Раціональні напрямки використання каолінів і пегматитів місцевих родовищ

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАЦІОНАЛЬНІ НАПРЯМКИ ВИКОРИСТАННЯ КАОЛІНІВ І ПЕГМАТИТІВ МІСЦЕВИХ РОДОВИЩ

Дворкін Л.Й., д.т.н., професор, Шестаков В.Л., к.т.н., доцент

(Національний університет водного господарства та природокористування, м. Рівне)

Наведено технологічний аналіз можливих напрямків використання каолінів і пегматитів місцевих родовищ Рівненської області для виготовлення будівельної кераміки, вогнетривів, цементів.

Каоліни, польові шпати і пегматити (польові шпати, які проросли кварцом) є найбільш поширена і важлива сировина для виробництва будівельної грубої і тонкої кераміки, вогнетривів.

Каоліни - це глинисті породи, які складаються, в основному із мінералів каолінітової групи, уламків слюди, дисперсного кварцу. Польові шпати - це група алюмосилікатних гірських порід, представлених лужними та лужноземельними мінералами. Пегматити являють собою природну суміш польових шпатів і кварцу, які пройшли кристалізацію одночасно. Вміст кварцу в пегматитах складає від 10 до 50%.

1. Стисла характеристика каоліну Дерманківського родовища та пегматиту Бельчаківського родовища.

Ці родовища сировини розташовані в Березнівському районі Рівненської області. На даний час кар'єри пегматиту не розробляються. Кар'єр каоліну розробляє Березнівське підприємство "Березнофарфор".

Каолін Дерманківського родовища є за походженням первинним (остаточним), відкладеним на місці утворення (шляхом вивітрювання лужних алюмосилікатних порід). Тому цей каолін, у порівнянні із вторинними (перевідкладеними) породами, відрізняється низькими показниками пластичності, зв'язності, більш грубим гранулометричним складом із вмістом включень крупнозернистого остаточного кварцу, нерозкладених уламків корінних порід. Такі каоліни звичайно потребують збагачення для отримання тонкої кераміки. Збагачений каолін містить до 80% тонких фракцій (0,01...0,001 мм). Відходи збагачення звичайно являють собою кварцові піски із вмістом до 10% каоліну. Ці відходи можна використовувати як опіснюючий матеріал у виробництві напівкислих вогнетривів, також дінасу.

Первинні каоліни мають мінливий вміст оксидів SiO₂ i Al₂O₃ внаслідок неоднорідності розподілення каоліну і кварцу на глибині залягання і площі розповсюдження породи. Інші домішки (слюда, польові шпати, лімонит та ін.) не мають суттєвого значення при оцінюванні хімічного складу каолінів.

Первинний каолін являє собою низькопластичну (пісну) породу без значної зв'язності, тому застосування каоліну для виготовлення виробів будівельної кераміки та вогнетривів потребує добавки високопластичних глин.

Каоліни спікаються при температурах 1450...1500⁰С, тобто більш високих, ніж глини.

Незбагачений каолін Дерманківського родовища містить (% оксидів):

SiO₂ - 58...76, Al₂O₃ - 15...27, Fe₂O₃ - 0,5...4, в.п.п. - 5...8.

Після відмучування склад каоліну наступний (% оксидів):

SiO₂ - 45...47, Al₂O₃ - 34...37, Fe₂O₃ - 2...3, СаО - 0,7...2, MgO - 0,2...0,3, К₂O - 0,4...1, в.п.п. - 13...14.

Каоліни, польові шпати, пегматити (польові шпати, які проросли кварцом) є найбільш поширена і важлива сировина для виробництва будівельної і спеціальної грубої і тонкої кераміки, вогнетривів, ізоляторів.

Каолін збагачений може використовуватись як товарний продукт у виробництві гуми, полімерів, фарб (як наповнювач), паперу (відбілювач); як сировина хімічної промисловості для отримання сірчанокислого алюмінію та ін. солей.

Збагачений і незбагачений каолін може бути компонентом сухих будівельних сумішей для розчинів різного призначення.

На основі каоліну (незбагаченого), крейди, гіпсового каменя (або фосфогіпсу) можливо виготовлення клінкеру беліто - сульфоалюмінатного в'яжучого і швидкотверднучого білого цементу після помелу клінкеру.

Названі напрямки використання сировини можуть бути скомбінованими для її комплексного використання.

Збагачений каолін Дерманківського родовища використовується для виготовлення тонкої кераміки (напівфарфор, фаянс) згідно ТУ У05391040.001-95.

Але збагачення є багатоопераційним трудомістким процесом, який значно підвищує вартість сировини.

Пегматити Більчаківського родовища включають в основному натрій-каолінові польові шпати (в меншій кількості - кальцій-натрійові) і кварц, валовий хімічний склад яких відповідає наступному вмісту оксидів (мас.%):

Пегматити використовуються як опіснюючий матеріал і джерело кремнезему та одночасно як флюсуюча добавка для зниження температурі випалу кераміки.

