wingi wa SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, na Fe₃O₄, hupitia mchakato wa kuyeyushwa na kuunda kristali katika joto la juu, na hivyo kukamilisha mchakato wa mmenyuko wa kimwili na kikemikali kutoka awamu ya gumu → awamu ya kioevu-gumu → awamu ya gumu. Hii huimarisha nguvu za uunganishaji kati ya molekuli, na kusababisha mabadiliko katika ugumu, uimara, upinzani dhidi ya kutu, ufyonzwaji wa maji, na sifa nyingine za matofali/taela zilizochomwa, na hivyo kuboresha sifa mbalimbali za awali za kimwili.

B. Mchakato wa uzalishaji

Mchakato mkuu wa uzalishaji wa matofali na vigae vilivyopakwa glasi ya slag ya serpentini unajumuisha: maandalizi ya malighafi, uundaji wa blanki, upakaji glasi, ukaushaji kwa hewa moto, na uyeyushaji-kristalizishaji.

(1) Uandaaji wa malighafi. Kulingana na muundo wa kemikali na sifa za kimwili za slag, andaa nyenzo tupu yenye upinzani mkubwa wa joto na unene mdogo kuliko matofali/taela za kawaida. Nyenzo ya msingi kwa ujumla inapaswa kukidhi mahitaji yafuatayo: muundo wa kemikali – SiO₂ 60%–70%, Al₂O₃ 10%–25%, CaO+MgO 0%–25%, Fe₂O₃ 3%–15%; ukubwa wa chembe – >0.25 mm: 2%, 0.25–0.05 mm: 40%, 0.05–0.005 mm: 45%, <0.005 mm: 12%; fahirisi ya plastiki <7 (kwa mipaka ya kioevu na mipaka ya plastiki); upungufu wa kukausha <12%; upungufu wa mstari wa kuchoma <8%.

(2) Uundaji wa blanka. Nyenzo ghafi iliyotayarishwa inachanganywa hadi kuwa katika hali ya plastiki kwenye mchanganyaji, inakatwa kuwa vipande tupu, vipande hivyo vinapelekwa kwenye kalibu na kusukumwa kuwa vipande tupu vya awali kwenye mashine ya kusukuma, kisha hukaushwa katika chumba cha ukaushaji.

(3) Ufunikaji wa kioo. Vipande ghafi vilivyokaribia kukauka vinamaliziwa uso kisha vinanyunyiziwa glasi (glasi ya msingi, glasi yenye rangi, n.k.) kulingana na mahitaji. Baada ya kukaushwa kwa hewa moto katika chumba cha kukausha hadi kiwango cha unyevu kiwe chini ya 11%, vinatumwa kwenye tanuri.

(4) Uyeyushaji-Uundaji wa kristali. Vipande vilivyokaushwa huwekwa kwenye tanuru (kwa kawaida tanuru maalum yenye matundu au tanuru ya mfereji iliyotengenezwa kwa vifaa vinavyostahimili joto). Kwa masaa ya kwanza 0–14, joto huongezwa kwa wastani wa 50°C kwa saa; kwa masaa 14–20, kwa wastani wa 30°C kwa saa. Kisha joto linawekwa thabiti kwa saa 25–28, huku joto la tanuri likifikia 1000–1050°C. Wakati nyenzo iko katika hali ya suluhisho imara, moto huzimwa kwa saa 4–6 na joto hupunguzwa kwa ajili ya uundaji wa kristali.

Mchakato huu wa utengenezaji wa vigae vya glasi ni rahisi, unatumia malighafi zinazopatikana kwa wingi, na una gharama ndogo, ukitoa matarajio mapana ya matumizi.

5.1.1.6 Uzalishaji wa matofali ya mabaki ya “three-no”

Angang (Anshan Iron and Steel Group) imetengeneza matofali ya mabaki ya madini ya aina ya “three-no” (bila kubonyezwa, bila kupashwa mvuke, bila kuchomwa) kwa kutumia unga wa mabaki ya madini ya chuma kama malighafi kuu. Majaribio yameonyesha kuwa matofali haya yanakidhi kikamilifu mahitaji ya kiwango cha JC153‑75 MU10, na bidhaa hiyo imepitishwa katika tathmini ya kiufundi ya ngazi ya mkoa.

A. Malighafi kuu na mahitaji ya ubora

Matofali haya yanatumia unga wa mabaki ya chuma kama nyenzo kuu, chokaa kama kichocheo cha kukausha, na saruji kama kiunganishi.

