Рівновисока кислото- та лугостійкість кераміки із розроблених мас_, забезпечується формуванням кристалічних систем гематит - кварц - корунд, гематит - анортит -кварц та склофази, насиченої оксидами заліза, лужними та лужноземельними оксидами.

Формування при випалюванні вказаних кристалічних систем незалежно від різниці у пористості забезпечує збільшення лугостійкості до 94 - 98 мас. % відносно кераміки з артемівської глини та відомих виробничих мас на її основі.

При використанні мас на основі сумішей червоного шламу та активного кремнезему максимум ефекту інтенсифікації спікання та підвищення властивостей кераміки досягається в інтервалі виробничих температур випалювання 1150 - 1200⁰С для мас на основі бінарних сумішей, що містять (мас. %): 20 - 40 SiO_2, 20 - 27 Al₂O₃, 24 - 34 Fe₂O₃.

Кераміка із мас на основі сумішей червоного шламу і трепелу характеризується кислотостійкістю 92,95-96,28 мас. % і лугостійкістю 95,72-96,56 мас. %. При цьому основним фактором, що визначає лугостійкість, є формування кристалічної системи гематит-кварц-корунд з кількісним співвіднесенням 6: 1: 3, 6: 2: 2, а зростання кислотостійкості обумовлюється значним зменшенням питомої поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість падає з 50,22% для шламу до 13,86-8,74% при додатку трепелу).

Кераміка із маси на основі суміші червоного шламу, опоки і глини при співвідношенні 1:1:1 характеризується кислотостійкістю 98,41 мас. % і лугостійкістю 93,61 мас. %. Основним фактором, що визначає зростання кислотостійкості, є значне зменшення питомої поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість 25,13 проти 50,22% для шламу), а зростання лугостійкості - формування кристалічної системи гематит-анортит-кварц з кількісним співвіднесенням 3: 3: 4.

Кераміка із мас на основі суміші піритних недогарків і гідрослюдисто-каолінітової глини при співвідношенні 3: 1 характеризується рівною з глиною кислотостійкістю 98,90 мас. % і більшою лугостійкістю (97,45 проти 89,3 мас. %). Це досягається при дещо більшій питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість 6,88 проти 5,76% для глини), при формуванні кристалічної системи гематит-кварц з кількісним співвіднесенням 8: 2.

Заміна гідрослюдисто-каолінітової глини на монтморилоніто-каолінітову також забезпечує збільшення лугостійкості (96,64 проти 86,05 мас. %) при більшій питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість 29,20 проти 15,48%) за рахунок формування кристалічної системи гематит-кварц з кількісним співвіднесенням 7: 3.

Керамічні матеріали із мас на основі суміші піритних недогарків і полімінеральної музичанської глини при співвідношенні 3:1 характеризується більшою, ніж глина, лугостійкістю (95,88 проти 83,90 мас. %) при рівній питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість 12,43 і 13,76%) та формуванні кристалічної системи гематит-кварц з кількісним співвіднесенням 7: 3.

Заміна глинистої компоненти на полімінеральну орловську глину при співвідношенні від 1: 3 до 3: 1 дозволяє досягти кислотостійкості 97,55-99,40 і лугостійкості 95,16-99,01 мас. %, при цьому лугостійкість поступово зростає із збільшенням концентрації піритних недогарків.

Збільшення в складі маси вмісту піритних недогарків від 25 до 50 мас. % підвищує лугостійкість кераміки з 95,16 до 96,83 мас. % після випалу на 1150⁰С і до 98,86 мас. % після випалу на 1200⁰С. Зумовлено це формуванням кристалічної системи анортит-кварц-гематит з кількісним співвіднесенням 4: 3: 3 (25 мас. % недогарків), 2:3:5 (50 мас. % недогарків) та 2: 2: 6 (50 мас. % недогарків) при випалі 1200⁰С.

Лугостійкість кераміки зростає до 99,01 мас. % при збільшенні концентрації піритних недогарків від 50 до 75 мас. % після випалу на 1200⁰С. Формується кристалічна система гематит-кварц з кількісним співвіднесенням 8:2 при найменшій питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем (відкрита пористість 0,3%) та найбільшому розвитку склофази (питома частка закритих пор понад 90%).

Використання шамотованих мас з гранично високою концентрацією піритних недогарків (82,5-87,5 мас. %) дозволяє при випалі на 1250-1300⁰С досягти кислотостійкості 95,40-99,06 і лугостійкості 92,40-98,69 мас. %, проти відповідно 97,08-99,39 та 76,70-88,47 мас. % для виробничої маси на основі артемівської глини.

Кераміка на основі піритних недогарків після випалу на 1250⁰С характеризується більшою, ніж виробнича маса, відкритою пористістю (20,08-23,44 проти 18,31%). Тобто підвищення лугостійкості при відносно більшій питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем пояснюється формуванням кристалічної системи гематит-кварц з кількісним співвіднесенням 7:3.

На основі аналізу факторів змін фазового складу і пористості визначено узагальнений коефіцієнтом хімічної стійкості:

ChR =k₁(M₂-M₁)/M₁+k₂(A₂-A₁)/A₁+k₃(H₂-H₁)/H₁+ k₄(C₂ -C₁)/C₁ + (Po₁-Po₂)/Po₁,

де (M₂ - M₁)/M₁ - відносні зміни мулітоутворення,

(A₂ -A₁)/A₁ - відносні зміни анортитоутворення,

(H₂ - H₁)/H₁ - відносні зміни гематитоутворення,

(C₂ -C₁)/C₁ - відносні зміни корундоутворення,

(Po₁-Po₂)/Po₁ - відносні зміни відкритої пористості,

k₁, k₂, k₃ ,k₄ - коефіцієнти.

