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 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Результаты всей совокупности технологических испытаний известковистых глин позволяют сделать весьма важный вывод. Он заключается в том, что для получения качественной продукции на основе светложгущихся известковистых глин составляется шихта, в которой контролируются содержание CaCO3 и соотношения между Al2O3, RO и R2O. Временные технические требования относятся к сырью с содержанием карбоната кальция в пределах от 20 до 35 %. Однако имеются все возможности для того, чтобы включить в процесс составления оптимальной по составу шихты глины с более низкими или более высоким содержанием карбонатного материала. Для этого необходимо смешивать в рассчитанных пропорциях породы с различным содержанием карбонатов, ввести необходимые корректирующие добавки и после тщательной гомогенизации получить массу с содержанием CaCO3 на уровне 28±3 % и соотношениями: Al2O3/RO, близким к 1; RO/R2O = 4-7. При достижении указанных параметров шихты изделия (кирпич, плитка) имеют светлый (желтоватый и желтоватый светло-серый) цвет и физико-механические свойства, отвечающие требованиям стандартов.

Керамика светлой окраски (серого и серо-желтого цвета) может быть получена из цеолитсодержащих кремнистых пород. При давлении прессования 20 МПа и температуре обжига 11500С прочность образцов при изгибе изменяется от 12,0 до 23,1 МПа, водопоглощение – от 4,8 до 18,1 %, общая усадка – от 10,3 до 19,0 %. Для улучшения спекаемости в исходную породу рекомендуется вводить 5-10 % стеклобоя. Показатели плиток укрупненных размеров (120х120х9 мм) удовлетворяют требованиям облицовочной плитки для внутренних работ.

Рентгеноструктурный анализ обожженных образцов из пород Татарско-Шатрашанского месторождения показал наличие в них кварца, волластонита, а также низкотемпературных кристобалита и тридимита. В керамике из сырья Больше-Аксинского проявления обнаружены кристобалит, тридимит и кварц, волластонит отсутствует.

3.5. Керамические облицовочные изделия из полиминеральных глин

Для получения керамических облицовочных плиток требуются

высококачественные огнеупорные и тугоплавкие глины. Согласно требованиям, изложенным в технических условиях на сырье отдельных

месторождений, для изготовления плиток используют огнеупорные глины различных марок и сортов с содержанием оксида алюминия не менее 17-38 %, оксидов железа – не более 5 % (в отдельных случаях не нормируется). Для тугоплавких глин эти значения соответственно равны не менее 13-19 % и не более 7 % (для некоторых сортов не регламентируются). Однако в России запасы этого вида сырья ограниченны, и необходимо искать новые нетрадиционные виды ресурсов, а также отходы производства. Проблему производства конкурентоспособной продукции можно решить и путем повышения качества природных глин, применяя для этого современную обогатительную технику и технологии /17/. Одной из основных задач производства керамических плиток является использование местных сырьевых материалов.

Для организации производства керамической плитки необходима соответствующая минерально-сырьевая база. Из сырьевых масс на основе полиминерального глинистого сырья низкого качества невозможно получить изделия (облицовочную плитку для внутренних и наружных работ), удовлетворяющие по своим характеристикам требованиям отечественной нормативно-технической документации (прочность при изгибе плиток для внутренней облицовки стен должна быть не менее 15 МПа, водопоглощение – не более 16 %, морозостойкость фасадных рядовых плиток толщиной 9 мм – не менее 35 циклов, водопоглощение – не более 10 %). Согласно европейским нормам (ISО 10545-3, 10545-4) у плиток группы А III пластического формования водопоглощение составляет не более 10 %, разрушающая нагрузка – не менее 600 Н, модуль прочности – не менее 8 МПа (определяется при разрушающей нагрузке ≥3000 Н). Для плиток полусухого прессования группы В III эти значения соответственно равны: более 10 %, не менее 200-600 Н и не менее 12-15 МПа (в зависимости от толщины изделий).

Плитки из исходной глины разновидности 4а по своим свойствам не удовлетворяют требованиям стандартов. Использование электрокинетического способа для обезвоживания шликерной массы с 50 до 30 % влажности не приводит к заметному изменению характеристик. Применение для приготовления шликера активированной воды улучшает физико-механические показатели незначительно.