(1) Unga wa mabaki ya chuma: mabaki ya chuma kutoka kiwanda cha uboreshaji cha Sanshao katika eneo la Anshan. Muundo wao wa kemikali, sifa zao za kimwili, na usambazaji wa ukubwa wa chembe zinaonyeshwa katika Jedwali 5-2 na 5-3. Msongamano: 2.85 g/cm³; msongamano wa jumla: 1480 kg/m³; yaliyomo matope ≤3%; yaliyomo maji ≤2%.

Jedwali 5-2 Muundo wa kemikali wa unga wa mabaki ya chuma

Jedwali 5-3 Usambazaji wa ukubwa wa chembe za unga wa mabaki ya chuma

(2) Nimbu kijaniChokaa kali kama wakala wa kuponya. Yaliyomo ya CaO ≥65% kwa uzito; msongamano wa jumla 1100 kg/m³. Mgawanyo wa ukubwa wa chembe unaonyeshwa katika Jedwali 5-4. Kiasi sahihi cha kuongeza ni 10%–20%.

Jedwali 5-4 Usambazaji wa ukubwa wa chembe za unga wa chokaa kali

(3) Mchanganyiko – majivu ya ndegeMajivu ya flimu ni mabaki ya taka za viwandani yanayopatikana kwa wingi. Msongamano: 2.2 g/cm³; msongamano wa jumla: 1000 kg/m³; unene: mabaki kwenye chujio la 0.08 mm ≤8%; upotevu kwa kuchomwa ≤7%; Kiwango cha SO₃ ≤3%. Muundo wa kemikali unaonyeshwa katika Jedwali 5-5. Kiasi sahihi cha kuongeza ni takriban 15%.

Jedwali 5-5 Muundo wa kemikali wa majivu ya moshi

(4) Kichocheo na mchanganyiko mchanganyikoKichocheo ni gypsum hemihydrate (CaSO₄·0.5H₂O); mchanganyiko wa viambato ni wakala wa K uliotengenezwa wenyewe. Kiasi sahihi cha kuongeza ni 0.5%–1.0%.

(5) Simenti: Simenti ya Portland ya kawaida daraja la 325 au 425 au simenti ya Portland yenye slag ya tanuru ya kupashia. Kiasi kinadhibitiwa kulingana na gharama, kwa kawaida hakizidi 15%.

B. Utaratibu

Ili kufikia “matatu-hapana” (hakuna kubonyeza, hakuna kupasha mvuke, hakuna kuchoma) kwa matofali ya unga wa mabaki, ni lazima malighafi zitunge siliketi, aluminiati, na sulfoaluminiati zilizo na maji katika joto la kawaida. Uchambuzi wa difraksheni ya X-ray unaonyesha kwamba matofali ya kijani yana kiasi kikubwa cha gel au kristali za tobermorite za C-S-H, pamoja na kiasi kidogo cha kristali zenye umbo la sindano za sulfoaluminate ya kalsiamu yenye maji. Mchanganyiko wa viambato unaoongezwa kwenye matofali ni 'surfactant' yenye ufanisi mkubwa. Athari zake za kutawanya na kunyonya huongeza viwango vya majimaji vya saruji, huboresha hali ya muingiliano kati ya chembechembe za saruji, maji, unga wa mabaki, na majivu ya kuruka, huharakisha mmenyuko wa majimaji, na hutoa nguvu kubwa katika joto la kawaida.

Mmenyuko mkuu wa uhydratishaji kwa ajili ya kuandaa matofali ya “three-no” ni pamoja na (katika fomula za mmenyuko, C = CaO, S = SiO₂, A = Al₂O₃, F = Fe₂O₃):

2C₃S + 6H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + 3Ca(OH)₂
2C₂S + 4H₂O = 3CaO·2SiO₂·3H₂O + Ca(OH)₂
C₃A + 6H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O
C₄AF + 7H₂O = 3CaO·Al₂O₃·6H₂O + CaO·Fe₂O₃·H₂O
3CaO·Al₂O₃·6H₂O + 3CaSO₄·2H₂O + 20H₂O = C₃A·3CaSO₄·3H₂O
xCa(OH)₂ + Al₂O₃ + mH₂O = xCaO·Al₂O₃·mH₂O
yCa(OH)₂ + SiO₂ + nH₂O = yCaO·SiO₂·nH₂O

Ca(OH)₂ inayotokana na uhydratishaji wa saruji inaendelea kuingiliana na Al₂O₃ na SiO₂ hai katika unga wa mabaki na majivu ya kuruka ili kuunda hidreti za siliketi na aluminiati zenye alkalinita ya chini, ikifanya muundo wa matofali kuwa mzito, kuongeza uimara, na kutoa upinzani mzuri dhidi ya baridi kali, upinzani wa maji, na sifa nyingine bora.