Використання розроблених шамотованих мас на основі червоного шламу та піритних недогарків як техногенної сировини є одним із ефективних засобів досягнення рівновисоких показників кислото- та лугостійкості. Зростання лугостійкості кераміки на основі вказаної техногенної сировини навіть при відносно більшій відкритій пористості свідчить про превалююче значення вказаних особливостей фазового складу.

Запропонована технологія виробництва зумовлює двостадійне корундо- та гематитоутворення: спочатку при випалюванні червоного шламу та піритних недогарків на шамот, а потім при випалюванні виробів з шамотованої маси на основі сумішей відходів і глин, структурні перетворення яких при випалюванні, в свою чергу забезпечують розвиток анортиту, муліту, гематиту.

В шостому розділі розглянуті особливості спікання та структуроутворення кераміки із мас на основі комплексного використання техногенної сировини та мінералізаторів при швидкісному і тривалому режимах випалювання. Показано, що використання комплексів техногенної сировини є одним з ефективних заходів регулювання параметрів структури та підвищення властивостей хімічно стійкої кераміки.

Використання доменного шлаку та мінералізатора забезпечує при застосуванні швидкісних режимів випалу кераміки підвищення кислотостійкості до 99,3 і лугостійкості до 88,5 мас. % (табл. 2).

Таблиця 2

Вплив доменного шлаку і мінералізаторів на властивості кераміки після швидкісного випалу

Код маси	Склад маси, мас.%	водо- погли- нання, мас. %	густина, г/см3	міцність на згин,МПа	кисло- тостій- кість, мас. %	луго- стій- кість, мас. %
	глина ДН-2	шлак домен-ний	CuO	NaF
В19	100				12,4	1,95	19,7	85,97	63,31
LS	75	25			11,2	2,02	25,3	87,06	78,77
L17	75	25	4	0,5	1,1	2,11	32,0	99,29	88,45

Ефект підвищення хімічної стійкості кераміки пояснюється розвитком складної кристалічної системи анортит - кварц - муліт - двокальцієвий силікат б2CaO? SiO₂ - гематит (рис. 5) з кількісним співвіднесенням 4: 2: 1,5: 1,5: 1, що розподілена в розвиненій склофазі, значним зменшенням відкритої пористості (до 2,3%).

Комплексне використання піритних недогарків та кремнегелю (сумарно 60 мас. %) в складі мас пластичного формування при застосуванні тривалих режимах випалу забезпечує досягнення показників хімічної стійкості кераміки на рівні, що досягається при використанні мас на основі тугоплавких глин.

При співвідношенні компонентів системи гідрослюдисто-каолінітова глина - кремнегель - піритні недогарки 2:1:2 кераміка при максимумі спікання на 1200⁰С характеризується кислотостійкістю 97,4-97,6 та лугостійкістю 70,1-70,9 мас. %. Це пов'язується з розвитком при випалюванні кристалічної системи гематит - кварц з кількісним співвіднесенням 1: 1, значним зменшенням відкритої пористості (до 10%).

Встановлена залежність хімічної стійкості кераміки з мас на основі гідрослю-дисто-каолінітової глини від концентрації граносієнітних відсівів. Кераміка з концентрацією відсівів від 6,5 до 25 мас. % при максимальній температурі випалу 1200⁰С має кислотостійкість 98,45-99,50 та лугостійкість 74,63-81,68 мас. % проти відповідно 97,96-98,65 та 69,69-73,45 мас. % з відомих виробничих мас на основі артемівської глини. Її кристалічна фаза представлена системою муліт-кварц-кристобаліт-анортит-гематит з кількісним співвіднесенням 2:5:1:1:1, тоді як у випадку виробничої маси це система муліт-кварц-кристобаліт з кількісним співвіднесенням 3:6:1.

Кераміка з добавкою граносієнітних відсівів характеризується істотно меншою відкритою пористістю, а при збільшенні концентрації відсівів (25 мас. % замість шамоту) також ростом закритої пористості (питома частка зростає з 19,46 до 34,57% або у 1,8 рази), зв'язаної з розвитком склофази за рахунок дифузії лужних і лужноземельних оксидів на межі контактів частинок відсівів і глини.

Комплексне використання граносієнітних відсівів та марганцевої руди як мінералізатора дозволяє досягти інтенсифікації спікання та підвищення властивостей шамотованих керамічних мас пластичного формування при відносно менших максимальних температурах випалу. Після випалювання на 1100⁰С при рівні кислотостійкості 96,4-97 мас. % лугостійкість кераміки зростає до 80,9 мас. % проти 73 мас. % для виробничої маси на основі артемівської глини.

Встановлена залежність хімічної стійкості кераміки з мас пластичного формування від концентрації граносієнітних відсівів (рис. 6), в тому числі тонкодисперсних (? 60 мкм). Матеріали з найбільшим вмістом відсівів (70 мас. %) та їх тонкодисперсної частки (45 мас. %) відзначаються порівняно найбільшими показниками кислотостійкості 99,4 та лугостійкості 89,9- 90,67 мас. % проти відповідно 98-99 та 70-71 мас. % для виробничої маси на основі артемівської глини.

Кераміка із мас з комплексним введенням грубо- та тонкодисперсних відсівів характеризується після випалювання формуванням кристалічної системи анортит-кварц-гематит-муліт-кристобаліт з кількісним співвіднесенням 2:4:1,5:2:0,5 для маси з концентрацією відсівів 50 мас. % та 3:4:1,5:1:0,5 для маси з концентрацією відсівів 70 мас. %. Тобто зі зменшенням в складі маси глинистої частки та збільшенням концентрації тонкодисперсних відсівів зменшується ступінь мулітоутворення та значно зростає кількість анортиту.

