Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силикатные материалы строительного назначения из нерудного сырья. Монография
.pdf
Для кондиционного сырья, в зависимости от значений обмен-
№
п/
п
Разно-
вид-
ность
Значения
параметров
Прогнозная оценка
качества сырья
и продукции
1
2
3
4
1
3а
ОЕ = 37 мг·экв.;
Ч
гл.
= 70-90 усл. ед.;
МК (монтмориллонитовый компонент) равен 34,5-
40,0 %.
Некондиционное
2
3б
ОЕ = 32 мг·экв.;
Ч
гл
= 45-70 усл. ед.;
МК = 30,0-40,0 %.
Некондиционное без добавки
тощих или тугоплавких глин
(30-40 %) и зернистого отощителя. Кирпич и камни с
пустотностью 27 % и более.
Срок сушки – 77 ч. Марка
изделий по прочности – 100 и
более.
3
4а
ОЕ = 27 мг·экв.;
Ч
гл
= 24-45 усл. ед.;
МК = 24,0-29,0 %.
Некондиционное без добавки
тощих или тугоплавких глин
(20-40 %) и зернистого отощителя. Кирпич и камни с пустотностью 27 % и более. Срок
сушки – 77 ч. Марка изделий
по прочности – 100 и более.
ной емкости и содержания монтмориллонита, указано примерное
количество (5-40 % мас.) требуемых добавок. Почти для всех
разновидностей глинистого сырья требуется отощающая добавка из
второй группы, причем часто – в количестве 20-30 %.
Таблица 3.2
Классификация глинистого сырья для производства керамических
стеновых материалов по разновидностям с прогнозом
качества сырья и готовой продукции
51
Окончание табл. 3.2
1
2
3
4
4
4б
ОЕ = 23 мг·экв.;
Ч
гл
= 14-24 усл. ед.;
МК = 19,0-25,0 %.
Кондиционное (10-30 % отощающей добавки). Кирпич с
пустотностью 13 % и более,
камни с пустотностью 25 % и
более. Срок сушки – 42-77 ч.
Марка изделий по прочности –
125 и более. При введении 2030 % отощающей добавки кирпич полнотелый и с пустотностью до 13 %. Срок сушки –
77 ч. Марка по прочности –
125 и более.
5
5а
ОЕ = 19 мг·экв.;
Ч
гл
= 9-13 усл.ед.;
МК = 15,0-20,0 %.
Кондиционное (10-20 % отощающей добавки). Кирпич с
пустотностью 13 % и более,
камни с пустотностью 25 % и
более. Срок сушки – 42-72 ч.
Марка изделий по прочности –
125. При введении 20-30 %
отощающей добавки кирпич
полнотелый и с пустотностью
до 13 %. Срок сушки – 77 ч.
Марка по прочности – 125.
6
5б
ОЕ = 13 мг·экв.;
Ч
гл
= 4-9 усл. ед.;
МК = 10,0-5,0 %.
Кондиционное (5-15 % отощающей добавки). Кирпич с пустотностью 13 % и более, камни с пустотностью 25 % и более. Срок сушки – 33-72 ч.
Марка изделий по прочности –
100 и более.
7
6а
ОЕ = 9 мг·экв.;
Ч
гл
= 2-3,9 усл. ед.;
МК = 5-9 %.
Некондиционное без добавки
пластификатора. Может использоваться как отощающая
добавка в пластичные глины.
52
Такая добавка, эффективная по технологическому воздействию
и экономическим критериям, нередко предопределяет оценку сырья с
точки зрения его кондиционности.
При большой доле (более 30 %) инертного наполнителя снижа-
ется качество кирпича. Целесообразнее искать выход в применении
следующих вариантов подготовки сырьевой смеси: смешивание
глинистого сырья различного качества; улучшение качества сырья
путем специальной обработки – шликерной с последующим обезвоживанием глиномассы, тонким измельчением исходного сырья,
термической обработкой некоторой части сырья (получение дегидратированной глины) и др. Сырье разновидности 4б потенциально имеет
более высокое качество. Его смешивание возможно с различными
добавками (отощающими, выгорающими, теплотворными), что
позволяет изготавливать кирпич разной пустотности наиболее
высоких марок, в том числе лицевой.
