книги из ГПНТБ / Григорович, М. Б. Минеральное сырье для промышленности строительных материалов и его оценка при геологоразведочных работах

43

В общем виде процесс производства всех видов керамических изделии состоит из следующих операций: 1) подготовка сырых ма­ териалов, их смешение и приготовление керамической или рабочей

глин;. 2) отощнтеля; 3) плавня и 4) воды. При производстве изде­ лий грубой керамики второй и особенно третий материалы могут отсутствовать.

Существуют три наиболее часто практикуемых способа подго­ товки керамической массы: пластический, сухой и мокрый. Изделия грубой керамики (кирпич, черепица) большей частью изготовля­ ются пластическим способом, но применяется также и полусухой. При изготовлении изделий тонкой керамики керамическая масса

в зависимости от степени огнеупорности глин и вида изделий. При обжиге красного строительного кирпича температура составляет 1000°, а при обжиге фарфора достигает 1400°. Нормы расхода ос­ новного сырья для производства керамических изделий значитель­ но колеблются. Так, для глиняного кирпича различного типа расход

7,1, песка кварцевого 3,8, мела 0,04, талька 0,07, полевого шпата

0,137, химикатов 0,26.

Для санитарно-строительных изделий эти нормы (в т на 1 т продукции) составляют всего 2,5, в том числе: каолина 0,65, гли­ ны 0,96, песка кварцевого 0,43, полевого шпата 0,02, пегматита 0,06, мела 0,008, глинозема технического 0,023, талька 0,02, гипса

0,33, химикатов 0,01.

Керамические изделия, выпускаемые промышленностью строи­ тельных материалов, делятся на две основные группы:

I. Отделочная и специальная строительная керамика, куда вхо­ дят: 1) санитарно-строительная керамика (унитазы, бачки, умы­ вальники) ГОСТ 10547—63 и др.; 2) плитки для внутренних обли­ цовок, ГОСТ 6141—63; 3) фасадные облицовочные материалы, ГОСТ 6664—59; 4) плитки для полов, ГОСТ 6787—53; 5) канали­ зационные трубы, ГОСТ 286—54; 6 ) кислотоупорные изделия,

ГОСТ 961—57.

II. Стеновая и кровельная керамика, в том числе: 1) кирпич глиняный обыкновенный пластического или полусухого прессова-

44

ния, ГОСТ 530—54; 3) кирпич глиняный пустотелый пластического прессования, ГОСТ 6316—55; 3) кирпич глиняный пустотелый по­ лусухого прессования, ГОСТ 6248—59; 4) кирпич строительный легковесный, ГОСТ 648—41; 5) камни керамические стеновые, ГОСТ 6328—55; 6 ) блоки кирпичные крупные стеновые, ТУ 107— 55 Госстроя СССР; 7) внброкирпнчные панели (Вр. указ. Акаде­ мии строительства и архитектуры СССР — 1959); 8 ) черепица гли­

Для изготовления изделий, входящих в I группу, используются огнеупорные и тугоплавкие глины, каолины, полевые шпаты, квар­ цевый песок. Причем для изделий, входящих в подгруппы 1, 2, 3, требуются беложгущиеся глины и каолины. Стеновая и кровельная керамика (II группа) изготовляется главным образом из легко­ плавких глии. Иногда используются также тугоплавкие глины и всевозможные сланцы.

Государственных стандартов на сырые глины, кроме бентони­ товых, не разработано. Имеются только ГОСТ на обогащенные каолины (прилож. 4) и ГОСТ на каолин-сырец Кыштымского месторождения. Разработаны технические условия на огнеупорные

Ниже приводятся сведения о требованиях, предъявляемых про­ мышленностью строительной керамики к глинистым породам. Для приготовления фарфоро-фаянсовых изделий и санитарно-строитель­ ной керамики используются пластичные огнеупорные беложгу­ щиеся глины, каолины, кварцевый песок и полевой шпат. При этом большое значение имеет разжижаемость глин и каолинов, так как эти изделия производятся способом литья. Получение сус­ пензий требуемой текучести достигается путем добавления к сы­ рым материалам воды и электролитов (сода, жидкое стекло).