Хорошие результаты получены при использовании данной глины, предварительно активированной в электромассклассификаторе. У глины изменяется гранулометрический состав (количество частиц, определенных пипеточным способом, размером менее 1 мкм увеличи-

лось с 42,7 до 45,4 %, размером ≤10 мкм – с 87,2 до 90,3 %) и число пластичности (увеличилось с 8,9 до 13,2 %) глины. Плитки, полученные из высокодисперсного пресс-порошка, имеют прочность при изгибе 17,0 МПа, водопоглощение – 7,8 %, что свидетельствует о том, что переработка в электромассклассификаторе способствует росту активности глинистых частиц и повышению спекаемости порошка, то есть позволяет перевести данное глинистое сырье в кондиционное.

Переработка в электромассклассификаторе шихты, состоящей из 80 % исходной глины и 20 % тугоплавкой глины, приводит к еще большему возрастанию прочности образцов (до 22,1 МПа) при небольшом возрастании водопоглощения (8,1 %). Увеличение водопоглощения может быть связано с изменением структуры порового пространства в момент образования жидкой фазы при обжиге вследствие изменения гранулометрического состава пресс-порошка.

Введение в керамическую массу 20 % кварц-глауконитовых песков и фосфоритов, механоактивированных в шаровой мельнице в течение 20 мин., позволило получить образцы с прочностью на сжатие

20,0 и 19,7 МПа, водопоглощением 6,5 и 7,0 % и огневой усадкой 3 и 2,7 %, соответственно. В данном случае образцы удовлетворяют по

этим параметрам требованиям стандартов. Оптимальное количество добавки тугоплавкой глины месторождения «Сухой Лог» – 20 %. При этом образцы имеют прочность 17,0 МПа, водопоглощение – 7,5 %.

Образцы, приготовленные из исходной глины разновидности 3б по шликерной технологии, также имеют неудовлетворительные характеристики. Обезвоживание шликерной массы на электрокинетической установке от 50 до 30 % влажности приводит к улучшению параметров плиток, и они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к изделиям для внутренних работ. Затворение глиномассы активированной водой позволяет повысить прочность при изгибе примерно на 30 % при снижении водопоглощения на 3,3 %, что является наилучшим результатом. Как было показано выше, обработка активированной водой глины разновидности 4а не приводит к заметному улучшению свойств получаемой керамики.

Неоднозначное влияние активированной воды на свойства глинистого сырья различных разновидностей может быть связано с тем, что часть глинистых минералов (монтмориллонитовый компонент) находится в естественном состоянии в «сцементированном» виде, и только воздействие активированной воды в шликерном состоянии приводит к раскрытию активной поверхности частиц.

Переработка глины разновидности 3б в электромассклассификаторе приводит к незначительному улучшению свойств плиток (прочность возрастает на 12 %, водопоглощение уменьшается на 0,4 %). Хорошие показатели имеют образцы, полученные из шликера с добавкой 20 % тугоплавкой глины месторождения «Сухой Лог». Прочность равна 17,6 МПа, водопоглощение – 10,4 %, общая усадка – 1,6 %. По данным рентгеновского фазового анализа керамика содержит в 2 раза больше волластонита по сравнению с соответствующей керамикой, полученной из глины разновидности 4а. Плитки, отформованные из 75 % глины, 20 % тугоплавкой глины, 5 % шамота и затворенные активированной водой, имеют прочность при изгибе 18,2 МПа, водопоглощение – 9,2 %.

Таким образом, показана возможность получения полусухим прессованием со шликерной подготовкой пресс-порошка из низкосортных полиминеральных глин, прошедших предварительное обогащение различными способами, качественной керамической глазурованной облицовочной плитки для наружных и внутренних работ.

Для глины разновидности 3б рекомендуется вводить в шихту 20 % тугоплавкой глины или затворять глиномассу активированной водой, для разновидности 4а – перерабатывать сырье в электромассклассификаторе, применять в качестве технологических добавок механоактивированные кварц-глауконитовые пески или тугоплавкие глины (в количестве 20 %).

3.6. Теплоизоляционные керамические изделия

3.6.1. Прогноз качества керамзита по разновидностям глинистого сырья

Качество глинистого сырья для производства керамзита необ-

ходимо оценивать так же, как и для производства стеновых керамических материалов, с применением новых способов оценки качества сырья (адсорбционно-люминесцентного и волюметрического анализов, метода статической влагоемкости, ЯГР-спектроскопии). Разработанные критерии диагностики и классификация сырья по разновидностям позволяют прогнозировать свойства готовой продукции без проведения большого объёма керамических испытаний. Согласно нормативной документации обжиг сырья (отформованных гранул) производится при всех возможных сочетаниях температур предварительного

нагрева (200, 300, 400 и 500

Группа

по мине-

ральному

составу

Обменная ёмкость, мг-экв

Число

глинис-

тости,

усл.ед.