Саме з відносно найбільшим розвитком анортиту в складній кристалічній системі анортит - муліт - гематит - кварц - кристобаліт, що розподілена в відповідно більш розвиненій склофазі (питома частка закритих пор складає 69,2-90,7 проти 16,9-22,9% для виробничих мас), пов'язуються найвищі показники хімічної стійкості кераміки із маси з гранично високою концентрацією відсівів.

Комплексне використання граносієнітних відсівів, червоного шламу і гідрослюдисто-каолінітової глини при співвідношенні 1:1:1 в складі маси пластичного формування забезпечує при тривалих режимах випалу підвищення лугостійкості кераміки до 85,7-86,5 мас. % проти 69,8 мас. % для маси на основі артемівської глини. Підвищення лугостійкості кераміки досягається при відносно меншому ступені спікання - більшому водопоглинанні (10,5 проти 8 мас.%), більшій відкритій пористості (21,94 проти 15,6%). Ефект підвищення лугостійкості кераміки пояснюється розвитком кристалічної системи анортит - гематит - кварц з кількісним співвіднесенням 3:3:4, що має превалююче значення для підвищення лугостійкості кераміки навіть при відносно більшій відкритій пористості та питомій поверхні зіткнення з агресивним середовищем.

Введення тонкодисперсних відсівів (? 60 мкм) інтенсифікує спікання та розвиток склофази (питома частка закритих пор зростає у 2 рази) і забезпечує підвищення кислотостійкості на 2,3% і лугостійкості на 0,8%. Це підтверджує превалююче значення наявності системи анортит - гематит - кварц як фактору, що визначає підвищення хімічної стійкості кераміки.

Комплексне використання доменного шлаку (10-20 мас. %), червоного шламу (40-45 мас. %) і гідрослюдисто-каолінітової глини (40-45 мас. %) в складі маси пластичного формування (ч2) забезпечує (рис. 7) при тривалих режимах випалу досягнення рівновисокої кислотостійкості (98,18 мас. % ) та лугостійкості ( 97,45 мас. % ) кераміки у порівнянні із виробничою масою на основі артемівської глини (відповідно 98,09 та 70,39 мас. %).

Результатами аналізу перспективних складів у системі CaO-MgO-Al₂O₃-SiO₂ і термодинамічними розрахунками змін вільної енергії Гіббса для 19 твердофазних реакцій обмінного типу прогнозована можливість спрямованого синтезу анортиту в фазовому складі кераміки на основі бінарних сумішей гідрослюдисто-каолінітової глині та відходов збагачення поліметалічної руди. Експериментально підтверджено спрямованість процесів анортитоутворення в такому матеріалі відповідно до термодинамічних розрахунків з можливістю його додаткового синтезу за реакцією:

Ca₂SiO₄ + 5CaAl₄O₇ + 15SiO₂ = Al₆Si₂O₁₃ + 7CaAl₂Si₂O₈.

При цьому цілеспрямований синтез анортиту реалізується при температурах випалу 1050 - 1250 ⁰С в концентраційній області, що обмежена вмістом (мас. %): SiO₂ - 18,0-46,0; Al₂O₃ - 8,5-24,5; CaO - 31,0-8,0 і MgO - 14,0-4,0.

Рівновисока кислотостійкість 98,73 та лугостійкість 96,8 мас. % кераміки із мас на основі бінарних сумішей гідрослюдисто-каолінітової глини та відходів збагачення поліметалічної руди (BN2) при їх співвіднесенні від 3:2 до 2:3 пояснюється розвитком кристалічної системи анортит-воластоніт-кварц-гематит з кількісним співвіднесенням 7: 1,5: 1: 0,5.

Рівновисока (96-97,5 мас. %) кислото- та лугостійкість кераміки із мас на основі сумішей гідрослюдисто-каолінітної глини, базальту та червоного шламу (Вх45) при їх співвідношенні від 3: 2: 3 до 1,5: 2: 5 пояснюється формуванням при випалюванні складної кристалічної системи гематит-плагіоклаз-піроксен (авгіт)-муліт-корунд-кварц з кількісним співвіднесенням 3:2:2:1:1:1.

В сьомому розділі викладені результати дослідно-промислових випробувань визначених раціональних складів мас та розробки принципових технологічних схем виробництва хімічно стійкої кераміки з використанням техногенної сировини.

За сучасною технологією - при шлікерному способі підготовки, напівсухому пресуванню, сушці та випалюванні за швидкісними режимами на потоково-конвеєрних лініях в інтервалі максимальних температур 1040-1080⁰С із розроблених мас з використанням мінералізаторів виготовлені керамічні плитки з рівновисокою кислотостійкістю 97,2-99,7 і лугостійкістю 94,1-98,4 мас. % .

В результаті дослідно-промислових випробувань підтверджено, що ефективність практичного використання плиткових мас з добавкою мінералізаторів збільшується при їх вводі з техногенною сировиною відповідного хімічного складу. Досягнено інтенсифікацію спікання та підвищення властивостей плиток при швидкісних режимах випалу на потоково-конвеєрних лініях при використанні розроблених мас з 5-15 мас. % високодисперсних відходів феросплавного виробництва, що містять 30 мас. % MnO+MnO₂, 14 мас. % лужноземельних оксидів CaO+MgO, 4-5 мас. % Fe₂O₃, 0,5 мас. % P₂O₅, виконуючих при випалюванні функції комплексного мінералізатору.

