Алюмомагнезиальное техногенное сырье в производстве строительной керамики

Размещено на http://www.allbest.ru/

Алюмомагнезиальное техногенное сырье в производстве строительной керамики

Гурьева В.А.

Расширения сырьевой базы и улучшения эксплуатационных свойств строительных керамических материалов тесно связано с практической реализацией достижений научно-технического прогресса.

Для изготовления изделий строительной керамики, в том числе декоративно-отделочной, основным компонентом производственных масс традиционно являются тугоплавкие каолинито-гидрослюдистые глины [1]. Однако количество месторождений и запасы отечественных высококачественных глин ограничены, что при постоянном повышении спроса обуславливает их дефицитность, а рост транспортных затрат - их стоимость. По данным геологических исследований ООО «Оренбурггеология» глины месторождений Южного Урала характеризуются преимущественно гидрослюдистой основой, высоким содержанием железистых соединений и карбонатов; значительным колебанием гранулометрического состава, а также узким интервалом спекания. В настоящее время проблема эффективного использования данного сырья в производстве керамических материалов чаще всего решается за счёт вовлечения в технологический процесс регулирующих добавок различного назначения, реже - за счет вовлечения в производство нетрадиционных видов минерального сырья, использование которого становится рентабельным благодаря дополнительного исследования свойств сырья и разработке эффективных технологий.

Ранее проведенные исследования [2] показали, что попутные продукты горнорудной промышленности, содержащие силикаты магния, полученные в результате переработки месторождений в виде измельченной минеральной массы (порошка, песка, щебня), являются перспективным нетрадиционным сырьем для изготовления различных строительных материалов, в том числе изделий строительной керамики, и способны заменить традиционные виды сырья в изделиях из малокомпонентных шихт.

Основная задача физического эксперимента - исследование влияния техногенных продуктов горно-обогатителъных комбинатов, содержащих силикаты магния, на технологические свойства изделий: прочность, плотность, водопоглощение, общую усадку в условиях низкотемпературного обжига и разработка основ технологии декоративно-отделочной керамики на базе данного вида нетрадиционного техногенного сырья.

Проведенный анализ магнийсодержащих продуктов, находящихся в отвалах на территории Оренбургской области, позволил установить, что они представлены безводными и водными силикатами магния: дуниты, серпентиниты аподунитовые, серпентиниты, пирофиллитовые ассоциации. В работе с целью формирования кристаллических фаз, упрочняющих структуру черепка, улучшения процесса спекания масс в состав шихт на основе местных легкоплавких глин вводились аподунитовые серпентиниты - попутные продукты Халиловского горно-обогатительного комбината (Южный Урал, Кемпирсайский массив). Химические составы исходного сырья представлены в таблице 1.

Таблица 1 -Химические составы исходного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

На первом этапе исследований изучались особенности минералогического состава серпентинитов Халиловского месторождения. Согласно протокола о результатах рентгенофозового анализа, выполненного ФГУП «ЦНИИгеолнеруд» МПР России, г. Казань, основными породообразующими минералами являются серпентиновые минералы (83 + 7%), представленные смесью хризотила и лизардита в соотношении, близком к 2:1, замещающие видоизмененные реликтовые зерна оливина, доломит 12 +. 2%, магнезит 5 + 1 %.

Анализ термических эффектов на кривой ДТА (рис. 1) подтверждает то, что главным породообразующим минералом является серпентин. В области нагрева от 20 до 1000 оС фиксируются три эндотермических эффекта (очень слабые в интервалах температур 70 - 140 оС и 830 - 900оС, интенсивный при 600 - 700 оС).

На несовершенство структуры серпентина указывает тот факт, что третий (слабый по интенсивности) эндотермический эффект, совпадает по температуре с более интенсивной экзотермической реакцией. В связи с этим явлением на кривой ДТА исследуемого техногенного сырья третий эндотермический эффект не проявляется. Второй эндотермический эффект свидетельствует о разрушении структуры минерала серпентина с одновременным удалением группы [ОН]. На кривой ТГ при температуре 650 оС фиксируется резкий скачок потери массы, равный 0,4 %.

При дальнейшем нагревании до 790-810 оС из продуктов разрушения кристаллической решетки образуются новые кристаллические фазы: форстерит (кристаллический) и энстатит («рентгеноаморфный»). Эти процессы подтверждаются экзотермическим эффектом на кривой ДТА и данными РФА. Петрографический анализ пробы, обожженной при температуре 1300 оС, свидетельствует о переходе энстатита в протоэнстатит с одновременной собирательной рекристаллизацией. Таким образом, термическая обработка аподунитовых серпентинитовых попутных продуктов сопровождается сложными процессами изменения их фазового состава и структуры. Аналогичные процессы фазообразования происходят и при термической обработке химически чистого оксида магния в производстве огнеупоров и изделий технической керамики. Этот факт и анализ процессов, происходящих в системе SiO2 - Al2O3 - MgO, позволяют предположить возможность использования магнийсодержащих горных пород в технологии получения изделий строительной керамики, глазурей и пигментов для них, активной роли техногенного магниевого сырья в создании каркаса керамического черепка изделий декоративно-отделочной керамики, формировании технологических свойств изделий.

