Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Силикатные материалы строительного назначения из нерудного сырья. Монография

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

08.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 135 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

содержания железа в исходных пробах и кристобалита – в обожженных образцах. Чем больше гематита и кристобалита в керамическом материале, тем ниже его морозостойкость. Не исключено, что повышенное содержание железа в керамических образцах способствует более интенсивному переходу кварца в α-кристобалит, последующий переход которого при понижении температуры в β-модификацию нарушает внутреннюю структуру изделий. Этому процессу, вероятно, способствует и частичное восстановление гематита, о чем свидетельствует появление в продуктах обжига магнетита.

Керамическими заводами выпускается обыкновенный, лицевой, эффективный, фасонный, двухслойный, ангобированный и глазурованный кирпич. Разработан кирпич, аккумулирующий тепло; с продольными каналами для скрытой электропроводки; замковый кирпич. Для покрытия керамических материалов применяются плазменные технологии.

В последнее время возрос спрос на легковесные кирпичи. Выпуск изделий с высокими теплоизоляционными свойствами является требованием времени, т.к. в России значение термического сопротивления ограждений с 2000 г. увеличилось в 3,5 раза. Производство эффективного кирпича обеспечивает экономию сырья и топлива, снижение себестоимости продукции. Повышение тепловой эффективности достигается путем тщательной подготовки шихты, применения выгорающих добавок, создания мелких пор и пустот с рациональным расположением и размерами последних. Благодаря высококачественному изготовлению формующих мундштуков и выбору их оптимальной конструкции пустотность доведена до 50 %.

Снижения средней плотности (далее – плотность) керамического материала можно добиться путем увеличения содержания в сырье карбонатов щелочно-земельных металлов, добавки топлива в кирпичную массу, увеличения содержания воды при формовании сырца, уменьшения температуры обжига, применения для формования оригинального пресс-материала (пластичной массы, частицы которой имеют форму бесконечных лент-жгутиков размерами в поперечном сечении 1-2 мм), получения газо- и пенокерамических изделий.

Разработаны технологии производства пористой керамики из гранул и пенокерамики «Керпен» с высокими теплоизоляционными свойствами. Следует отметить, что важным фактором, определяющим основные физико-технические свойства керамических изделий, явля-

ется структура их пористости. Пустоты изделий могут заполняться вспученным перлитом, заливочным пенопластом.

При производстве пористого теплоизоляционного кирпича применяется ускоренный режим сушки и обжига, что приводит к увеличению производительности и снижению энергозатрат.

Для повышения качества изделий и снижения затрат на их производство необходимо применять самое совершенное глиноперерабатывающее, формующее и сушильно-обжиговое оборудование. В России имеется ряд кирпичных заводов, оснащенных импортным оборудованием, на которых в последние годы освоен выпуск пустотно-пористого кирпича и камней, удовлетворяющих по физикомеханическим свойствам требованиям нормативно-технической документации. Например, ЗАО «Победа-Кнауф» выпускает кирпич пустотелый строительный поризованный (1NF) марки М-125 со средней плотностью 950 кг/м3 и теплопроводностью 0,26 Вт/(м

С).

Марка по морозостойкости – F50 и F75.

Для получения керамических изделий с малой плотностью и высокими теплотехническими свойствами чаще всего применяют два способа: увеличение пустотности кирпича и пористости керамики (при этом требуется и более тщательная подготовка шихты).

Пустотность регулируется путем использования различных пустотообразователей (пустоты должны иметь рациональное расположение и размеры), а пористость (в основном) – применением порообразователей (например, выгорающих добавок), а также использованием минеральных добавок (мела, доломита) и другими способами. Для получения прочной высокопористой керамики необходимо создавать мелкопористую структуру матричного типа. Высокопустотные изделия с высокой пористостью получают, в основном, способом пластического формования, но имеются и технологии их получения из пресс-порошка.

