Введение. Проблема загрязнения окружающей среды твердыми производственными и бытовыми отходами является одной из актуальных в современном мире [1–3]. Темпы роста масштабов загрязнения негативно сказываются на здоровье людей и окружающей природе. Повсеместное образование отходов в огромных количествах делает данную проблему одной из самых значимых и требующих решения. Кроме того, для каждого вида отходов существует своя оптимальная технология переработки, требующая индивидуального подхода [4]. При подборе технологий для реализации проектов важно, чтобы процессы утилизации отходов производства и потребления не нарушали экологическую безопасность города, нормальное функционирование городского хозяйства с точки зрения общественной санитарии и гигиены, а также условий жизни населения в целом. В действительности использование лишь одних отходов, в том числе применяя комбинированные методы их переработки, позволяет получать многочисленные виды ценнейшей продукции [5, 6], что предопределяет в дальнейшем целесообразность перехода на безотходные и экологически чистые технологии.Согласно статистическим данным, только малая часть всех природных материалов(около 2 %) в промышленности перерабатывается в полезную для человека продукцию, остальная часть (около 98 %) загрязняет окружающую среду в виде различных отходов. Разработка безотходных и энергоэффективных технологий, создание новых материалов с улучшенными эксплуатационными, функциональными и декоративными свойствами является ключевой задачей для различных отраслей промышленности, включая стекольную, керамическую, химическую, металлургическую, тароупаковочную и др. [7, 8]. Более того, вторичная переработка сырья и отходов производства экономически выгодная стратегия, позволяющая расширить ресурсы отрасли, снизить материальные и трудовые затраты и сделать продукцию более доступной.Шликерные массы используются в процессе производства полированного керамогранита. Они представляют собой суспензии, содержащие твердый наполнитель (отход полировки керамогранита), воду (временную связку) и технологические добавки [9–11]. Технологические добавки выполняют различные функции: дефлокуляция (разжижение), стабилизация, коагуляция или пластификация [12–14].На сегодняшний день переработка отходов керамогранита является принципиально значимой проблемой, поскольку отсутствуют качественные методы и эффективные технологии для их утилизации. Утилизация отходов от полировки керамогранита путем возврата в производственный цикл технологией получения керамогранита не предусмотрена, поэтому их накопление является источником экологических сложностей.Отходы от полировки керамогранита обладают неньютоновским характером течения, это означает, что частицы отходов находятся во взвешенном состоянии в шликере и оседают с выталкиванием молекул воды, образуя вязкий осадок, который трудно перемешивать. При производстве полированного керамогранита в воду добавляют коагулянты, такие как AlCl3, негативно влияющие на реологию шликеров. AlCl3 действует как флокулянт, укрепляя получившийся осадок и обеспечивая его стабильность до момента удаления путем образования молекулярных связей между загрязняющими элементами.Для устранения данного нежелательного эффекта необходимо найти дефлокулянт, который мог бы предотвратить слипание частиц с сохранением молекул воды внутри массы шликера [15–17]. В качестве дефлокулянтов выбраны сода, жидкое стекло, а также смесь соды и жидкого стекла в соотношении 1:1, как наиболее часто применяемые для разжижения глинистых минералов. Разжижение суспензий из отходов полировки керамогранита, основано на том, что обменные ионы кальция и частично магния замещаются ионами натрия [18].