Физико-химические свойства мономинеральных глин
Наименование глин |
Теплота смачивания, кДж/кг |
Количество мономолекулярно - связываемой воды, % по массе |
Суммарная емкость обмена, мг-экв на 100 г глины |
Каолинитовая |
7,42 - 8,67 |
2,07 - 2,43 |
4,8 - 6,8 |
Монтморил-лонитовая |
36,6 - 76,8 |
10,2 - 21,3 |
67,5 - 70,8 |
В зависимости от состава и структуры глинистой породы между ее частицами могут существовать такие виды взаимодействий, как гравитационные, магнитные, молекулярные, электростатические, ионно-электростатические, и силы, обусловленные химическими связями. Эти силы действуют не по всей межфазной границе частиц, а только в местах их непосредственных контактов. Характер индивидуальных контактов, а также их количество являются важными показателями структуры породы, от которых зависят ее прочностные и деформационные свойства [31].
Между глинистыми минеральными частицами возможно формирование трех типов контактов: коагуляционных, переходных и фазовых [32].
Коагуляционные контакты преобладают у «молодых» глинистых осадков и слабоуплотненных глин. Их характерной особенностью является наличие между частицами тонкой пленки жидкости (связанной воды), толщина которой зависит от физико-химических факторов и достигает несколько десятков нанометров (рис. 1.2, а). Притяжение частиц в коагуляционном контакте обусловлено дальнодействующими молекулярными, магнитными и электростатическими взаимодействиями. Важными особенностями коагуляционных контактов являются малая прочность (10–11 – 10–9 Н) и обратимый характер разрушения. После разрушения такие контакты могут быстро восстанавливаться. С этим связано явление тиксотропии, заключающееся в потере прочности при динамических воздействиях и ее восстановлении после снятия таких воздействий. Водные дисперсии глинистых минералов являются коагуляционными структурами с весьма совершенной тиксотропией.
б) а)
г) в)
1 2 3
Рис. 1.2 Схематическое изображение энергетических типов контактов
Между структурными элементами:
1 - частица; 2 – связанная вода; 3 – цементирующее вещество
Переходные контакты распространены в водонасыщенных плотных глинистых породах, а также в глинах, находящихся в сухом и слабоувлажненном состояниях. Они характеризуются небольшой (точечной) площадью соприкосновения и образованием между частицами относительно прочной связи (10–8 – 10–7 Н) за счет действия ионно-электростатических и химических (валентных) сил ( см. рис. 1.2, б). Отличительной особенностью переходных контактов является их обратимость по отношению к воздействию воды, обладают способностью переходить в коагуляционные контакты при увлажнении породы и восстанавливаться при высыхании [32].
Фазовые контакты развиты у сильно уплотненных сцементированных глин. Они характеризуются наличием непосредственного соприкосновения между минеральными частицами на контакте новой фазы (кремнезема, карбонатов), цементирующей минеральные частицы в микроагрегаты. Первый тип фазовых контактов называют кристаллизационным (см. рис. 1.2, в), а второй - цементационным (см. рис. 1.2, г). Фазовые контакты образованы ионно-электорстатическими и химическими связями, что обусловливает их высокую прочность (≥ 10–6 Н). Глинистые породы с фазовыми контактами незначительно теряют свою прочность и не пластифицируются при увлажнении.
Вследствие существования вышеперечисленных видов контактов при взаимодействии с водой физико-механические свойства глин изменяются в достаточно широких пределах.
Одним из наиболее распространенных способов регулирования гидрофильности дисперсных систем является не только изменение состава, структуры и формы контактов, но и использование добавок ПАВ (что может быть следствием изменения энергетического типа контактов между глинистыми частицами), которые согласно исследованиям [33] предопределяют возможность создания энергосберегающих технологий производства керамических материалов.
На основании анализа факторов структурообразования глинистых минералов, рассмотрим особенности использования добавок ПАВ в технологии керамических материалов.
Выводы
Анализ показывает, что актуальным является расширение теоретических и научно-практических представлений о формировании структуры дисперсных глинистых минералов. Поэтому целю работы является совершенствование технологии и улучшение свойств керамических изделий на основе каолинсодержащего сырья модифицированием структуры сырца ионогенными поверхностно-активными веществами (ПАВ).
В соответствии с поставленной целью требуется решить следующие задачи:
изучить механизм действия химических добавок в глинистых дисперсных системах;
обосновать выбор вида и массовой доли химических добавок для улучшения формовочных свойств шихт качества керамических изделий;
установить закономерности формирования структуры сырца керамических изделий на стадиях массоподготовки и формования с учетом использования ионогенных поверхностно-активных веществ (ПАВ);
разработать предложения по применению ионогенных ПАВ, обеспечивающие стабильное качество готовой продукции при снижении энергетических затрат на ее получение.