МК,

Разно-

вид-

ность

Плот-

ность*,

г/см

Коэфф.

вспучива-

ния*

Монтмориллонитовая

52

135

>50

1а

0,20

4-5

115-135

45-50

2а

0,25

4

90-115

40-44

2б

0,30

3-4

Монтмориллонит- гидрослюдистая

70-90

36-39

3а

0,35

3

45-70

31-35

3б

0,40

2,5

24-25

26-30

4а

0,5-0,6

~2,5

14-24

21-25

4б

0,60

2,5

и 1200

С), то есть для одной пробы требуется провести 12 вариантов

С) и температур вспучивания (1140, 1170

испытаний.

Основными критериями данной классификации являются:

содержание монтмориллонитового компонента, значения обменной емкости и числа глинистости. Чем выше эти показатели, тем лучше вспучивается сырье. Для более надежной диагностики анализируют структурные формы ионов железа. В зависимости от численных значений определяемых параметров глинистое сырье подразделяется на семь разновидностей: монтмориллонитовая глина – на три разновидности – 1а, 2а и 2б; монтмориллонит-гидрослюдистая – на четыре – 3а, 3б, 4а и 4б (табл. 3.12). Каждой разновидности сырья соответствует определенное качество готовой продукции, то есть, зная разновидность, можно с высокой степенью надежности дать прогнозную оценку качества керамзитового гравия.

При прогнозе качества могут быть учтены и дополнительные параметры, характеризующие глинистое сырье (цвет глинистой суспензии с красителем метиленовым голубым, коэффициент «К», содержание карбонатов). Если цвет суспензии голубой или синий, а величина коэффициента ≥1,66, то это является еще одним подтверждением получения керамзита с прогнозируемыми характеристиками.

Таблица 3.12

Классификация глинистого сырья для производства керамзита

по разновидностям с прогнозом качества сырья и готовой продукции

венном состоянии сырья, обожженного при 1170-1200 мазута показатели улучшаются на 1-2 степени.

*Примечание. Прогноз качества дается для находящегося в естест-

С. При введении 0,5 %

При наличии карбоната кальция в количестве более 3 % сырье

№

пп

№

про-

бы

Разно-

вид-

ность

Содер-

жание

СаСО3,

Положения и доля ионов Fе2+

Коэффици-

ент

вспуч.

Сред

ρ,

г/см3

∆4 П4 ∆5 П5 ∆6 П6

ЛТ1

2а 0 3,03 9 2,39

9,1

0,33

ЛТ2

3а 0 2,70 6 3,4

0,52

ЛТ3

3а

0,54

2,73

1,92

6,0

0,30

ЛТ4

3б 0 Н/в

1,20

ЛТ5

4а

0,85

Н/в

1,04 6 ЛТ6

4б

0,27

Н/в

1,50

ЛТ7

3б

0,40

2,1

0,81

ЛТ8

3а 0 3,25

0,44

ЛТ9

3б

0,22

1,91

0,76

ЛТ10

3б

1,69

Опл.

ЛТ11

3а 0 4,12

0,26

ЛТ12

3а 0 3,91

0,26

ЛТ13

4а

0,85

2,91

1,73

0,85

ЛТ14

4а

3,88

2,75

1,49

0,95

ЛТ15

2б

17,59

2,59

2,50

Опл.

ЛТ16

2б

9,59

2,67

2,30

Разр.

характеризуется как низкокачественное.

В качестве примера в табл. 3.13 приведены результаты диагностики и оценки качества 16 проб глинистого сырья, которое прошло лабораторные или полузаводские испытания на вспучиваемость. Глина пробы ЛТ1 по величине ОЕ = 47 мг-экв. и содержанию МК = 48 % относится к разновидности 2а, с красителем метиленовым голубым (МГ) даёт голубое окрашивание, коэффициент К = 1,78, карбонаты отсутствуют. Согласно табл. 3.13 это сырьё хорошего качества с прогнозируемыми характеристиками керамзита: плотность – менее 0,25, коэффициент вспучивания – более 4. Анализ структурных форм железа по мессбауэровским спектрам показал наличие трёх активных форм: ионов Fe3+ в положении П3 (22 %) и ионов Fе2+ в двух положениях (П4 и П

с общим процентом 33). Высокие минералогические и кристал-

лохимические показатели обеспечивают высокую степень вспучивания гранул (по данным полузаводских испытаний – 9,1).