За технологією пластичного формування, сушки та випалювання в камерних та тунельних печах в інтервалі максимальних температур 1100-1250⁰С із розроблених шамотованих мас на основі сумішей гідрослюдисто-каолінітових і полімінеральних глин та відходів металургійної, хімічної, гірничо-видобувної промисловості випущені партії хімічно стійкої кераміки з рівновисокою кислотостійкістю 96-99 та лугостійкістю 94-98 мас. %

Запропоновані технологічні схеми передбачають можливість організації виробництва керамічних виробів із мас з максимальним використанням техногенної сировини безпосередньо на заводах, де вони утворюються та накопичуються, або з частковим використанням цієї техногенної сировини на діючих підприємствах будівельної кераміки.

Особливістю розроблених технологічних схем є їх варіантність. Так для виробництва кераміки на основі червоного шламу (рис. 8) у першому варіанті, що є перспективним для створення виробництва безпосередньо або поблизу глиноземних заводів, передбачено використання червоного шламу у вигляді суспензії (тобто без попереднього зневоднення), дозування та змішування з глиною, опіснюючими та плавнями, зневоднення через фільтрпрес, пластичне формування, сушку та випалювання виробів.

Другий варіант передбачає використання червоного шламу, що попередньо зневоднений, дозування та змішування з глиною, опіснюючими та плавнями, пластичне формування, сушку та випалювання виробів.

Дослідно-промислові випробування цієї технології дозволили отримати керамічні вироби пластичного формування ( цеглу та плитки ) з рівновисокою кислото- та лугостійкістю ( 97 - 99 та 93 - 95 мас. % відповідно ), що за лугостійкістю на 13 - 15% перевищує показники шамотованої маси на основі артемівської глини, яка традиційно використовується у вітчизняному виробництві керамічних кислототривів.

Іншим прикладом практичної реалізації результатів досліджень є технологія виготовлення хімічно стійких виробів із шамотованих мас з використанням відходів збагачення поліметалічної руди. При цьому із маси на основі суміші гідрослюдисто-каолінітової глини (55-65 мас. %) і вказаних відходів (35-45 мас. %) при випалюванні в обертовій печі з максимальною температурою 1200⁰С отримують шамот з рівновисокою кислото- та лугостікістю (95,84-97,68 та 97,62-99,02 мас. % відповідно), що відвантажується як товарна продукція або поступає у подальше виробництво кераміки. На другій стадії із маси на основі суміші такого шамоту (25-35 мас. %), гідрослюдисто-каолінітової глини (39-45 мас. %) і вказаних відходів (26-30 мас. %) при випалюванні в камерній або тунельній печі в інтервалі максимальних температур 1150-1250⁰С отримують кераміку з рівновисокою кислото- та лугостійкістю (96,7-97,1 та 97,8-98,4 мас. % відповідно).

На основі проведених випробувань розроблені технологічні регламенти виробництва хімічно стійкої кераміки:

- керамічних плиток напівсухого пресування при швидкісному випалі на потоково-конвеєрних лініях;

- шамоту, гранульованої кераміки для офактурення бетонних панелей, пігменту для фасадних фарб;

- керамічних шамотованих виробів пластичного формування (цегли, плиток, шляхових елементів).

ВИСНОВКИ

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливу науково-практичну проблему - створення керамічних матеріалів з рівновисокою кислото- і лугостійкістю, виявлено особливості процесів спікання і структуроутворення мас з природної та техногенної сировини, сформульовані і науково обґрунтовані закономірності формування кристалізаційних структур, що забезпечують високу хімічну стійкість кераміки, в тому числі при швидкісних режимах випалу. Внаслідок проведених системних досліджень зроблено такі висновки:

Доведено, що фазовий склад кераміки є основним фізико-хімічним фактором, що визначає хімічну стійкість матеріалу, при цьому виявляються суттєві особливості впливу фазового складу та пористості кераміки із глин відмінного хіміко-мінералогічного складу:

- кераміка з монтморилоніто-каолінітової глини завдяки відносно більшому розвитку гематиту наближається за кислото- та лугостійкістю до гідрослюдисто-каолінітової глини при меншому ступені мулітизації, майже вдвічі більших загальній і відкритій пористості та вмісті вільного кварцу;

- кераміка з полімінеральних глин при відсутності або незначній муліти-зації досягає рівної й більшої хімічної стійкості, ніж гідрослюдисто-каолінітова глина, завдяки формуванню кристалічних фаз анортиту, гематиту, частково шпінелі MgAl₂O₄ , розподілених у розвиненій склофазі.

Ефект підвищення кислото- та лугостійкості кераміки на основі раціональних сумішей гідрослюдисто-каолінітових та полімінеральних глин пов'язаний з інтенсифікацією процесів спікання, збільшенням питомої частки закритих пор, кількості склофази та формуванням кристалічних комплексів муліт-анортит-шпінель MgAl₂O₄-кварц-кристобаліт-гематит, муліт-анортит-кварц - кристобаліт - гематит.

2. Доказано, що рівновисока хімічна стійкість керамічних матеріалів, може бути досягнута при формуванні кристалізаційних структур із мас на основі природної та техногенної сировини в системах CaO-SiO₂-Al₂O₃, Fe₂O₃-SiO₂-Al₂O₃, SiO₂-Al₂O₃- Fe₂O₃-CaO. Виявлено позитивний вплив анортиту, гематиту, корунду на підвищення ступеню лугостійкості і запропоновано оцінювати хімічну стійкість кераміки за узагальненим коефіцієнтом, що враховує фактори змін її фазового складу і пористості.