По минералогическому составу глины исследуемого участка Соль-Илецкого месторождения - монтмориллонитовые (60 - 70 %) с примесью смешанослойных образований состава монтмориллонит- гидрослюда, хлорита, каолинита. В подчиненном количестве (не более 10 %) встречаются кальцит (0,5 - 5 %), кварц (2-3 %), полевой шпат (0,5 - 1 %).

Для исследований сырьевые материалы дозировались согласно составов, указанных в таблице 2 подвергались тонкому помолу в лабораторной шаровой мельнице до остатка на сите № 0315 1-3 %, увлажнялись и подготавливались формовочные массы с влажностью 18 - 24 % в зависимости от доли пластичного компонента в смеси.

керамика магнийсодержащий серпенитовый

Таблица 2 - Опытные составы масс

Подготовленные массы вылеживались в течение суток и подвергались формованию. Высушенные образцы обжигались в лабораторной печи при температуре 1050 оС. Выдержка образцов - плиточек при максимальной температуре составляла 30 минут, образцов - кубиков - в течение 2 часов. Обработка результатов экспериментов проводилась с использованием стандартной программы. Для каждого из этих составов определялись дообжиговые свойства (воздушная усадка, коэффициент чувствительности глин к сушке, связующую способность глинистого вещества) и обжиговые свойства (огневая и общая усадка, водопоглощение, предел прочности при сжатии).

Как видно из рисунка 3, увеличение доли магнийсодержащего техногенного сырья в шихте позволяет существенно улучшить сушильные свойства изделий - снижается практически на 50 % чувствительность изделия - сырца к сушке, уменьшаются на 40-45 % первичные усадочные деформации, развитие которых является наиболее опасным явлением. Эти параметры позволяют изменить режим сушки - ускорить данный процесс.

Рис. 3 - Динамика изменения дообжиговых свойств изделий в зависимости от содержания серпентинитовых попутных продуктов в шихте

Ї¦Ї - воздушная усадка, %; - -¦- - - связующая способность, МПа

·•·•^·•·• - коэффициент чувствительности к сушке;

Однако увеличение доли техногенного сырья в шихте приводит к снижению связующей способности глинистого компонента на этапе формования, но при этом механическая прочность изделия-сырца оказывается достаточной для перемещения изделий по технологической линии для дальнейшей обработки во время сушки и обжига. Динамика изменения свойств изделий после обжига при температуре 1050 оС (рис. 4) свидетельствует о возможности получения изделий с водопоглощением до 16-17 % и пределом прочности при сжатии 10-10,8 МПа при введении 10-15 % магниевого техногенного сырья.

Рис. 4 - Динамика изменения свойств изделий после обжига при температуре 1050 оС в зависимости от содержания серпентинитовых попутных продуктов в шихте

- -¦- - - огневая усадка, %; Ї¦Ї - водопоглощение, %;

·•·•^·•·• - предел прочности при сжатии, МПа

Дальнейшее увеличение температуры обжига без изменения его продолжительности интенсифицирует процессы формирования структуры черепка и позволяет моделировать шихтовый состав. При повышении температуры обжига опытных образцов до 1100 оС количество техногенного сырья в массах с водопоглощением не более 16-17 % возрастает до 35-40 %; при обжиге в интервале 1150-1170 оС доля техногенного сырья в массах с аналогичным показателем возрастает до 60-65 %. Следует отметить, что увеличение доли техногенного магнийсодержащего сырья в шихтах опытных изделий не сопровождается снижением механической прочности.

Таким образом установлено, что в условиях низкотемпературного обжига возможно получение декоративно-отделочных изделий типа плитки для внутренней отделки стен и фасада, изразцов, керамического кирпича, черепицы с удовлетворительными физико-механическими свойствами на основе магнийсодержащего техногенного сырья.

Список литературы

1. Канаев, В.К. Новая технология строительной керамики / В.К. Канаев - М.: Стройиздат, 1990. - 264 с.

2. Гурьева В.А. Физико-химические исследования использования дунитов в декоративно-отделочной керамике /В.А. Гурьева - Оренбург: ИПК ГОУ ОГУ, 2007. - 129 с. - ISBN 978-5-7410-0735-8.

Размещено на Allbest.ru