При производстве фарфора и фаянса в шихту иногда вводят бентонитовые глины, добавка которых значительно повышает пла-

45

стичность керамической массы, увеличивает механическую проч­ ность высушенных изделий, понижает температуру обжига и по­ вышает просвечиваемость фарфора. Качество бентонитовой глины лимитируется ГОСТ 7032—54, согласно которому глина должна отвечать требованиям, приведенным в табл. 16.

и невысокой чувствительностью к сушке, при введении отощителя легко формоваться, высыхать без трещин;

46

2 ) иметь низкую температуру и достаточный интервал спе­ кания;

3)после обжига иметь ровный светлый цвет;

4)-не содержать вредных примесей — зерен известняка, желе­

зистых и каменистых включений, и растворимых солей; 5) иметь достаточно однородный состав.

Глины, не отвечающие этим требованиям, подвергают коррек­ тировке.

Сырьем для изготовления половых плиток служат различные тугоплавкие и огнеупорные глины, содержащие в прокаленной на­ веске 18—33% А120 з, а также каолин, кварцевый песок, пегматит, нефелин и красители (хромовая руда, пиролюзит). Вредными при­ месями в глинах являются пирит, известняк, сидерит, гипс, слюда. Керамические канализационные трубы изготовляются из тугоплав­ ких и огнеупорных глин, содержащих в прокаленной навеске не менее 20% А120 3 и не более 70% Si02 и не содержащие пирита, сидерита и известняка. Для изготовления этих труб обычно при­ меняют глины высоко-, средне- и умереннопластичные с интерва­ лом спекания больше 50°, водопоглощением черепка меньше 7%.

Для изготовления кислотоупорных керамических изделий при­ меняют основные или полукислые глины высокой или средней пла­ стичности, не содержащие вредных примесей (пирит, сидерит, гипс, известняк). Спекаемость. глин должна происходить при темпера­ турах 1120—1200° при интервале спекания не менее 100°. По хими­ ческому составу глины должны содержать (в %): А120 3 20—40; Si02 55—65, Fe2C>3 — не более 3,5, СаО — не более 1—2.

Сырьем для производства керамических стеновых материалов (кирпич, блоки), черепицы, дренажных труб служат легкоплавкие глины с огнеупорностью ниже 1350°. Глины не должны содержать крупных включений, особенно карбонатных и примесей раствори­ мых солей. Формуемость глин должна быть хорошей, чувствитель­ ность к сушке небольшая, температура обжига 900— 1000°, интер­ вал между температурой обжига и началом размягчения под на­ грузкой— не менее 50°. Пределы колебаний химического состава и важнейших свойств кирпичных глин характеризуются следую­ щими показателями (Сыромятников, 1968).

47

Среди легкоплавких глин выделяют так называемые гончар­ ные, которые применяются для изготовления пустотелых изделии архитектурной керамики и черепицы. Они должны обладать хоро­ шей формовочной способностью, иметь число пластичности ие ме­ нее 14, воздушную усадку не более 10%, температуру обжига 950— 1000°, интервал между температурой обжига и началом размягче­ ния 50—75°. Химический состав гончарных глин следующий (в %): Si02 65—74; AI2O3 15—20; СаО 5— 6 (мелкораспыленная примесь). Глины не должны содержать включений кварца, гипса, пирита и известняка размером более 1 мм.

Для производства керамзита пригодно глинистое сырье, спо­ собное вспучиваться при нагревании в пределах температур

1150—1250°.

Вспучиваемость глии характеризуется коэффициентом вспучи­ вания К или объемной массой вспученного материала в куске.

но в заводских условиях. Взаимоотношения между этими коэффи­

глинистое сырье характеризуется очень слабой связью между ми­ неральными частицами, обработка производится пластическим спо­ собом; 2 ) камневидное глинистое сырье (не размокающее в воде), перед вспучиванием производится раздробление; 3) высокопла­ стичное (вязкое) глинистое сырье имеет большую плотность, обра­ батывается оно на зубчатых вальцах путем разрыва.