Переработка глинистого сырья для производства плитки (облицовочной – для внутренних и наружных работ) проводится полусухим и пластическим способами формования. Керамическую плитку получают способом полусухого прессования преимущественно со шликерной подготовкой глинистого сырья. При формовании плиток для внутренней облицовки применяется пресс-порошок следующего зернового состава: фр. > 1 мм до 5,0 %, фр.1-0,5 мм – 10-15 %, фр. 0,50,25 мм – 45-55 %, фр. < 0,25 мм – 35-40 %. Формовочные свойства пресс-порошка зависят от состава сырья, технологии приготовления

шликера и пресс-порошка, его структуры. Возможно получение плитки по пластической и литьевой технологии. Формование плиток может проводиться с использованием вибрации. Технология производства облицовочных плиток основывается на двукратном обжиге.

При подготовке сырьевых смесей используются раздельный или совместный помол сырьевых материалов, сырой или мокрый способы получения сырьевых шихт, распылительные сушилки и др. Применение в массоподготовке автоматизированного непрерывного мокрого помола позволяет снизить расход электроэнергии на 35 %, уменьшить производственные площади – на 40 %, трудоемкость обслуживания – на 70 %. Помольные установки необходимо футеровать каучуком. Разработана система гранулирования сухих порошков, обеспечивающая снижение расхода энергии.

Применение полилинейной сухой технологии обработки керамического сырья и сушильно-помольной установки для индивидуального помола и смешивания отдельных компонентов керамического сырья с различными размерами частиц повышает качество стеновой плитки однократного обжига.

При помоле рекомендуется использовать материалы с однородными размерами частиц и мелющие тела с высокой плотностью, снижать вязкость шликера, активировать помол с помощью поверхностно-активных веществ.

Имеется технология изготовления керамической плитки всего за 24 ч. При скоростном обжиге на поточно-конвейерных линиях требуется применение низкообжиговых масс.

Для получения морозостойкой плитки необходимо, чтобы в стеклофазе соотношение RO/R2O равнялось 0,6, а в керамическом теле имелись поры с диаметром 0,6-100 мкм и открытые поры с диаметром менее 0,3 мкм. Для повышения прочности и морозостойкости в шихту вводится раствор 0,04-0,1 % хлорида натрия.

Для малоусадочных плиток требуется оптимальное соотношение R2O/RO, которое обеспечивало бы заданное водопоглощение при возможно минимальной усадке. Регулирование химического и минерального составов глинистых систем – эффективный способ воздействия на их структурообразование и свойства /7/.

Минерал волластонит, представляющий собой метасиликат кальция, в последние годы привлекает все большое внимание. Он широко применяется в производстве не только технической, но и строительной керамики. Использование волластонита позволяет снизить влаж-

ностное расширение фаянсового материала после обжига, влагопоглощение, усадку в 2 раза и увеличить прочность изделий (при 20 % введении волластонита в шихту), проводить скоростной обжиг /8/.

Замена высококачественных глин, ввозимых в Россию для производства тонкой строительной керамики, местными возможна лишь при условии обогащения глин отечественных эксплуатируемых месторождений, поскольку большинство из них содержит вредные примеси (кварц, карбонаты, пирит, уголь и др.).

Решение этой проблемы возможно двумя путями. Первый путь предусматривает вовлечение в эксплуатацию вновь разведанных месторождений высококачественных глин России, второй путь заключается в разработке технологии обогащения и создания специальных обогатительных установок для повышения качества природных глин.

Установлена принципиальная возможность полной замены импортируемых глин обогащенными местными. Основной операцией технологии обогащения глин является гидроциклонная классификация глинистых суспензий, получаемых в результате мокрой дезинтеграции исходного глинистого сырья. Эффективное применение глин месторождений России для производства тонкой строительной керамики возможно при условии промышленного освоения разработанной во ФГУП «ВНИПИИстромсырье» технологии обогащения тугоплавких глин. Данная технология может быть использована и для решения задачи обогащения бентонитовых глин.

Возможно получение тонкокерамических изделий, прочность которых выше по сравнению с изделиями, изготовленными с применением привозных огнеупорных и тугоплавких глин. Для этого в сырьевую смесь вводят вспученный вермикулит и молотый бой оконного стекла.