Материалы и методы. Для приготовления шликера брали навеску отхода полировки керамогранита ООО «Белкерамика», просеянную через сито № 01, затем добавляли определённое количество дефлокулянта и воды. В качестве дефлокулянта выбраны сода, жидкое натриевое стекло, а также смесь соды и жидкого натриевого стекла в соотношении 1:1. Дефлокулянт добавляли в расчёте 4 мл на 50 граммов отхода. Воду вводили в таких объемах, чтобы достичь вязкотекучей консистенции.Измерения реологических характеристик проводили на ротационном вискозиметре «Реотест 2».С целью облегчения оценки действия дефлокулянта введена эмпирическая шкала текучести с диапазоном от 1 до 10, где 1 – шликер скорее ломается, чем перемешивается, 10 – при перемешивании не чувствуется сопротивление шликера. Улучшение реологических и пластичных свойств шликеров наблюдали визуально.Для определения физико-механических характеристик керамогранита с применением отходов приготовлены экспериментальные образцы плит размером 5×5 см и балок размером 4×4×16 см. Произведен расчёт шихты для 5 партий (составов), в каждой партии 5 образцов. Партия 1 не содержит в составе отход полировки керамогранита и используется в качестве контрольных образцов, партии 2, 3, 4, 5 содержат 3, 5, 7, 10 % отхода полировки керамогранита соответственно (таблица 1). Таблица 1Составы керамогранитных образцов№ партии (% отхода)Отход полировки керамогранита, гКаолин, гПолевой шпат, гГлина, г1 (0)0801,99233,1914,822 (3)31,5777,93226,2014,373 (5)52,5761,88221,5213,654 (7)73,5745,86206,0113,355 (10)105721,80199,3813,35  Для определения водопоглощения и пористости керамической плитки использован вакуумный метод. Плитку взвешивали и записывали массу, затем её погружали в вакуум-установку. После создания вакуума пускали воду на определенное время (1–2 минуты), далее вынимали и снова взвешивали. Разница между массой плитки до и после погружения в воду позволяет определить количество воды, которое было поглощено.Для определения износостойкости керамогранита сделаны замеры длины, ширины, начальной массы mн и массы плитки после истирания mк. Образцы устанавливали на подвижную платформу круга истирания и закрепляли его зажимами, затем на поверхность плитки наносилась абразивная смесь, состоящая из частиц различного размера и твёрдости. Подвижная платформа начинала двигаться по основанию, при этом абразивная смесь действовала на поверхность плитки. В процессе движения платформы измерялось количество потерь материала с поверхности плитки.После эксперимента рассчитана площадь образцов, разница масс после 12 циклов истирания m12 и износостойкость Q (г/см2) по формуле (1.1):Q=m12S                             (1)Основная часть. Шликерные массы являются концентрированными суспензиями с объемным соотношением дисперсной фазы к дисперсионной среде от 9,5 до 2,5, имеющими в составе твердый наполнитель, временную связку и технологические добавки. В данном эксперименте твердый наполнитель – отход полировки керамогранита, временная связка шликерных масс – вода, технологическая добавка – жидкое стекло и сода, которые выступают в роли дефлокулянта.Разработанные составы шликеров представлены в таблице 2. Полученные реограммы (рисунок 1–3) свидетельствуют о тиксотропном течении шликера, в том числе с применением различных дефлокулянтов, что подтверждает медленное снижение вязкости при одновременном возрастании градиента скорости сдвига. Таблица 2Составы керамогранитных шликеров с добавлением дефлокулянтов№ составаКоличество сухого отхода полировки керамогранита, гИспользуемыйдефлокулянтКоличестводефлокулянта, млКоличество водыв шликере, мл150––18,5250Сода0,2518,25350Сода0,5018,00450Сода0,7517,75550Сода1,0017,50650Сода1,2517,25750Сода1,5017,00850Сода1,7516,75950Жидкое стекло0,5018,001050Жидкое стекло1,0017,501150Жидкое стекло1,517,001250Жидкое стекло2,0016,501350Жидкое стекло2,5016,001450Жидкое стекло3,0015,501550Сода и жидкое стекло (1:1)0,5019,501650Сода и жидкое стекло (1:1)1,0019,001750Сода и жидкое стекло (1:1)1,5018,501850Сода