Процессы вспучивания глинистых пород до настоящего времени полностью не изучены, но активная роль некоторых окислов, мине­ ралов и веществ признается большинством исследователей. Важ­ нейшими компонентами состава глин, определяющими их способ­ ность к вспучиванию, являются окислы железа, органические ве­ щества и гидрослюды. Для хорошей вспучиваемости имеет боль­ шое значение содержание частиц размером меньше 10 мк, которых должно быть не менее 35%• Химический состав глин в известной степени позволяет определять их способность к вспучиванию. Глины, содержащие более 70% Si02, в большинстве случаев непри­ годны для получения керамзита. По мере увеличения содержания Si02 и уменьшения содержания А120 3, Fe20 3, MgO, Na20, К2О вспучиваемость глинистых пород уменьшается. Крупные зерна кварца также уменьшают вспучиваемость. Наиболее оптимальное содержание А120 3 17—22%. Хорошо вспучивающиеся глинистые породы обычно содержат до 2—3,5% СаО и около 2,5—3% К2О + -Т Na20.

48

Оптимальное содержание отдельных компонентов в хорошо вспучивающихся глинах следующее (в пересчете на прокаленное вещество, в %); Si02 55—67; А120з 20—24; MgO 1,5—3,6; СаО 1,5—2,5; Fe20 3+ Fe0 6—9; Na20 + K2 0 1,5—3,5. Лучше всего вспу­ чиваются глины гидрослюдисто-каолинитовые и гидрослюдистомонтмориллонитовые, а также состоящие из смешаннослойного ми­ нерала типа гидрослюда—монтмориллонит. Глины, сложенные главным образом каолинитом, галлуазитом и монотермитом, при температуре обжига, достигаемой во вращающихся печах, вообще не вспучиваются.

В последнее время установлено, что в качестве сырья для производста керамзита можно использовать всевозможные сланцы (шунгитовые — в Карелии, кварц-биотит-гранатовые — в Кривом Роге, углисто-глинистые сланцы Донбасса). В Казахстане рабо­ тами КазИМС выявлено и изучено месторождение гидрослюдистых сланцев Адек-Су, являющихся хорошим сырьем для получения ке­ рамзита (Шустер, 1969). Ценным преимуществом сланцев перед глинами является возможность организации производства керам­ зита сухим способом, минуя стадию пластического формирования гранул.

Шунгитовые сланцы представляют собой глубокометаморфизованные породы, содержащие углерод в количестве от нескольких до 90%. Коэффициент вспучивания шунгитовых сланцев Нигозерского месторождения равен 4—5, объемная масса вспученного ма­ териала 250—400 кг/м3. Запасы их в Карелии весьма значительны, но не все разности сланцев хорошо вспучиваются.

Гидрослюдистые сланцы месторождения Адек-Су в Джамбулскон области состоят из гидрослюд с небольшим количеством кварца и полевого шпата (табл,- 17).

Т а б л и ц а 17

Химический состав сланцев месторождения Адек-Су (%)

(по Шустер, 1969)

Коэффициент вспучивания сланцев 2,6, объемная масса гравия

520—560 кг/м3.

Для производства аглопорита используются как отходы про­ мышленности (шлаки, золы), так и глинистые породы (слабовспучивающиеся и невспучивающиеся). По данным М. П. Элинзона (1965), сырьем для производства аглопорита могут являться пес­ чано-глинистые породы —• супеси, суглинки, лёссовидные породы,

глинистые сланцы. Для процесса спекания в породу вводится топ­ ливо (обычно в виде различных углесодержащих отходов).

Песчано-глинистые породы должны содержать не менее 15— 2 0 % и не более 40—50% глинистого вещества, переходящего в рас­ плав в ходе спекания. Остальные 50—85% породы должны быть представлены тугоплавкими частицами, сохраняющимися при агло­ мерации в твердом состоянии (кварц, тугоплавкие или огнеупорные глинистые минералы). Для получения аглопорита лучше приме­ нять песчано-глинистые породы, пелитовая часть которых представ­ лена минералами группы монтмориллонита и гидрослюд. Не менее эффективно применение гидрослюдистых и хлорпт-гидрослюдпстых глинистых сланцев.