Таблица 3.13

Примеры диагностики и классификации глинистого сырья

по разновидностям с учётом структурных форм ионов железа

Две пробы глины (ЛТ2 и ЛТ3) относятся к разновидности 3а, что характеризует сырьё как удовлетворяющее требованиям по коэффициенту вспучивания. Анализ структурных форм ионов железа выявил заметные различия в составе и доле форм ионов Fе3+ и Fе2+ в этих пробах. В пробе ЛТ3 зафиксированы четыре активные формы ионов железа (кроме положения П1) с общим содержанием этих ионов 62 %, а в пробе ЛТ2 – три активные формы (42 %). С этим различием, повидимому, связан более высокий коэффициент вспучивания гранул, сформованных из глины пробы ЛТ3.

Глина пробы ЛТ4 относится к разновидности 3б. Анализ структурных форм ионов железа показал, что относительно более активная форма ионов Fе3+ в положении П2 составляет 27 %, а инертная в положении П

– 73 %. Полученные характеристики

согласуются с данными испытаний на вспучивание.

Глинистое сырьё проб ЛТ5-ЛТ7 отличается в двух пробах пониженным содержанием МК (разновидности 4б и 4а). Структурные формы ионов железа и их относительная доля подобны глине пробы ЛТ4. Соответственно получены неудовлетворительные результаты испытаний на вспучивание.

Глинистое сырье проб ЛТ8-ЛТ12 представлено разновидностями 3а и 3б. Глины проб ЛТ11 и ЛТ12, в которых зафиксировано присутствие ионов Fе

, в наиболее активной структурной форме П

показали наибольший коэффициент вспучивания (около 4). В пробе ЛТ10 имеются образования органо-кальцито-глинистых агрегатов. Гранулы из таких глин оплавляются, что подтвердилось результатами испытаний.

В глинистом сырье проб ЛТ13-ЛТ16 повышенное содержание кальцита. Наличие активных структурных форм ионов Fе

и Fе2+ уси-

ливает эффект оплавления и разрушения гранул в присутствии кальцита. Более четко роль структурных форм ионов железа выявляется на образцах – гранулах, прошедших термическую обработку.

Минерально-сырьевая база керамзита может быть расширена за счет вовлечения в производство нетрадиционного вида сырья – цеолитсодержащих глин. Лабораторные образцы, обожжённые при

1170

С (температура термоподготовки 200, 300, 400

С), имеют коэф-

фициент вспучивания 3,0-3,4, плотность – 0,42-0,47 г/см3.

Следовательно, из исследуемого сырья можно прогнозировать получение керамзитового гравия марки 400. Если сырьё относится к разновидности 3а (обменная ёмкость равна 37 мг-экв., МК – 40 %) и

при температуре обжига 1170-12000С, то прогнозируемое значение плотности – менее 0,35 г/см3, коэффициента вспучивания – более 3.

Энергосберегающие добавки техногенного характера

в производстве керамзитового гравия

Задача по снижению температуры обжига при производстве керамзитового гравия с одновременным повышением его вспучиваемости решается путем добавки в глинистое сырье различных технологических добавок, в частности, техногенных отходов: нефтешлама и мелкоразмерного (с размерами частиц менее 0,63 мм) вермикулита.

Введение нефтешлама в сырьё снижает температуру обжига керамзита на 30

С без ухудшения эксплуатационных характеристик.

Добавка мелкоразмерного вермикулита повышает вспучиваемость бентонитового сырья разновидности 1а (Тарн-Варское месторождение) в 1,4 раза, разновидности 2а (Апастовское) – в 1,6 раза, разновидности 3а (Биклянское) – в 1,8 раз. Такой эффект можно объяснить отличием химического состава вермикулита от глинистого сырья, а именно:

1) повышенным (в 2 раза) содержанием в вермикулите оксидов

железа (Fe2O3+FeO), наличие которых понижает вязкость расплава и приводит к ослаблению поверхностного натяжения нагреваемых гранул, вследствие чего снижается нижняя граница интервала вспучивания при одновременном его расширении;

2) более высоким значением показателя соотношения

Na2O/K2O, вследствие чего происходит понижение вязкости расплава при нагреве и расширяется интервал размягчения;

3) более низким содержанием в вермикулите тугоплавких

компонентов SiO2 (в 1,4 раза) и Al2O3 (в 1,6 раза), увеличивающих вязкость массы при нагреве.