Для прессования в основном применяются гидравлические прессы с однократным прессованием плитки. Сушка, в том числе и сверхскоростная, проводится горячим воздухом, ИК-излучением, микроволнами. Обжиг осуществляется в роликовых печах с интегральным термическим процессом. Перспективным направлением, расширяющим возможности управления процессами формирования эксплуатационных свойств керамических материалов и изделий, является обжиг в вакууме.

В настоящее время производят двух- и трехслойную, сдвоенную, разрезную, самоглазурующуюся плитку.

Черепица может формоваться как пластическим, так и полусухим способами с различной массоподготовкой (полусухой, пластической, сухой, шликерной). Применяется и жесткое экструдирование.

К глинам для производства черепицы предъявляются требования по пластичности, соотношению крупных и мелких частиц, содержанию железа и щелочи, отсутствию частиц извести. Сырьевые смеси обычно содержат несколько компонентов, в том числе и нетрадиционные.

Процессы измельчения, смешивания, гомогенизации, вылеживания сырья оказывают очень большое влияние на качество черепицы. Набор глиноперерабатывающего оборудования, состоящий из ножевой и валковой дробилок, устройства для протирки глины, бегунов, глинохранилища для вылеживания глины, двухвалковой глиномялки, позволяет получать исключительно однородную сырьевую смесь высокого качества, что обеспечивает получение черепицы с повышенными эксплуатационными свойствами.

Обжиг черепицы проводится в специальных плоских поддонах в туннельных печах в Н-образных кассетах. При обжиге черепицы применяется блоковая (штабельная) бескассетная садка. При наличии растворимых солей при обжиге изменяется окраска черепицы. Увеличение содержания кристобалита при обжиге отрицательно действует на физико-механические показатели керамических материалов.

Разработана черепица с улучшенной водостойкостью и черепица, оборудованная нагревательными элементами, обеспечивающими возможность таяния снега. Для получения морозоустойчивой черепицы на ее поверхность наносится специальное покрытие.

Уровень современной технологии производства черепицы и качество подготовки формовочной массы требуют иного подхода к оценке качества керамической черепицы. Основными критериями качества становятся ее высокая плотность и низкая открытая пористость, что позволяет достичь высокой прочности и морозостойкости. Промышленность необходимо вооружить современной нормативнотехнической документацией.

Подъем производства керамзита, использование новых технических решений для получения качественного керамзитового гравия с необходимыми показателями – одна из важнейших задач сегодняшнего дня.

Процесс изготовления керамзита состоит из следующих основных операций: переработки сырья и приготовления исходного полу-

фабриката-сырца, пригодного для обжига со вспучиванием; обжига и

(

Al2O3

)

+П

(

SiO2

)

+ 0, 002

(

CaO

)

» 0,3 /1− 1,1−

ú ú

охлаждения керамзита; сортировки и – при необходимости – домола заполнителя. Существуют различные способы производства керамзита: пластический, сухой, порошковый и шликерный.

Для улучшения качества глинистого сырья применяются различные технологические добавки: органические, минеральные, органоминеральные и опудривающие. Важное направление в технологии керамзита – создание комплексных добавочных материалов, обеспечивающих многофакторное воздействие на физикохимические процессы при термообработке. Вспучивающая способность бентонитового сырья для получения керамзита может быть определена по его химическому составу. Средняя плотность керамзита рассчитывается по формуле

где

П Fe2O3 FeO 0,7MgO Na2O K2O.

Теплопроводность стеклофазы керамзита, получаемого из глинистого сырья с высоким коэффициентом вспучивания, меньше, чем у керамзита из слабовспучивающегося сырья. Если кремнезем повышает теплопроводность стеклофазы, а, соответственно, и керамзита, то все другие оксиды оказывают противоположное действие, снижая ее. В порядке снижения влияния на теплопроводность их можно расположить в ряд: R2О, RО, Fe теплопроводности керамзита происходит с уменьшением размера микропор и (или) увеличением количества микропустот, но не пористости в целом, так как последняя является интегральной характеристикой, сильно маскирующей эффект увеличения теплопроводности, вернее, уже теплопереноса, относительно крупными порами, а также газами, находящимися в этих порах /9/.