Сырье разновидности 5а близко по свойствам к разновидности
4б. Вследствие меньшего содержания монтмориллонитового компонента снижается доля отощающей добавки в шихте для пустотелого
кирпича и получение полнотелого кирпича.
В сырье разновидности 5б рекомендуется вводить комбинацию
добавок, включающую в минимальном количестве (5 %) зернистый
(отощающий) материал и вместе с тем пластифицирующую добавку
для улучшения формовочных свойств, а также плавень для повышения
спекаемости. На основе такой сырьевой смеси возможно получение
кирпича разной пустотности, но более низких марок, чем для
разновидностей 4б и 5а.
Сырье разновидности 6а потенциально некондиционно вслед-
ствие плохих формовочных свойств и пониженной спекаемости. Только при введении больших количеств пластифицирующей добавки и
плавня сырьевая смесь оказывается пригодной для изготовления
кирпича достаточно высокой марки. Это сырье целесообразно
использовать в качестве отощающей добавки в пластичные глины.
Определение разновидности глинистого сырья при оценке его
пригодности для производства керамических стеновых материалов
позволяет надежно прогнозировать качество готовой продукции без
проведения большого объема трудоемких керамических испытаний.
Результаты диагностики глинистого сырья месторождений РТ с
определением обменной емкости, числа глинистости и монтмориллонитового компонента представлены в табл. 3.3.
53
Таблица 3.3
№
п/п Месторождение
ОЕ,
мг·экв
Ч гл.,
усл. ед
МК,
%
Разно-
видность
1
Нижне-Суксинское
37
81
35
3а
2
Сарай-Чекурчинское
32
64
30
3б
3
Южно-Чистопольское
27
46
29
4а
4
Шеланговское
23
14
24
4б
5
Сахаровское
18 9 18
5а
Разно-
вид-
ность
сырья
Груп-
па
доба-
вки
Вид
добавки
Массо-
вая доля
в шихте,
%
Прогноз качества
кирпича
Вид
по пустот-
ности
Марка
по проч-
ности
4б
2
Отощающая и
выгорающая
10-20
Пустотность
13 % и более
125
и более
5 4 Теплотворная и
окрашивающая
20-30
Пустотность
до 13 %
5б
2
Отощающая
5-15
Пустотность
13 % и более
100
и более
1
Пластифицирующая
10-15
Пустотность
13 % и менее,
полнотелый
3
Плавень
5
Теплотворная
6а
1
Пластифицирующая
Более 20
Полнотелый
100
3
Плавень
Результаты диагностики глинистого сырья
(средние значения для месторождений)
Таблица 3.4
Выбор эффективных технологических добавок в зависимости
от разновидности глинистого сырья
В табл. 3.4 приведены примеры выбора технологических
добавок в зависимости от разновидности глинистого сырья.
Исследуемое сырье трех проб относится к разновидностям 4б, 5б и 6а.
Согласно классификации для данных разновидностей указаны
группа добавки или комбинация нескольких добавок, их массовая
54
доля, а также ожидаемое качество кирпича (пустотность и марка). В
качестве порообразующих добавок можно использовать торф (альтернативная добавка классическим древесным опилкам), битуминозные доломиты, карбонатные породы и вермикулит. Так как данные
добавки избирательно влияют на физико-механические свойства изделий, то для глинистого сырья конкретной разновидности необходимо
опытным путем с учетом рекомендаций по прогнозной оценке готовой
продукции по разновидностям подбирать наиболее эффективную добавку с точки зрения получения возможно меньшей плотности
керамического кирпича при удовлетворительных его прочностных
характеристиках.
При введении в полиминеральное глинистое сырье цеолит-
содержащих кремнистых пород в керамике зафиксировано наличие
новообразованных фаз: волластонита и – в значительно меньшей степени – кристобалита. Об этом свидетельствуют результаты рентгенофазового количественного анализа керамических материалов. В образцах с 40 % добавкой ЦСКП его количество в 9 раз больше, чем в
образцах из исходного глинистого сырья.
Наибольшее увеличение прочности при сжатии (2,2 раза) по
сравнению с образцами из исходного сырья наблюдается при добавке
50 % ЦСКП в глину разновидности 5а. По степени убывания этого
показателя (содержание добавки может быть различным) исследуемые
глины располагаются в следующей последовательности: разновидность 5а (увеличение в 2,2 раза) – разновидность 3б (в 1,1 раза) – разновидность 4а (прочность ниже, чем у образцов из исходной глины).