C. Mchakato

Mchakato huu unajumuisha hasa upimaji, kuchanganya, uzeeni, kuunda, na kukomaza. Nyenzo ghafi zimepangwa kwa uwiano wa unga wa mabaki : saruji : majivu ya ndege : chokaa = 6:1.5:1.5:1 au 7:1:1:1, kisha kichocheo (gypsum) huongezwa, na mchanganyiko kavu huchanganywa kwa usawa. Maji na wakala K huongezwa na kuchanganywa kwa usawa kwa mkono. Kiasi cha maji kinachoongezwa kwa kawaida ni 20%–30% ya uzito wa unga wa mabaki. Baada ya kuchanganya, mchanganyiko huachwa kwa dakika 20–30, kisha huachwa kukomaa, huwekwa kwenye vifaa vya kuunda, na uso wake husawazishwa. Vifaa vya kuunda huondolewa baada ya masaa 24, na matofali hukomazwa hewani au majini kwa mwezi mmoja. Nguvu yake majini huwa takriban 20–30% zaidi kuliko hewani.

Mchakato huu wa kutengeneza matofali unaweza kutumia kiasi kikubwa cha mabaki ya taka za viwandani, ukisaidia kukuza rasilimali za vifaa, kuokoa nishati, na kupunguza gharama za uzalishaji.

5.1.1.7 Uzalishaji wa matofali ya kioo

Ili kutengeneza matofali ya vitrified, madini ghafi lazima yawe na uwiano mkubwa wa SiO₂ na Al₂O₃, na pia yawe na kiasi fulani cha vitu vyenye kiwango cha chini cha kuyeyuka kama vile K₂O, Na₂O, CaO, na MgO. Ulinganisho wa muundo wa kemikali wa matofali ya seramiki yaliyovitrifishwa ya ndani na ya kimataifa na yale ya mabaki kadhaa ya madini ya chuma ya kawaida ya Kichina unaonyesha kuwa mabaki ya madini ya chuma ya aina ya Anshan yanaweza kimsingi kukidhi mahitaji ya muundo, na mabaki mengine ya madini ya chuma yanaweza kukidhi mahitaji kwa kuongeza mchanga wa kwanza. Jambo la kuzingatia ni kwamba mabaki ya madini ya chuma yana kiasi fulani cha Fe₂O₃, ambayo, baada ya michakato tofauti ya usindikaji, inaweza kutoa rangi tofauti kwa kile kilichoungwa kama vile kahawia, njano, nyekundu, na nyeusi. Hii inayafanya kuwa rangi ya asili kwa ajili ya kutengeneza matofali ya seramiki ya kioo yenye rangi.

Mapema mwishoni mwa karne ya ishirini, China ilianza kuchunguza uwezekano wa kutumia mabaki ya madini ya chuma kutengeneza matofali ya seramiki yaliyoyeyushwa. Mnamo 1997, Ni Wen na wenzake kutoka Chuo Kikuu cha Sayansi na Teknolojia cha Beijing (USTB) walizalisha kwa mara ya kwanza matofali ya keramiki vilivyovitrifishwa kwa kutumia mabaki ya madini ya chuma ya Damiao au kwa kuongeza kiasi fulani cha udongo. Matofali hayo yalikuwa na nguvu ya mfinyazo ya 162 MPa, nguvu ya kupinda ya 62 MPa, na ufyonzwaji wa maji wa chini ya 0.1%. Katika miaka ya hivi karibuni, kadiri umakini kwa matumizi ya rasilimali za mabaki ulivyoongezeka na mahitaji ya soko ya vifaa vya ujenzi yakiendelea kuongezeka, utafiti kuhusu utengenezaji wa matofali ya kioo kutoka kwa mabaki ya madini ya chuma umeongezeka. Mnamo mwaka 2007, Taasisi ya Utafiti ya Madini yasiyo ya Chuma ya Hunan ilitumia mabaki ya Chuma na Chuma cha Benxi kama malighafi kutengeneza matofali ya kioo. Bidhaa hiyo ilikuwa ya rangi ya kijivu, ikiwa na ufyonzaji wa maji wa 0.68% na nguvu ya mfinyazo ya 65.3 MPa, ikikidhi kiwango cha viwanda vya vifaa vya ujenzi. Mnamo 2012, Shi Qi kutoka Taasisi ya Keramiki ya Jingdezhen alitumia mabaki ya chuma na chuma cha Panzhihua kutengeneza matofali meusi ya kioo yenye ufyonzaji wa maji wa 0.1%–0.4%, nguvu ya mfinyazo ya 46.2–48.7 MPa, na upinzani wa kuvaa wa 146–155 mm. Mnamo 2013, Jiao Juan na wenzake kutoka USTB walifanya majaribio ya kuzalisha vigae na matofali ya seramiki yaliyoyeyushwa kutoka kwa mabaki ya madini ya chuma ya Chengchao, yakionyesha kuwa mabaki ya madini ya chuma ya Chengchao yanaweza kutumika kutengeneza matofali meusi ya seramiki yaliyoyeyushwa.