Для производства керамзита могут быть использованы цеолитсодержащие породы. В отличие от других водных алюмосиликатных пород (глины, вермикулита, обсидиана) в кристаллохимические формулы цеолитов структурные гидроксильные группы не входят. В реальных цеолитах ОН-группы могут локализоваться только на дефектах

хОу

, Al

. Уменьшение

2О3

структуры. Гейландитовые породы отличаются от клиноптилолитовых составом обменных катионов. Гейландиты содержат преимущественно двухвалентные катионы (кальций, магний), а клиноптилолиты – в основном одновалентные катионы (натрий, калий).

Вспучиваются только те природные цеолиты, обменные катионы которых представлены преимущественно двухвалентными элементами. По интенсивности вспучивания мономинеральные цеолиты составляют ряд: шабазит→сколецит→ мезолит → сиеллерит →гейландит→клиноптилолит, который соответствует уменьшению концентрации двухвалентных катионов в цеолитах.

Породы со средним (40-70 %) и низким (менее 40 %) содержанием цеолитов вспучиваются только при наличии в них и других водных минералов (монтмориллонита, гидрослюды и др.), которые являются дополнительным источником высокотемпературных паров воды. В породах со средним содержанием цеолитов вспучивание происходит при содержании оксидов кальция и магния в количестве более 3 %. Формирование пор начинается при 1100-1150 порообразование – при 1150-1200

С в зависимости от химического

С, а интенсивное

состава цеолитов и породы в целом. Спекание и плавление породы определяется содержанием в ее составе суммы оксидов щелочных и щелочно-земельных элементов. Последние оксиды являются плавнями и формируют легкоплавкие эвтектики в системе основных стеклообразующих оксидов – SiO2 и Al2O

. При этом роль концентрации

оксидов кремния и алюминия достаточно высокая, так как именно они определяют тугоплавкость породы в целом. При оценке пограничных составов цеолитсодержащих пород, проявляющих способность к вспучиванию, приняты не суммы щелочных и щелочно-земельных металлов, а их отношение (% мас.) к сумме стеклообразующих оксидов – SiO2 и Al2O3. Формирование структурных ОН-групп в достаточной для вспучивания концентрации осуществляется в интервале

СаО + МgО) / (SiO2 + Al2O

) = 4,0·10

-2

– 8,5·10-2.

Спекание породы и образование пиропластической массы с оптимальной вязкостью осуществляется в интервале

RO + R2O / SiO2 + Al2O3 = 9,0·10-2 – 22,0·10-2,

где RO + R2O – оксиды щелочных и щелочно-земельных металлов /10/.

Общим правилом, обеспечивающим вспучиваемость, является содержание в породе водных минералов не менее 70 %. Формирование

пеноматериала возможно при концентрации СаО в породе менее 5 %. Содержание минералов группы кремнезема во вспучивающемся минеральном сырье не должно превышать 15 %, а концентрация SiO2 в породе должна быть менее 70 %.

Способность к вспучиванию и интенсивность порообразования может быть предварительно оценена по данным химического (выраженного в оксидной форме) и минерального составов сырья.

Одним из искусственных легких заполнителей бетонов является термолитовый гравий, получаемый путем дробления и обжига опал-кристобалитовых пород (диатомитов, трепелов, опок). В результате их спекания происходит изменение минерального состава кремнезема, образуется прочный морозостойкий щебень, являющийся прекрасным искусственным заполнителем бетонов различного назначения. Диапазон колебаний насыпной плотности и прочности термолита весьма широк – от 350 до 900 кг/м3 и более при прочности от 150 до 900 кг/см

. При разработке современных технологий

получения качественных керамических изделий необходимо разрабатывать новые составы керамических масс с низкой температурой спекания; использовать эффективные методы обработки глиномасс; улучшать сушильные свойства глинистого сырья и расширять интервал спекания путем введения в состав шихты добавок как местного природного сырья, так и техногенных отходов, обратив особое внимание на производство легковесных материалов.

3.1. Применение технологических добавок для улучшения качества глинистого сырья

На большинстве действующих кирпичных заводов при произ-

водстве керамических кирпича и камней по технологии пластического формования в шихту вводятся технологические добавки в количестве 5-30 %, а в некоторых случаях – и в большей массовой доле. Большое количество известных технологических добавок и их различное назначение требуют разработки специальной классификации.