3. Оцінено ефективність використання мінералізаторів для інтенсифікації спікання, фазових перетворень та підвищення хімічної стійкості кераміки при тривалому і швидкісних режимах випалу. При швидкісному випалі (45-55 хвилин при максимальній температурі 1040-1060⁰С) мас на основі гідрослюдисто-каолінітових глин досягнуто кислотостійкість кераміки 89,3-98,7 мас. % (на 9,8-12,1% вище глини) і лугостійкість 66,7-87,8 мас. % (на 7,3-24,5% вище глини). По ефективності дії при швидкісному випалі кераміки мінералізатори розміщуються:

за приростом кислотостійкості

1%NaF > 4% MnO₂ +0,5% NaF ? 4% CuO+0,5% NaF>4% CuO> 4% MnO₂,

за приростом лугостійкості

4% MnO₂ + 0,5% NaF> 4% CuO+ 0,5% NaF >4% CuO>1%NaF> 4% MnO₂.

4. Запропоновано механізм дії мінералізаторів - в процесі спікання шляхом електронного обміну поміж продуктами руйнування ґраток основних породоутворюючих мінералів глини (каолініту і гідрослюди) та розкладу оксидів (марганцю, міді) підвищується ступень локалізації електронів на поверхні частинок та на контактних ділянках. Введення фторидів підвищує диспергацію глинистих частинок, їх питому поверхню і число контактів з відповідним збільшенням ступеню мулітоутворення, розвитком склофази, що містить елементи металів Mn⁺, Cu⁺, зменшенням відкритої пористості та питомої поверхні зіткнення з агресивним середовищем. Простежено ефект впливу мінералізаторів на інтенсифікацію спікання при швидкісних режимах випалу, анортитоутворення та підвищення хімічної стійкості кераміки із мас на основі сумішей глини та доменного шлаку, що відповідно вищевикладеному механізму пов'язано з інтенсифікацією фізико-хімічних процесів при збільшенні ступеню дефектності, руйнуванні та взаємодії породоутворюючих мінералів.

5. Визначено, що використання раціональних сумішей техногенної і природної сировини є ефективним засобом інтенсифікації процесів структуроутворення, спікання і підвищення властивостей кераміки, в тому числі хімічної стійкості.

Виявлено, що рівновисока кислото- (93-98 %) та лугостійкість (95-99 %) із мас на основі техногенної сировини з підвищеним вмістом оксидів заліза (червоний шлам, піритні недогарки) і глин, трепелу, опоки забезпечується формуванням при випалюванні кристалічних систем гематит-кварц-корунд (6:2:2), гематит-анортит-кварц (3:3:4), гематит-кварц (від 7:3 до 8:2) та склофази, насиченої оксидами заліза, кварцом, лужними та лужноземельними оксидами. При використанні шамотованих мас на основі таких сумішей підвищення лугостійкості кераміки навіть при відносно більшій відкритій пористості свідчить про превалююче значення виявлених особливостей фазового складу.

Кераміка із шамотованої маси на основі суміші червоного шламу і полімінеральної глини з загальним вмістом шламу 60 мас.% (35 мас. % Fe₂O₃) характеризується рівною з виробничою масою на основі гідрослюдисто-каолінітової глини кислотостійкістю 98,8 мас. % і значно більшою лугостійкістю 94,1 проти 69,8 мас. % завдяки формуванню кристалічної системи гематит-анортит-кварц з кількісним співвіднесенням 4: 3: 3.

Кераміка із шамотованої маси з високою концентрацією піритних недогарків 82,5-87,5 мас. % (58-62 мас. % Fe₂O₃) після випалу на 1250-1300⁰С досягає кислотостійкості 95-99 мас. % і лугостійкості 93-98 мас. %, що визначається формуванням кристалічної системи гематит-корунд при співвіднесенні 7:3.

Кераміка із шамотованої маси з вмістом 40 мас.% відходів збагачення поліметалічної руди після випалу на 1200-1250⁰С досягає кислотостійкості 96-97 мас. % і лугостійкості 97-98 мас. %, що пов'язується з розвитком кристалічної системи анортит-воластоніт-кварц-гематит.

6. Встановлено особливості процесів спікання, структуроутворення і ефект підвищення хімічної стійкості кераміки при введенні в склади мас комплексів техногенної сировини і мінералізаторів:

- показано, що наявність складної кристалічної системи анортит - муліт - гематит - б-двокальцієвий силікат - кварц, розподіленої в склофазі, при комплексному використанні доменного шлаку та мінералізатора забезпечує при застосуванні швидкісних режимів випалу кислотостійкість 99,3 мас. % та лугостійкість 88,5 мас. % кераміки (відповідно на 13,3 та 25,1% вище виробів з глини);

визначено залежність хімічної стійкості кераміки від концентрації та дисперсності граносієнітних відсівів, при введенні яких до маси досягається зміна якісного складу кристалічної фази, збільшення склофази за рахунок дифузії лужних і лужноземельних оксидів на межі контактів частинок відсівів і глини. Кераміка з найбільшим вмістом відсівів (70 мас. %) та їх тонкодисперсної частки (45 мас. %) відзначається розвитком анортиту в складній кристалічній системі анортит - муліт - гематит - кварц - кристобаліт, що забезпечує кислотостійкість 99,4 та лугостійкості 89,9 - 90,67 мас. % проти відповідно 98-99 та 70-71 мас. % для відомої виробничої маси на основі артемівської глини;

- відзначено, що розвиток складної кристалічної системи анортит - б-двокальцієвий силікат - бредигіт - корунд - гематит - кварц, розподіленої в склофазі, зменшення відкритої пористості та питомої поверхні зіткнення з агресивним середовищем при комплексному використанні доменного шлаку і червоного шламу забезпечує рівновисоку кислото- та лугостійкість кераміки на рівні 97-98 мас. %;

- формування складної кристалічної системи гематит-плагіоклаз-піроксен (авгіт)-муліт-корунд-кварц, розподіленої у склофазі - з відповідною мінімізацією кількості відкритих пор та поверхні зіткнення з агресивним середовищем визначає рівновисоку на рівні 96-97,5 мас. % кислото- та лугостійкість кераміки із мас на основі сумішей глини, базальту та червоного шламу.