Utafiti wa majaribio uliofanywa na USTB juu ya utengenezaji wa matofali ya vitrified kwa kutumia mabaki ya magnetite ya vanadium-titanium ya Damiao yaliyochanganywa na udongo

A. Malighafi

Madini kuu katika mabaki ya uchimbaji madini ya chuma ya Damiao ni madini yasiyo ya thamani kama plagioclase, pyroxene, chlorite, na epidote. Mabaki hayo yalisagwa vizuri na kuchambuliwa kemikali; matokeo yanaonyeshwa katika Jedwali 5-6.

Jedwali 5-6 Matokeo ya uchambuzi wa kemikali ya mabaki (%)

Madini kuu katika udongo ni montmorillonite, yenye muundo wa kemikali ufuatao: SiO₂ 68.04%, Al₂O₃ 16.46%, K₂O 0.22%, Na₂O 2.31%, CaO 0.29%, MgO 6.20%, Fe₂O₃ kidogo, upotevu kwa kuchomwa 5.92%. Nyongeza ya udongo ni 10%.

B. Mchakato

Tailings huchanganywa na udongo kwa uwiano fulani, na mchanganyiko husagwa hadi ukubwa wa chembe chini ya 98% na zaidi ya 0.043 mm. Nyenzo iliyokaushwa hufanywa chembechembe kwa kutumia 5% maji, na chembechembe hizo hubanwa kuwa matofali ya unyevu kwa shinikizo la 38 MPa. Baadaye matofali hayo huchomwa kwa joto la 1145–1150 °C. Baada ya kung'arishwa, sampuli zilizochomwa hubadilika kuwa matofali ya kioo yenye rangi ya kahawa. Majaribio yanaonyesha kuwa viashiria vyote vya utendaji vinakidhi mahitaji ya matofali ya kioo ya kibiashara. Ikiwa zitatwanga katika mazingira ya kupunguza oksijeni (yaani, kuweka matofali ghafi kwenye chombo cha kuokea chenye unga wa mkaa, kikiwa kimefungwa, bila matofali kugusana moja kwa moja na mkaa – kugusana moja kwa moja kungepunguza magnetaiti kuwa oksidi ya chuma na chuma halisi, na kusababisha kuyeyuka), matokeo yake ni tofali lenye rangi nyeusi, ambalo linakuwa nyeusi na kung'aa baada ya kusuguliwa.

Tailings za awali kutoka mgodi wa chuma wa Damiao zinaweza kutumika kutengeneza matofali ya vitrified yenye rangi ya kahawa na nyeusi yanayokidhi viwango vya ubora vya matofali ya vitrified ya kibiashara. Kwa upande wa nguvu ya kijani na wigo wa joto la kuchoma, upanuzi na majaribio ya viwandani yanawezekana.

Ingawa utafiti wa kuzalisha matofali ya seramiki vilivyovitrifia kutokana na mabaki ya madini ya chuma ulianza mapema nchini China, uzalishaji mkubwa viwandani wa matofali hayo bado haujafikiwa. Ili kufanikisha uzalishaji wa viwandani, bado inahitajika kushughulikia masuala ya kiufundi, kukuza bidhaa, na maendeleo ya soko.