Однако, оценивая эффективность применения добавки, необходимо учитывать и степень снижения плотности. Для образцов, отформованных из указанных выше глин с таким же количеством добавок,
она уменьшается соответственно на 14, 15 и 19 %. Следовательно, добавка цеолитсодержащей кремнистой породы позволяет снизить плотность керамического материала при одновременном повышении его
прочности при сжатии. С точки зрения влияния на эти параметры наиболее эффективно вводить добавку в глинистое сырье разновидности
5а. При этом прочность возрастает в 2,2 раза, а плотность снижается
на 14 %. Такой вывод можно сделать, проводя сравнительную оценку
эффективности действия добавки. В целом же необходимо учитывать
абсолютные значения прочности и плотности. Предпочтительный
вариант – при минимальном значении плотности прочность должна
иметь удовлетворительные (требуемые) значения.
55
При изучении влияния цеолитсодержащих и тугоплавких глин
на спекаемость глинистого сырья (разновидность 3б) установлено, что
эффективнее применение тугоплавких глин. По сравнению с цеолитсодержащей глиной они увеличивают прочность при сжатии в большей степени (на 30-50 %). Улучшение спекаемости при введении в
шихту тугоплавкой и цеолитсодержащей глин объясняется повышенным содержанием в них оксида алюминия. По степени влияния на
увеличение прочности при сжатии они располагаются в следующей
последовательности: цеолитсодержащая глина – тугоплавкая глина
Нижне-Увельского месторождения – тугоплавкая глина месторождения Сухой Лог. Соответственно содержание в них Al2O3 составляет
13,74, 20,57 и 25,38 %. Кроме того, не следует исключать и влияния на
процесс спекания опал-кристобалитовой фазы цеолитсодержащей
глины, которая и является причиной некоторого снижения плотности
керамического материала. Этот показатель у образцов из глины
разновидности 3б уменьшается с 1,97 до 1,91-1,93 г/см3.
Формовочная влажность при использовании тугоплавких и
цеолитсодержащей глин несколько увеличивается (с 21,8 до 22,523,7 %). Также возрастает и общая усадка (на 0,1-1,8 %). При
улучшении спекания водопоглощение, как правило, снижается.
Причиной его возрастания, в случае использования цеолитсодержащей
глины, является более высокая пористость материала, которая
обеспечивается присутствием в добавке опал-кристобалита.
Регулирование структуры и фазового состава керамического
материала с помощью комплексных добавок дает возможность получать керамику с заданными свойствами. Изучались трех- и четырехкомпонентные шихты, включающие глинистое сырье, ЦСКП и
добавки, выгорающие и улучшающие процесс спекания. Из таких
многокомпонентных смесей получаются керамические образцы с
требуемой плотностью и удовлетворительной прочностью.
Содержание опилок в таких шихтах не должно быть более 1520 % – при большем их количестве прочность при сжатии имеет низкие значения. Установлено, что в качестве выгорающей добавки вместо древесных опилок с такой же эффективностью можно применять
торф. Физико-механические характеристики образцов, состоящих из
45 % глинистого сырья разновидности 3б, 20 % ЦСКП, 20 % тугоплавкой глины месторождения «Сухой Лог» и 15 % опилок или торфа,
имеют практически одинаковые значения. Прочность при сжатии
составляет 25,6 МПа, плотность – 1,60 и 1,54 г/см3. Причем торф с раз-
56
личной зольностью в равной степени влияет на прочность при сжатии.
При этом плотность имеет значения в более широких пределах. Следовательно, в качестве выгорающей добавки можно использовать как
малозольные (зольность торфа месторождения «Сосновое II» равна
4,6 %), так и высокозольные (месторождения «Пестречинское» и
«Ачканбай»).