Как указывает М. П. Элинзон, для производства аглопорита пригодны также глинистые породы, засоренные дутиком, при пре­ дельном содержании в них СаО до 10%. Присутствие сернистых и сернокислых соединений нежелательно. Сводные данные о требо­ ваниях к глинистым породам, пригодным для производства керам­ зита и аглопорита, приведены в табл. 18 (Элинзон, 1965).

Глины для производства строительной керамики залегают обычно на небольшой глубине и их добывают в карьерах откры­ тым способом. Из-за большого расхода сырья заводы строят в не­ посредственной близости от карьеров и оборудование их состав­ ляет единый комплекс с остальным оборудованием завода.

Большинству месторождений глин для строительной керамики присущи некоторые общие особенности: 1) пластовый характер залегания и сравнительно небольшая мощность пластов, позволяю­ щая вести их выемку одним уступом; 2 ) небольшая мощность вскрышных пород, редко превышающая 1 м (иногда до 10 м); 3) сравнительно невысокая производительность карьера, предназ­ наченного для снабжения обычно одного завода; 4) небольшие рас­ стояния перемещения пород вскрыши (обычно от 50 до 300 м, редко больше).

Средняя мощность разрабатываемой толщи пластов глин на карьерах кирпичных заводов РСФСР (Справочник по производ­ ству строительной керамики, т. III, 1962) приведена в табл. 19.

Добычные работы на глиняных карьерах производят с по­ мощью одноковшовых и многоковшовых экскаваторов, вскрышные работы — с помощью бульдозеров, колесных бульдозеров, колес­ ных скреперов, а иногда гидромеханизацией.

Огнеупорные глины, используемые в промышленности тонкой керамики, в зависимости от глубины залегания разрабатываются открытым или подземным способом. Шахтами и штольнями раз­ рабатываются огнеупорные глины Боровичского района, частично Латнинского в Воронежской области, Пятихатского на Украине, Шрошинского в Грузии и некоторых месторождений Урала. Преи­ муществом открытых работ является возможность более полного и раздельного извлечения глин, так как при подземной разработке значительная часть запасов остается в недрах и теряется. В связи

50

Т а б л и ц а 18

Требования к глинистым породам для производства керамзита и аглопорита

Для производства

Показатели сырья

с тем что огнеупорные глины являются ценным сырьем, при их разработке допускается значительная мощность вскрышных пород, которая в 8 — 10 раз превышает мощность полезной толщи.

Глины, используемые в производстве строительной керамики, как правило, обогащению не подвергаются. Это объясняется эко­

ностью избирательного дробления при сухом обогащении. В про­ цессе подготовительной обработки сырьевой массы для изделий тонкой керамики производится ситовая и магнитная очистка шли­ кера.

Каолин в промышленности тонкой керамики используется после обогащения, так как сырец содержит кварцевый песок, соединения железа, титана, марганца, а также карбонаты, щелочи и органи­ ческие вещества, понижающие его белизну, огнеупорность и пла­ стичность. В нашей стране обогащение каолина производится по двум технологическим схемам: мокрое электролитное обогащение и сухое с помощью воздушной сепарации. Недостатками мокрого обогащения являются загрязнение конечного продукта жидким стеклом и известью, вводимыми для стабилизации суспензии и ус­ корения коагуляции. При сухом обогащении имеют место большие потери (до 30—40%), а конечный продукт характеризуется невы­ сокой дисперсностью.

В настоящее время разработана новая схема обогащения као­ лина, включающая следующие операции: 1) выделение крупнозер­ нистых песков (класс +0,5—0,8 мм) в механических классифика­ торах; 2 ) выделение средне- и мелкозернистых песков (класс от —0,5 до +0,050 мм) в гидроциклонах; 3) фракционирование као­ линового концентрата в мультигидроциклонах или центрифугах;

4)получение флотированием калиевых полевых шпатов из средне-

имелкозернистых песков, щелочных каолинов, а также высоко­

сортных керамических песков.

52