7. Розроблено технологічні принципи управління процесом структуроутворення кераміки з рівновисокою кислото- та лугостійкістю в процесі виробництва з максимально можливим використанням техногенної сировини:

- модульне формування структури шляхом введення до складів мас компонентів природного та техногенного походження, що відзначаються наявністю відповідних кристалічних фаз, утворених в процесі первинної високотемпературної обробки (вулканічної діяльності, плавки металів);

- двостадійність спрямованого фазоутворення: при випалюванні сумішей відходів промисловості та глини при їх кількісному співвідношенні від 3:2 до 4:1 на шамот і при випалюванні виробів з шамотованої маси на основі сумішей відходів і глин;

- гомогенізація мас з підвищеним ступенем дисперсності компонентів шляхом сполучення способів шлікерної підготовки та пластичного формування.

8. Розроблено нові склади мас, що забезпечують виробництво хімічно стійкої кераміки з рівновисокою кислото- та лугостійкістю:

- з використанням мінералізаторів, в тому числі 2-5 мас.% відходів феросплавного виробництва, при випалюванні плиток зменшеної масоємкості за швидкісними режимами на потоково-конвеєрних лініях в інтервалі максимальних температур 1040-1080⁰С;

- шамотованих мас з вмістом до 60 мас.% техногенної сировини для виробництва за технологією пластичного формування та випалювання в інтервалі максимальних температур 1100-1250⁰С.

Розроблені технологічні схеми передбачають можливість організації виробництва керамічних виробів із мас з максимальним використанням техногенної сировини безпосередньо на заводах, де вони утворюються та накопичуються, або з частковим використанням на діючих підприємствах будівельної кераміки, що визначає перспективу розвитку регіонального виробництва високоякісних хімічно стійких виробів з наближенням до джерел сировини та споживачів продукції.

9. Розроблені та впроваджені в проекти технологічні регламенти виробництва в Україні та СНД хімічно стійкої кераміки з підвищеними експлуатаційними властивостями з максимальним використанням техногенної сировини, розроблені ТУ У 26.2-32798982-536 : 2005 "Вироби керамічні хімічно стійкі", що вперше регламентують показники виробів з рівновисокою кислото- та лугостійкістю. Результати роботи по використання природної сировини і відходів промисловості як техногенної сировини в технології кераміки дозволяють комплексно вирішувати проблеми регіонального розвитку промисловості, сировинної бази та охорони довкілля, ефективного використання мінеральних ресурсів, практичного регулювання параметрів структури та експлуатаційних властивостей виробів, у тому числі хімічної стійкості. Прогнозний економічний ефект від організації виробництва 10 тис.т хімічно стійкої кераміки пластичного формування (цегли, плитки), 22 тис.т шамоту хімічно стійкого, 1500 тис.м² плиток напівсухого пресування становить 10,8 млн.грн. на рік.

СПИСОК ОСНОВНИХ ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / Удачкин И.Б., Пащенко А.А., Черняк Л.П., Захарченко П.В., Семидидько А.С., Мясникова Е.А. - К.: Будівельник, 1988. - 104 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень підготовлено главу 2 монографії.

2. Черняк Л.П.,Лобасова Т.М. Структурообразование и свойства глин с добавкой фторида натрия.// Стекло и керамика. - М.,1976. - № 12. - С. 18 - 20.

Здобувачем проведено експерименти та запропоновано механізм дії мінералізатора при випалі глини.

3. Черняк Л.П. Особенности состава и свойств полиминерального глинистого сырья. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. - 1978. - С. 3 - 5.

4. Черняк Л.П., Нестеренко И.П., Сорока А.С. Определение минералогического состава глинистого сырья с помощью ЭВМ. // Стекло и керамика. - М.,1979. - № 3. - С. 17 - 19.

Здобувачем визначено вихідні данні для програмування та проведені тестування, що підтвердили достовірність розрахунків.

5. Гуменюк Е.Л., Зайонц Р.М., Черняк Л.П. Структурообразование и свойства некоторых пород вулканического происхождения // Исследования в области технологии производства новых видов керамических изделий. - М.: Стройиздат. - 1980. - С. 109-117.

Здобувачем запропонована методика і виялені особливості фазового складу сировини як фактору структуроутворення кераміки.

6. Черняк Л.П.,Гонтмахер В.Е. Минералогический состав и спекание глинистых систем. // Стекло и керамика. - М.,1980. - № 5. - С. 22 - 23.

Здобувачем отримані експериментальні данні та дано обґрунтування залежності ступеню спікання від мінералогічного складу сировини.

7. Черняк Л.П.,Комский Г.З.,Хрундже А.В. Структурообразование и свойства глинистых систем с минерализаторами. // Стекло и керамика. - М.,1980. - № 12. - С. 13 - 15.

Здобувачем проведено аналіз послідовності дії мінералізаторів в процесі структуроутворення кераміки.

8. Хрундже А.В.,Черняк Л.П. Изучение структурообразования и свойств глин на основе термодинамического анализа. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. - 1980. - С. 16 - 20.