При выборе торфа следует обращать внимание на содержание
SO3. Высокосернистые торфа (количество SO3 в торфе Пестречинского
месторождения равно 4,47 %) могут быть ограничены в применении
вследствие требований нормативно-технической документации по содержанию SO3 (не более 0,5 %) в глинистом исходном сырье. В
противном случае дополнительно необходимо применять способы
устранения высолов и выцветов на обожженных изделиях путем
перевода растворимых солей в нерастворимые. Практически не отличаются физико-механические характеристики образцов, приготовленные из шихты, содержащей в качестве добавок 30 % пробы ТШ-1,
15 % опилок и 10 % цеолитсодержащей или тугоплавкой глины. В
данном случае эти глины имеют одинаковую эффективность.
Оптимальное количество цеолитсодержащей кремнистой породы в глине разновидности 3б составляет 40 %, разновидности 4а –
45 %. В глинистое сырье разновидности 5а для получения положительного результата наряду с ЦСКП (20 %), необходимо вводить 30 %
цеолитсодержащей глины. Образцы, отформованные из вышеуказанных шихт, имеют прочность при сжатии 20,2-27,5 МПа, прочность при
изгибе – 4,3-7,0 МПа, плотность – 1,45-1,60 г/см3.
Высокое количество (45-50 %) введения ЦСКП в полиминеральное глинистое сырье разновидностей 4а и 5а обусловлено решением задачи по получению не только прочного, но и высокопористого
(с малой средней плотностью) керамического материала, обладающего
улучшенными теплоизоляционными свойствами.
Исследовано влияние цеолитсодержащей глины на физико-механические характеристики образцов, при формовании которых в качестве основного сырья использовались глина разновидности 3б и
цеолитсодержащая кремнистая порода (проба ТШ-1). Добавка цеолитсодержащей глины в глинистое сырье разновидности 3б улучшает его
спекаемость. Прочность при сжатии образцов в зависимости от ее
содержания возрастает на 7-85 %. При этом, что очень важно, плотность снижается на 0,06-0,11 г/см3. У образцов, отформованных из
шихты с содержанием 50-75 % цеолитсодержащей глины, прочность
57
при изгибе остается без изменения. Такое количество добавки является оптимальным и с точки зрения получения максимальной прочности при сжатии.
Интересные результаты получены при совместном использовании цеолитсодержащей глины и цеолитсодержащей кремнистой
породы. При их соотношении 75:25 образцы имеют высокую прочность при сжатии (22,3 МПа) и малую плотность (1,46 г/см3). Лабораторные образцы, отформованные из глиномассы с содержанием 25 и
50 % цеолитсодержащей глины, имеют еще более низкую плотность
(1,11-1,24 г/см3). Изделия с такими характеристиками можно реко-
мендовать в качестве конструкционно-теплоизоляционного материала
для внутренних работ.
Керамическая масса, состоящая из 40 % глинистого сырья разновидности 4а и 60 % ЦСКП, отличается плохими формовочными
свойствами, имеющими большое значение при формовании стандартного кирпича с высокой пустотностью пластическим способом. Чем
выше число пластичности, тем лучше формовочная способность. Цеолитсодержащая глина не только играет роль плавня, но и является
пластифицирующей добавкой (число пластичности равно 29,7-34,1).
Ее введение в количестве 10 % способствует сохранению числа пластичности глиномасс, содержащих 40 % ЦСКП, на уровне исходного
глинистого сырья. Так, например, число пластичности глины разновидности 3б составляет 12,6; с добавкой 40 % ЦСКП оно равно 10,5, с
комплексной добавкой (10 % цеолитсодержащей глины и 40 % ЦСКП)
– 13,3.
Таким образом, цеолитсодержащие кремнистые породы являются эффективной добавкой в сырьевые массы для получения стеновых керамических материалов. Кроме того, для варьирования показателей физико-механических свойств с этой минеральной добавкой
можно применять выгорающие добавки (опилки, торф) и добавки,
улучшающие спекаемость сырья (цеолитсодержащие и тугоплавкие
глины). Введение отощителей, в частности, песка, заметно уменьшает
усадку образцов, которая является причиной возникновения брака.
Частицы песка образуют в объеме образца некоторое подобие каркаса,
который на определенной стадии сушки начинает препятствовать
дальнейшей усадке. Перестает выполнять специфические для
кремнеземистых пород функции отощителя мелкодисперсный (менее
0,25 мм) песок, который, уплотняя пластичную глиняную массу,
усложняет процессы влагопереноса при сушке /9/.