и жидкое стекло (1:1)2,0018,001950Сода и жидкое стекло (1:1)2,5017,502050Сода и жидкое стекло (1:1)3,0017,002150Сода и жидкое стекло (1:1)3,5016,502250Сода и жидкое стекло (1:1)4,0016,002350Сода и жидкое стекло (1:1)4,5015,502450Сода и жидкое стекло (1:1)5,0015,00  Для составов 1–8 с увеличением содержания раствора соды градус подъёма модуля сдвига сначала растет вплоть до состава 3, последние значения которого зашкалили прибор, начиная с состава 4 возрастание становится медленнее, при этом на составах 7 и 8 возрастание вновь оказывается резким (рисунок 1, а). Таким образом, количество данного дефлокулянта (соды) влияет на изменение модуля сдвига не линейно, а волнообразно. Эффект, полученный от добавления соды заметен только у составов 3–8, что говорит о нелинейной корреляции данных показателей (рисунок 1, б). Применение соды в качестве дефлокулянта для отходов полировки керамогранита малоэффективно.Для составов 9–14 с увеличением содержания раствора жидкого стекла градус подъёма модуля сдвига сначала уменьшается при составах 9 и 10, начиная с состава 11 возрастание становится стабильным (рисунок 2, а). Количество данного дефлокулянта (жидкого стекла) влияет на изменение модуля сдвига более выражено, чем раствор соды, что определяет плохую перемешиваемость и быстрое затвердевание шликера. Стоит отметить, что жидкое стекло в роли дефлокулянта даёт более резкое возрастание модуля сдвига, при этом гораздо однородное убывание вязкости (рисунок 2, а, б).Для составов 15–24 с увеличением содержания смеси соды и жидкого стекла сначала уменьшается градус подъёма модуля сдвига при составах 15 и 16, начиная с состава 17 вплоть до состава 20 возрастание происходит под примерно одинаковым углом (рисунок 3, а). У состава 21 возрастание гораздо медленнее предыдущих, у состава 22 – под наиболее резким углом из всех, а состав 24 вновь возрастает менее резко. Количество данного дефлокулянта (смесь соды и жидкого стекла, 1:1) значительнее влияет на изменение модуля сдвига, чем раствор соды, при этом можно уловить весьма схожие закономерности изменения вязкости и модуля сдвига у данных типов дефлокулянтов (рис. 3, б).По результатам эмпирической оценки текучести шликеров наилучший результат показал состав 22 (согласно табл. 2), который предпочтительнее использовать для дальнейших исследований (табл. 3). Рис. 1. Реограмма керамогранитных шликеров с добавлением дефлокулянта (сода):а – зависимость модуля сдвига от градиента скорости сдвига;б – зависимость вязкости от градиента скорости сдвига; 1–8 – составы шликеров согласно данным таблицы 1Рис. 2. Реограмма керамогранитных шликеров с добавлением дефлокулянта (жидкое стекло):а – зависимость модуля сдвига от градиента скорости сдвига; б – зависимость вязкости от градиента скорости сдвига; 9–14 – составы шликеров согласно данным таблицы 1Рис. 3. Реограмма керамогранитных шликеров с добавлением дефлокулянта (смесь соды и жидкого стекла, 1:1):а – зависимость модуля сдвига от градиента скорости сдвига; б – зависимость вязкости от градиента скорости сдвига; 15–24 – составы шликеров согласно данным таблицы 1Таблица 3Эмпирическая оценка текучести дефлокулянтов№ составаВнешний вид шликераЭмпирическая оценка текучести№ составаВнешний видшликераЭмпирическая оценка текучести№ составаВнешний вид шликераЭмпирическая оценка текучести1 39 317 42 310 318 53 311 219 64 412 320 55 413 421 66 414 222 77 415 423 68 416 424 5 Экспериментальные образцы испытаны на водопоглощение (таблица 4). Результаты показали, что водопоглощение незначительно возрастает с увеличением содержания отхода керамогранита в составе образцов и находится в пределах допустимого для керамических плиток полусухого прессования согласно ГОСТ 13996–2019 «Плитки керамические. Общие технические условия».