5.1.1.8 Uzalishaji wa matofali yaliyochomwa

Matofali yaliyochomwa ni nyenzo ya ujenzi yenye historia ndefu na matumizi makubwa sana. Ili kuzalisha matofali yaliyochomwa, China hutumia kiasi kikubwa cha udongo kila mwaka, na uchimbaji wa udongo pia huharibu mashamba mengi. Kwa hivyo, serikali ya China imepiga marufuku waziwazi uzalishaji wa matofali imara yaliyotengenezwa kwa udongo. Matofali yaliyochomwa hayahitaji malighafi za kiwango cha juu lakini yanahitaji kiasi kikubwa. Matope ya chuma, kwa kuwa ni mabaki ya taka yenye uzalishaji mkubwa na matumizi madogo, yana matarajio mazuri kwa matumizi haya. Kwa kubadilisha sehemu ya udongo na matope ya chuma na kuongeza kiasi kinachofaa cha kiyeyusho, matofali ya kawaida ya udongo yanaweza kuchomwa kwa mafanikio. Zaidi ya hayo, kwa kudhibiti kiasi cha mabaki ya chuma yanayoongezwa, matofali ya mabaki yenye viwango tofauti vya uimara yanaweza kuzalishwa. Kutumia mabaki ya chuma kutengeneza matofali yaliyooka kunaweza kutumia mazingira ya kiwanda yaliyopo, kikihitaji uwekezaji mdogo na kuleta faida ya haraka. Hii pia inafungua njia mpya kwa matumizi kamili ya mabaki ya chuma, kuokoa nishati, kutumia mabaki, na kulinda mazingira.

Wang Jinzhong alifanikiwa kuendeleza matofali yaliyochomwa kwa kutumia mabaki ya madini kutoka Mgodi wa Chuma wa Waitoushan huko Benxi. Kwa sababu mabaki ya madini ya chuma yana muundo tata na hayana mshikamano, matumizi yao mengi katika matofali yaliyochomwa hupunguza unyumbufu; matumizi kidogo hayafanikiwi kufikia lengo la matumizi makubwa na ya jumla. Kwa hiyo, katika majaribio, matope ya chuma yaliongezwa kwa viwango vya 30%, 40%, 50%, na 60% pamoja na udongo wa mfinyanzi na kiasi kinachofaa cha kiimarishaji kilichotengenezwa wenyewe. Matokeo yalionyesha kuwa matofali ya kawaida ya udongo yanaweza kuchomwa kwa mafanikio, na kwamba kwa kudhibiti kiasi cha mabaki ya chuma, matofali ya mabaki yenye viwango tofauti vya uimara yanaweza kuzalishwa. Mtiririko wa mchakato unaonyeshwa katika Mchoro 5-3.

Mchoro 5-3 Mchoro wa mtiririko wa mchakato wa uzalishaji wa matofali yaliyosinteriwa kutoka kwa mabaki ya madini ya chuma

Katika uwanja wa uzalishaji wa matofali yaliyosinteriwa kutoka kwa mabaki ya madini ya chuma, Mgodi wa Chuma wa Meishan ni mfano unaowakilisha. Migodi ya Chuma ya Meishan, kwa ushirikiano na Chuo Kikuu cha Usanifu na Teknolojia cha Xi'an, Taasisi ya Utafiti na Ubunifu ya Keramiki ya Viwandani ya Shandong, na taasisi nyingine, ilifanya utafiti wa kimfumo uliojumuisha majaribio ya maabara, majaribio ya kiwango cha majaribio, na majaribio ya viwandani kwa kutumia mabaki kutoka Migodi ya Chuma ya Meishan. Kiwango cha matumizi ya mabaki kilifikia 80%–100%. Kupitia utafiti wa mchakato, wigo wa joto la kuoka kwa matofali yaliyosinteriwa kutoka kwa mabaki ulibainika kuwa 1050–1150°C. Wakati wa kuoka, matofali imara yanaweza kupangwa wima, wakati matofali yenye matundu na matofali yenye mashimo makubwa yanapaswa kupangwa kwa mlalo. Katika mazingira ya oksijeni, bidhaa nyekundu zenye rangi sawa zinaweza kuokwa. Matofali imara na matundu yaliyotengenezwa yalifikia nguvu ya mfinyazo inayokidhi kiwango cha MU10 kwa ajili ya matofali ya sintered ya ujenzi. Majaribio ya kuganda na kuyeyuka, majaribio ya uchubuko, na majaribio ya upinzani wa kupasuka kwa chokaa yalikamilika. Upinzani wa kuganda na kuyeyuka na ufyonzwaji wa maji vilikidhi viwango vya matofali ya sintered ya ujenzi. Mnamo Aprili 2005, mabaki ya uchimbaji yalitumiwa rasmi kama malighafi ya kutengeneza matofali, na matofali ya sinteri yaliyotengenezwa yalitumiwa katika majengo marefu ya kibiashara.