2. Можливі напрямки використання незбагаченого каоліну і пегматиту родовищ Рівненської області.

2.1. Виготовлення вогнетривів.

У відповідності з характеристиками і якістю каолінової сировини Дерманківського родовища можливо виготовлення напівкислих вогнетривів (вміст Al₂O₃+ТіО₂30%, SiO₂65%). В якості зв'язуючої добавки необхідна вогнетривка глина - до 15...20% в шихті. Такі вогнетриви передбачені ГОСТ 390-96 "Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства. ТУ. Госстандарт Украины".

Вироби (цегла пряма, клин торцевий, клин ребровий та ін.) застосовуються для футерування коксових печей, виливниць розплавлених металів, чавунних ковшів, сталерозливочних лотків, вагранок, ковальских печей, вугільних топок, шамото- та цегловипалювальних печей, вагонеток, насадок регенераторів мартенівських і скловарних печей з робочою температурою до 1350⁰С.

Класична технологія виготовлення вогнетривів передбачає переробку сировини (глина, каолін) на шамот (випал, виготовлення порошку) та пресування шамоту разом із глиняною зв'язкою з наступним випалом сирцевих виробів. Це є складна, енергоємна технологія (нижче наведені схеми цієї технології, в тому числі схема виготовлення шамоту).

Можлива безшамотна технологія з формуванням сирцевих виробів пластичним способом. Шихта за таким способом складається із каоліну-сирцю (80...85%) і пластичної вогнетривкої глини (15...20%). Можливо також виготовляти шихти на основі каоліну, вогнетривкої глини і пегматиту в тих випадках, коли необхідно знизити температуру випалу вогнетриву.

Напівкислі маси для вогнетривів мають як недоліки, так і позитивні особливості. Позитивним є невисокі об'ємні деформації в процесі випалу, більш сталий об'єм виробів в службі, що є наслідком розширення кварцу, яке компенсує усадку маси при спіканні. Такі маси також мають достатньо високу температуру початкових стадій деформації. Напівкислі вироби достатньо термо- і шлакостійкі, міцні.

Деяким недоліком напівкислих вогнетривів є більш низька вогнетривкість (на 50...70⁰С) у порівнянні з шамотними. Але фактична їх вогнетривкість у більшості випадків забезпечує вимоги до експлуатаційних умов.

Особливість випалу напівкислих вогнетривів полягає у необхідності повільного охолодження їх при температурах нижче 600⁰С.

Каоліни спікаються в широкому діапазоні температур від 1500...1600⁰С (грубодисперсні) до 1400...1450⁰С (дисперсні). Добавка до 20% вогнетривкої глини, також пегматиту знижує температуру спікання на 100⁰С, забезпечує необхідну зв'язність і формівність маси.

Іноді в сировинні маси додають органічну зв'язку, яка підвищує міцність сирцю, що дозволяє скоротити до мінімуму кількість пластичної глини в шихті. Такою зв'язкою може бути технічний лігносульфонат (ЛСТ).

Існує досвід виготовлення пластичним способом напівкислої цегли (24% Al₂O₃) на заводі "Красная звезда" (Донецька обл.) з використанням напівкислої глини (22%), каоліну (23%) і кварцевого піску; також на Киштимському заводі вогнетривів (Урал) з використанням каоліну (85%) і напівкислої глини (15%). Температура випалу киштимської цегли складає 1320⁰С, пористість біля 30%, міцність 12 МПа.

Таким чином, найбільш простою схемою виготовлення вогнетриву із незбагаченого каоліну є формування виробів (цегли) на стрічковому пресі пластичним способом з добавкою до формовочної маси пластичної вогнетривкої глини (до 20%); така технологія може бути здійсненою на лініях з обладнанням для виготовлення звичайної цегли.

Основні вимоги стандарту до якості вогнетривкої цегли (вироби шамотні і напівкислі) передбачають:

відхилення від номінальних розмірів (250х124х65 мм): І, ІІ, ІІІ клас - від 2...3 до 3...5 мм;

довершеність поверхні зламу;

кривизна не 1,5...2 мм, незначний розмір виплавок;

глибина відбитості кутів, ребер - 8...15 мм для класів І...ІV;

пористість 24...30%;

міцність при стиску 15...20 МПа;

густина 1,9...2 г/см³;

теплостійкість від 1300⁰С 10 циклів;

вміст Al₂О₃ - 30%.

Для надання більш досконалої форми та точних розмірів виробам можлива допресовка виробів на спеціальному пресі допресовки.

Такий вогнетрив може бути розрахований на робочу температуру до 1300⁰С. Для підвищення вогнетривкості і експлуатаційної температури до складу вогнетрива доцільно додавати порошок глинозему (5...7%). Наведена схема виготовлення напівкислого вогнетриву може бути реалізованою на технологічній лінії з виготовлення стінової керамічної цегли, доукомплектованою допресовочним пресом. Крім того, тунельну піч випалу вогнетриву в зоні максимальних температур необхідно футерувати вогнетривом, розрахованим на робочу температуру до 1550⁰С (багатошамотним).