Здобувачем визначено вихідні данні для розрахунків та проведенітестування, що підтвердили їх достовірність.

9. Черняк Л.П. Спекание и свойства глинистого сырья Киевской области. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. - 1981. - С. 9 - 11.

10. Черняк Л.П.,Трубачев В.И.,Пышной В.С.Использование доменного шлака в керамических массах // Стекло и керамика. - М.,1981. - № 10. - С. 17 - 19.

Здобувачем обгрунтовано і експериментально підтверджено інтенсифікацію анортитоутворення при випалі мас на основі суміші глина-доменний шлак.

11. Трубачев В.И.,Черняк Л.П. Спекание и структура системы глина-пиритные огарки. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. - 1982. - С. 43 - 46.

Здобувачем визначено раціональне співвідношення компонентів, пов?язано особливості складу, процесів спікання і властивостей кераміки.

12. Черняк Л.П., Балкевич В.Л. Использование в плиточном производстве отходов, содержащих оксид меди. // Стекло и керамика. - М.,1984. - № 3. - С. 22 - 23.

Здобувачем проведено тестування та розглянуто механізм дії мінералізатору з позицій електронної теорії спікання.

13. Круглицкий Н.Н.,Черняк Л.П., Левандовская Н.Ф Отходы промышленности в качестве минерализатора // Строительные материалы и конструкции.- К.-1985.- №3 - С. 20.

Здобувачем відзначено ефективність введення мінералізаторів з техногенною сировиною для підвищення властивостей керамічних кислототривів.

14. Черняк Л.П.,Комский Г.З., Трубачев В.И. Керамические отделочные материалы на основе железосодержащих отходов промышленности. // Производство и применение эффективных отделочных материалов в строительстве. -Л.: Знание. - 1986. - С. 44 - 48.

Здобувачем запрпоновано варіантні технологічні схеми виробництва кераміки на основі техногенної сировини.

15. Левандовская Н.Ф., Бондаренко С.И., Черняк Л.П. Керамические плитки с использованием отхода-минерализатора //ВНИИЭСМ.Сер.Керамическая промышленность.-М.,1987.-Вып.1.-С.3-6.

Здобувачем визначено технологічні параметри отримання хімічно стійкої кераміки з використанням саморозпадного шлаку феросплавного виробництва.

16. Левандовская Н.Ф., Черняк Л.П. Моделирование спекания системы глина-оксид меди.//Строительные материалы, изделия и санитарная техника.-К:Будівельник-1987-С.6-9

Здобувачем обгрунтовано вибір мінералізатора і ефективність його використання в технології керамічних кислототривів.

17. Левандовская Н.Ф.,Черняк Л.П., Балкевич В.Л. Влияние минерализатора на спекание и свойства глин// Стекло и керамика - М.,1988. - № 5. - С. 15 - 16.

Здобувачем відзначено відмінності впливу мінералізатора на спікання глин різних мінералогічних типів, можливість виготовлення кераміки з рівновисокою кислото- та лугостійкістю.

18. Черняк Л.П., Страшненко С.В. Интенсификация спекания керамических труб. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. -1988.-С. 11-12.

Здобувачем визначено тип мінералізаторів та технологію підготовки мас пластичного формування для підвищення властивостей і зменшення енерговитрат.

19. Черняк Л.П., Страшненко С.В., Сухинин В.Н. Влияние минерализатора на спекание и свойства керамических масс пластического формования // ВНИИЭСМ. Сер. Керамическая промышленность. - М.,1989. - Вып. 1. - С. 15 -17.

Здобувачем розглянуто ефект підвищення хімічної стійкості кераміки пластичного формування при використанні мінералізатора.

20. Черняк Л.П., Страшненко С.В. Влияние отсевов камнедробления на спекание и структуру керамических труб. // Строительные материалы, изделия и санитарная техника. -К.: Будівельник. - 1989. - С. 12 - 15.

Здобувачем показано зв'язок особливостей фазового складу та підвищення лугостійкості кераміки.

21. Черняк Л.П. Структурообразующий и экологический факторы использования техногенного сырья в технологии керамики // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2001. - № 18 - С.52-56.

22. Черняк Л.П., Страшненко С.В., Сухинин В.Н. Комплексное использование полиминеральной глины и отсевов камнедробления в технологи керамических труб. // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. -К.: Знання. - 2001. - С. 71 - 73.

Здобувачем обгрунтовано підвищення хімічної стійкості кераміки за рахунок анортитоутворення.

23. Черняк Л.П. Хімічно стійка кераміка з використанням техногенної сировини // Строительные материалы и изделия.- К.,2002.- №2 - С. 3-4.

24. Черняк Л.П. Вплив хіміко-мінералогічного складу глин на хімічну тривкість кераміки. // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. -К.: Знання. - 2002. - С. 79 - 83.

25. Черняк Л.П. Критерії вибору сировини для сучасного виробництва будівельної кераміки // Строительные материалы и изделия.- К.,2003.- №1 - С. 2-4, №2 - С.6-8.

26. Черняк Л.П. Комплексне використання природної та техногенної сировини в технології хімічно стійкої кераміки. // Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. -К.: Знання. - 2003. - вип. 18 - С. 41 - 49.

27. Черняк Л.П. Розвиток виробництва хімічно стійкої кераміки // Строительные материалы и изделия.- К.,2004.- № 4 - С. 13-16.

28. Черняк Л.П. Технологія хімічно стійкої кераміки з використанням відходів збагачення поліметалічної руди // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”. - Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. - № 32 - С.34-41.

29. Черняк Л.П. Підвищення хімічно стійкості кераміки // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. - № 33 - С.141-148.