Предел прочности при изгибе уменьшается с увеличением содержания отхода керамогранита в составе образцов (таблица 5). В соответствии с ГОСТР 57141–2016 предел прочности при изгибе должен составлять не менее 30 МПа. Данному требованию в полной мере соответствуют контрольные образцы без отходов полировки и образцы с содержанием 3 % отходов полировки, дальнейшее увеличение процентного содержания отходов керамогранита отрицательно сказывается на прочности при изгибе образцов. Таблица 4Водопоглощение керамогранита с использованием отходов полировки№ партии№ образцаМасса сухого образца m0, гМасса мокрого образца m2, гВодопоглощение, Вм, %Среднее значение водопоглощения в партии, %Партия 1142,443,11,652,18240,542,03,70341,842,10,72444,245,32,49543,144,12,32Партия 2151,853,52,282,28250,552,72,36352,053,32,33452,354,12,42552,253,72,01Партия 3142,444,22,242,62245,47,02,44344,045,32,95444,146,12,53544,145,42,95Партия 4142,944,73,203,16244,446,23,05342,844,63,20442,844,63,21543,745,53,12Партия 5142,244,33,983,45242,845,13,37342,044,23,24434,936,83,44542,144,33,23 Таблица 5 (начало)Прочность на изгиб керамогранита с использованием отходов полировки№ партии№ образцаДлина l, ммШирина b, ммВысота h, ммПрочностьна изгиб Rизг, МПаСреднее значение прочности на изгиб в партии, МПаПартия 1154,313,212,740,7637,88254,113,412,539,13353,913,113,135,09454,913,212,737,00552,913,113,337,44Партия 2154,113,610,836,1535,14253,613,610,833,64353,713,610,835,62453,513,610,834,59553,413,611,135,79Таблица 5(окончание)Прочность на изгиб керамогранита с использованием отходов полировки№ партии№ образцаДлина l, ммШирина b, ммВысота h, ммПрочностьна изгиб Rизг, МПаСреднее значение прочности на изгиб в партии, МПаПартия 3155,214,010,030,7130,90255,013,910,229,09354,814,110,532,84455,414,210,329,13555,214,310,432,69Партия 4154,513,911,025,5825,61255,013,910,224,86355,114,210,427,33455,214,29,924,01554,513,910,426,27Партия 5155,314,110,023,8122,67255,114,110,222,42355,314,010,521,92455,214,210,524,12555,314,110,621,08 Результаты исследований экспериментальных образцов показали, что износостойкость повышается с увеличением содержания отхода полировки керамогранита в составе образцов (таблица 6) и удовлетворяет минимальным требованиям. Таблица 6Износостойкость керамогранита с использованием отходов полировки№ партииДлина, смШирина, смПлощадь S, см2mн, гmк, гm12, гQ, г/см2Партия 14,634,6621,5850,6048,102,500,12Партия 24,664,6221,5351,1047,903,200,15Партия 34,614,6721,5349,8046,403,400,16Партия 44,594,5921,0749,7046,203,500,17Партия 54,604,6521,3950,3046,403,900,18 Выводы. 1. Рассмотрена возможность повторного использования отходов полированного керамогранита в качестве основного сырья для производства керамогранита.2. Показано, что определенные типы дефлокулянтов способствуют улучшению текучести и пластичности отходов полировки керамогранита, это может быть полезно для оптимизации процесса обработки. Наиболее предпочтительным и эффективным дефлокулянтом для шликера является смесь соды и жидкого стекла с соотношением 1:1. Оптимальная концентрация составила 4 мл на 50 г сухого отхода, при которой обеспечивается наибольшая степень стабилизации частиц. Недостаток или избыток дефлокулянта может привести к нежелательным изменениям в консистенции материала.3. Изучение влияния дефлокулянта на реологические характеристики отходов керамогранита имеет потенциал для улучшения процессов переработки отходов и повышения качества конечной продукции в керамической промышленности.4. Дальнейшие исследования в данной области могут включать более глубокий анализ взаимодействия различных типов дефлокулянтов с отходами керамогранита, что позволит определить оптимальные условия для достижения желаемых реологических характеристик материала.5. Определены физико-механические характеристики керамогранита с применением отходов полировки керамогранита. Подобрано рационльное содержание отхода в составе массы – 3 %.