По воздействию на процесс образования структуры керамики

добавки делят на четыре группы:

1) влияющие на свойства суспензий и пластичных

керамических масс;

2) регулирующие процесс сушки керамических масс;

3) регулирующие процесс спекания при протекании реакций в

Группа

и вид

добавки

Консистенция

(размер частиц)

Характер

воздействия

Получаемый

эффект

Содержание добавки, %

1. Пластифицирующие

Мелкодисперсные массы со щелочными гидрофильными свойствами

Увеличение гидратации частиц и пластичности керамических масс

Улучшение формовочных свойств, прочности и морозостойкости изделий

3-30

2. Ото-

щающие

Грубодисперсные (0,5-2 мм) массы

А. Инертные – образуют жесткий каркас и крупные поры. Б. Выгорающие – образуют крупные открытые поры

Улучшение сушильных свойств, повышение морозостойкости, снижение плотности

5-30

3. Плавни

Мелкодисперсные (≤ 0,5 мм) массы и суспензии

Снижение температуры оплавления частиц, усиление спекаемости

Повышение прочности и морозостойкости

5-30

4. Регу-

ля торы окраски керамики

Мелкодисперсные (≤ 0,25 мм), суспензии, растворы

Изменяют цвет обожженного материала, предотвращают высолы

Улучшение внешнего вида

3-20

5. Теп-

лотворные

Мелкодисперсные массы (≤ 0,5мм)

Источники дополнительной энергии при обжиге, порообразующие

Снижение энергозатрат

3-30

6. Спе-

циальные

Тонкодисперсные эмульсии, растворы

Корректируют сушильные свойства и спекание частиц

Повышение прочности и морозостойкости

Доли и ед.процента

твердой фазе;

4) усиливающие процесс кристаллизации новообразований

/11/.

В отличие от уже существующих разработанная

классификация (табл. 3.1) является более детальной, а технологические добавки классифицированы по трем признакам: назначению, характеру воздействия и консистенции (размеру частиц).

Таблица 3.1

Классификация технологических добавок

Выделено шесть групп технологических добавок, из которых

добавки первых пяти групп достаточно четко разделяются по своему виду (назначению) и характеру воздействия. Выраженный технологический эффект достигается при введении в сырье не менее 3-5 % добавки.

Добавки отдельных видов заметно различаются по своей кон-

систенции и размеру частиц, что следует учитывать при подготовке технологического регламента и выборе оборудования. Разные добавки могут в конечном итоге оказывать одинаковый эффект, например, в отношении повышения прочности и морозостойкости.

Наиболее универсальным воздействием характеризуются

добавки шестой группы – поверхностно-активные вещества (ПАВ). С их помощью можно корректировать важнейшие свойства сырьевых масс и качество получаемых изделий. В большинстве случаев эти добавки вводятся в малых количествах – на 1-2 порядка меньше, чем добавки остальных групп. Имеется большой потенциальный выбор таких добавок, но механизм их воздействия и условия эффективного применения еще слабо изучены.

Их использование перспективно и для технологии полусухого

прессования керамических изделий. При выборе эффективной добавки для конкретного глинистого сырья следует основываться на результатах определения его разновидности. Только после этого целесообразно планировать улучшение качества сырья. На основе значений параметров (обменной емкости – ОЕ, числа глинистости – Ч

и содержания монтмориллонитового компонента – МК) выделено

гл.

семь разновидностей глинистого сырья.

Это сырье используют для изготовления стеновых керамических материалов. Монтмориллонит (гидрослюдистая глина) подразделяется на разновидности 3а, 3б, 4а, 4б и 5а, гидрослюдистая глина – на 5б и 6а. Определение разновидности позволяет дать прогноз качества сырья и готовой продукции, получаемой методом пластического формования (табл. 3.2).

Сырье определяется как некондиционное в следующих случаях:

- для улучшения сушильных свойств необходимо вводить в

шихту более 40 % отощающей добавки (разновидность 3а);

- если оно требует введения значительного количества

пластификатора и может использоваться как отощающая добавка.

<<< < Предыдущая 1 2 3 45 / 135 6 7 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]