Найближче розташованим до Рівненської обл.є Положське родовище вогнетривкої глини (Полжський район Запорізької обл.). Відомі родовища (Дружківське, Веселовське, Ново-Швейцарське, Часов-Ярське та ін.) розташовані в Донецькій обл., Дніпропетровській (П'ятихатське).

2.2. Виготовлення фасадної плитки і капселей із незбагаченого каоліну

Фасадна плитка теракотова (без глазурного покриття) може бути виготовленою із незбагаченого каоліну, вогнетривкої глини і пегматиту. Плитка білого кольору потребує білої вогнетривкої глини, випал її здійснюється при більш високих температурах. Пофарбована плитка може бути отримана із мас з використанням місцевої червоної глини Князівського родовища. Така плитка може випалюватись на конвеєрних лініях швидкого випалу при температурах до 1100^оС.

Шихта розраховується на вміст в черепку (кераміці) SiO₂ 65%, Al₂O₃ 28%, К₂O+Na₂О1,5...2%.

Більш раціональною схемою переробки сировини є шлікерна, яка забезпечує високу однорідність шихти і якість плитки. Шлікер, отриманий після помелу сировини з водою, має вологість 34...38%. Зневоднення невеликих мас шлікеру може бути здійсненим у фільтр-пресах, але більш досконала технологія передбачає зневоднення шлікеру з одночасним отриманням преспорошку вологістю 8...12% у баштових розпилювальних сушарках. Пресування плиток здійснюється на штемпельних ротаційних пресах. Випал може бути здійсненим у тунельних печах із застосуванням капсельної садки або у конвеєрних однорядних щілинних сушарках-печах із сітчастим або роликовим конвеєром (якщо температура випалу плитки не перевищує 1100⁰С).

Капселі можна виготовляти із пластичних мас, які містять первинний каолін, глину, шамотний бій (подрібнені відходи відпрацьованих капселей).

Пресування капселей здійснюється на шпіндельних, роликових, фрикційних пресах, сушіння - в тунельних сушарках, випал - у тунельних печах при 1250...1280⁰С для набору номінальної міцності, яка буде зростати в процесі випалу виробів у капселях.

2.3. Виготовлення збагаченого каоліну і фаянсових виробів з нього

Існують численні способи збагачення каоліну. Одна із ефективних схем збагачення включає операції: виготовлення пульпи, виділення крупних кремнеземистих включень в гідроциклонах, відстоювання тонкої пульпи, зневоднення кеку у фільтр-пресах:

Схема

каолін пегматит кераміка цемент

Сировина розпускається у воді до вологості 34...38%, помелюється у кульових млинах, проходить через магнітні фільтри, неодноразово проціжується крізь сита. Готовий шлікер для плитки зневоднюється у розпилювальних сушарках і перетворюється на преспорошок вологістю 8...12% ( при невеликому обсязі виробництва, можливо зневоднення у фільтр-пресах). Порошок пресується на ротаційних штемпельних пресах. Випал плитки може відбуватись як у тунельних печах (в капселях), так і на конвеєрних лініях швидкого випалу. Випал звичайно двократний: перший - "бісквітний" (утільний) без поливи (глазурі), другий - з поливою ("политий").

Санітарно-технічні вироби виготовляються із фаянсових, напівфарфорових і фарфорових мас. Черепок фаянсової маси більш пористий, менш довговічний. Напівфарфорові і фарфорові маси щільні, більш спечені за рахунок введення більшої кількості плавней (9...20%), із значно підвищеними експлуатаційними властивостями. Маси містять вогнетривкі глини (20...25%), каолін (до 30%), кварцевий пісок або відходи збагачення (22...30%), пегматит (9...20%), бій кераміки (8...15%).

Санітарно-технічна кераміка (умивальники, унітази та ін.) формується литтєвим способом. Шлікер заливається у гіпсові форми. Після відсмоктування формами води проводиться "підв'ялка" (сушіння в умовах цеху), далі примусове сушіння в колискових сушарках, випал (переважно двостадійний - утільний і политий) у тунельних печах.

Перелічені напрямки використання збагаченого каоліну можна доповнити такими, як виготовлення товарного каоліну і метакаоліну як наповнювачів полімерів, гуми, паперу, лакофарбових складів; виготовлення керамічних ізоляторів. Із незбагаченого каоліну можливо виготовлення декоративних та спеціальних в'яжучих, крентів (добавок-прискорювачів твердіння цементів) ; після хімічної переробки каоліну можна отримувати солі алюмінію (сірчанокислий алюміній), незбагачений каолін може бути компонентом сухих опоряджувальних сумішей, також на його основі можливо виготовлення спеціальних в'яжучих.

Размещено на Allbest.ru