58
Сведения об оптимальном гранулометрическом составе отощителя носят противоречивый характер, что, по всей видимости, обусловлено разнообразием минерального и гранулометрического состава
используемого глинистого сырья, формовочными, сушильными и обжиговыми свойствами глинистых масс, ассортиментом выпускаемой
продукции. Рекомендуется использовать пески, содержащие суммарно
фракции 0,63-0,315 мм и 0,315-0,14 мм в количестве не менее 80-85 %
/12/.
Физико-механические свойства изделий зависят от количества
и качества контактных переходных зон, образованных на границе
раздела отощитель–глиняная матрица. Следовательно, целенаправленно формируя контактные зоны по этой границе, можно управлять
физико-механическими свойствами готовой продукции.
На сушильные свойства глины влияют содержание и грансостав песка. Для введения в глину рекомендуется крупнозернистый
песок (1,5-0,16 мм); мелкозернистый почти не снижает усадку и
чувствительность к сушке и уменьшает прочность.
Добавка (10, 15 и 20 %) кварцевого песка месторождения
«Остров Золотой» (Мкр = 1,5) в глинистое сырье разновидности 3б
снижает его чувствительность к сушке (коэффициент повышается с 92
до 112-120 с). Аналогичное влияние на сушильные свойства отмечено
при добавке кварцевого песка в глинистое сырье разновидности 4а.
Добавка сапропеля в глинистое сырье разновидности 5а снижает чувствительность сырья к сушке и улучшает его спекаемость, что
приводит к повышению физико-механических характеристик образцов.
Технологические добавки (плавни, отощители, пластификаторы и др.) в ряде случаев требуют предварительного обогащения или
переработки.
Например, кварцевый песок, используемый как отощающая
добавка, чаще всего используется в природном виде. Однако наиболее эффективно применение песка определенного класса крупности. Обогащение кварцевых песков производят сухим способом. Технологическая схема сухой переработки включает операции очистки от
крупнозернистых (размером более 5 мм) включений, сушки до
определенной остаточной влажности и механического фракционирования.
59
3.2. Влияние способов массоподготовки глинистого сырья
на физико-механические свойства керамического материала
Наиболее эффективна обработка глины разновидности 3б в
виброизмельчителе. Активация глинистого сырья в течение 5-30 мин
позволяет увеличить прочность образцов при сжатии в 1,3-2,2 раза.
Наблюдается прямая зависимость: чем больше время обработки, тем
выше прочность. При более длительной обработке (45 мин) прочность
при сжатии незначительно снижается (на 10 %) по сравнению с 30минутной активацией.
Механоактивация в шаровой мельнице в течение 5-15 мин повышает прочность в меньшей степени (максимальное увеличение в 1,5
раза), а 30-минутная обработка даже снижает прочность образцов при
сжатии на 13 %. При времени активации 5 мин значение прочности
(44,2 МПа) примерно соответствует прочности образцов, полученных
из глины, обработанной в виброизмельчителе в течение такого же
времени.
Плотность образцов при обработке глинистого сырья в виброизмельчителе несколько повышается (с 1,97 до 1,98-2,05 г/см3), в шаровой мельнице – практически не изменяется. Водопоглощение образцов незначительно снижается. Следует отметить заметное увеличение
общей усадки (с 8,9 до 15,6 %) при механоактивации в виброизмельчителе.
Механоактивация глинистого сырья разновидности 5а в виброизмельчителе (класс крупности 1 мм, время активации – 15 мин)
позволяет повысить прочность образцов в 1,6 раза. Плотность при
этом возрастает с 1,76 до 1,86 г/см3. Образцы, приготовленные из
механоактивированного глинистого сырья разновидности 3а (с
высоким содержанием монтмориллонитового компонента), имеют
сушильные и обжиговые трещины.
Таким образом, для получения более прочного керамического
материала глинистое сырье определенных разновидностей следует
подвергать механоактивации в виброизмельчителе в течение 5-30 мин
(в зависимости от требуемых прочностных характеристик). При этом
класс крупности обрабатываемой глины должен быть менее 1 мм.
Имеются промышленные образцы данного аппарата с достаточно
высокой производительностью.
Эффективность активации в электромассклассификаторе зависит от свойств глинистого сырья, в частности, от спекаемости. Обра-
60
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]