30. Страшненко С.В., Черняк Л.П. Хімічно стійка кераміка з гранично опісненних мас // Вісник Національного технічного університету “ХПІ”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2004. - № 34 - С.157-165.

Здобувачем показано зв?язок особливостей структури і підвищення лугостійкості кераміки.

31. Черняк Л.П., Страшненко С.В. Кислотоупоры и трубы с использованием отходов производства удобрений // Вісник Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2001. - № 18 - С.151-154.

Здобувачем запропоновано технологію виробництва керамічних кислототривів з використанням техногенної сировини.

32. Зайонц Р.М., Черняк Л.П. Керамические химически стойкие изделия.- М.: ВНИИЭСМ, 1975.- 32 с.

Здобувачем визначені напрямки вдосконалення технології виробництва хімічно стійкої кераміки та підготовлено розділ 2 брошури.

33. Черняк Л.П. Спекание и свойства керамических изделий.- К.:Знание,1980.-22 с.

34. Удачкин И.Б.,Черняк Л.П., Даценко Б.М. Современная химическая технология керамики и ячеистого бетона.- К.: Знание , 1981.- 20 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень показано особливості фазового складу кераміки на основі суміші глини і піритних недогарків.

35. Кондратенко А.Д., Любашенко И.И., Черняк Л.П. Применение местного сырья и отходов промышленности в производстве керамических плиток.- К.:УкрНИИНТИ,1982.- 23 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень показано особливості фазового складу кераміки з суміші глин і доменного шлаку.

36. Черняк Л.П., Сай В.И. Совершенствование технологии строительной керамики.- К.: Знание, 1985.- 22 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень показані особливості спікання кераміки з суміші глин, доменного шлаку і червоного шламу...

37. Черняк Л.П.,Тищенко Б.Г. Керамические плитки с использованием низкосортных глин и отходов промышленности. - М.:ВНИИЭСМ, 1986. - 40 с.

Здобувачем за результатами власних досліджень показані особливості спікання та властивостей кераміки з використанням техногенної сировини..

38. Керамическая масса для изготовления химически стойких изделий : А.с. 873636 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Л.В.Назаренко, А.В.Хрундже, Л.П.Черняк (СССР). - № 2731631/29-33; Заявлено 02.03.79; Опубл. 81, Бюл. № 38 - 300 с.

Здобувачем обґрунтовано склад комплексу мінералізаторів, що дозволило виготовити при швидкісному випалі кераміку з рівновисокою кислото- та лугостійкістю.

39. Керамическая масса : А.с. 916490 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Л.П.Черняк (СССР). - № 2975553/29-33; Заявлено 21.08.80; Опубл. 30.03.82, Бюл. № 12. - 111с.

40. Керамический пигмент : А.с. 1065361 СССР, МКИ С 03 С 1/04. / Б.М.Даценко, В.И.Тру-бачев, Л.П.Черняк, Э.С.Колосветова (СССР).- № 3468759/29-33; Заявлено 04.05.82; Опубл. 07.01.84, Бюл. № 1. - 98с.

Здобувачем розраховано склад маси з використанням піритних недогарків, що дозволило виготовити керамічний пігмент з рівновисокою кислото- та лугостійкістю.

41. Керамическая масса для изготовления химически стойких изделий : А.с. 1270144 СССР, МКИ С 04 В 33/24. / Н.Ф.Левандовская, Л.П.Черняк, В.И.Трубачев, В.С.Пышной (СССР). - № 3935862/29-33; Заявлено 17.06.82; Опубл. 15.11.86, Бюл. № 42. - 86 с.

Здобувачем визначено склад і технологію введення мінералізаторів, що дозволило підвищити властивості хімічно стійкої кераміки.

42. Керамическая масса для изготовления плиток для полов : А.с.1305141 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Н.Ф.Левандовская, Л.П.Черняк, С.И.Бондаренко, З.Ф.Сироткин (СССР). - № 3954523/29-33; Заявлено 17.09.85; Опубл. 23.04.87, Бюл. № 15. - 87 с.

Здобувачем обґрунтовано склад комплексу мінералізаторів, що дозволило виготовити при швидкісному випалі кераміку з рівновисокою кислото- та лугостійкістю.

43. Керамическая масса для изготовления фасадных плиток и плиток для полов : А.с.1318572 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Н.Ф.Левандовская, Л.П.Черняк, В.Л.Балкевич (СССР). - № 4017723/29-33; Заявлено 05.02.86; Опубл. 23.06.87, Бюл. № 23. - 83 с.

Здобувачем запропоновано комплексне введення доменного шлаку і мінералізаторів, що дозволило виготовити хімічно стійку кераміку при швидкісному випалі.

44. Керамическая масса для изготовления химически стойких изделий : А.с. 1446126 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Н.Ф.Левандовская, Л.П.Черняк, О.И.Покотило (СССР). - № 4264141/29-33; Заявлено 19.05.87; Опубл. 23.12.88, Бюл. № 47. - 116 с.

Здобувачем визначено склад і технологію підготовки маси, що дозволило підвищити властивості кераміки із зменшенням енерговитрат.

45. Керамическая масса : А.с. 1655948 СССР, МКИ С 04 В 33/00. / Л.А.Белостоцкая, С.В.Страшненко, Л.П.Черняк (СССР). - № 4663123/33; Заявлено 06.02.89; Опубл. 15.06.91, Бюл. № 22. - 96 с.

Здобувачем визначено раціональний склад мас з тонкодисперсними відсівами для підвищення технологічних і експлуатаційних властивостей кераміки.

Размещено на Allbest.ru

...