Вспучивание гранул происходит при меньшей (на 30-60

С)

температуре нагрева.

Насыпная плотность керамзитового гравия, полученного из сырьевой смеси с вермикулитом уменьшилась в 1,3-1,8 раза. Марка керамзита снизилась с 300-350 до 250. Выход целых гранул составил 100 %. Поверхность гранул более ровная, гладкая, с меньшим количеством видимых глазом трещин и меньшими их размерами. Внутренняя часть гранул отличается более ярким проявлением стеклофазы и увеличенным количеством пор.

3.6.2. Цеолитсодержащие кремнистые породы – перспективный вид сырья для получения термолитового гравия

Одним из направлений многоцелевого использования цеолит-

содержащих кремнистых пород является получение термолитового гравия. Термолитовый гравий, полученный из плотных пород (при температуре обжига 11500С), имеет марку 700 по насыпной плотности (насыпная плотность равна 605-625 кг/м

). При этом прочность при

сдавливании в цилиндре имеет значения 0,8-1,3 МПа. При повышении температуры обжига до 12000С прочность термолита увеличивается до 2,8 МПа. При этом гравий фракции 10-20 мм имеет следующие характеристики: насыпная плотность – 590 кг/м3 (марка 600); средняя плотность – 1,40 г/см3; истинная плотность – 2,08 г/см3; водопоглощение – 25,8 %. По прочностным характеристикам гравий относится к первой категории качества (прочность при сжатии должна быть не менее 2 МПа). Однако водопоглощение термолитового гравия имеет повышенное значение (более 25 %). Но при сохранении требований по морозостойкости показатель водопоглощения может и не регламентироваться. Потеря массы после 15 циклов попеременного замораживания и оттаивания не должна превышать 10 % для бетонов с маркой по морозостойкости F150 и 5 % – для бетонов с маркой более F150. В данном случае потеря массы составила 9,2 %. Следовательно, из сырья объединенной пробы при определенных условиях возможно получение термолитового гравия с удовлетворительными характеристиками.

Лучшие результаты получены для гранул пластического формования, обожженных при температуре 11000С. Их плотность равна 1,65-1,68 г/см3 (должна быть не более 2,0 г/см3), объемная огневая усадка – 28,8-30,4 % (не более 40 %), водопоглощение – 23,4 % (не более 25 %), прочность при сжатии – 7,8 и 12,8 МПа (≥ 7,5 МПа). Термолитовый гравий, полученный из рыхлого сырья, имеет насыпную плотность 695-760 кг/м3 (марка 700, 800).

Получен цветной термолитовый песок фракции 1,25-2,5 мм. Обработанный растворами солей кобальта (СоСl цвет), никеля (Ni(NO лубой цвет) и хрома (К

)·6Н

О – зелёный цвет), меди (СuSО

ОСrО

жёлтый цвет) в течение 1 ч после об-

4 –

О – красный

2·Н2

·5Н

О – го-

жига термолит приобретал соответственно следующий цвет: голубовато-розовый, светло-коричневый, тёмно-зеленовато-голубоватый и жёлто-зелёный. Необработанный продукт имеет серовато-белый цвет с вкраплениями коричневых зёрен.

3.6.3. Диатомовые керамические изделия

На некоторых предприятиях из диатомита получают керамические изделия с высокими теплоизоляционными свойствами по литьевой технологии. Более производительным методом является полусухое прессование.

Отличительной особенностью кремнистых пород, в том числе и диатомита, являются низкие пластические свойства, не позволяющие обычно отформовать из теста образцы пластическим способом. В промышленных условиях кирпич и керамические камни из кремнистых пород, как правило, формуются с применением полусухого прессования, В необходимых случаях в массу добавляются добавки: пластифицирующая высокопластичная глинистая и выгорающая органическая.

Из диатомито-трепельного сырья можно получить кирпич марки 100 с плотностью не менее 1300 кг/м

Кирпич полусухого прессования (температура обжига составляла 8500С), полученный из диатомита Инзенского месторождения Ульяновской области, имеет следующие характеристики: плотность –

850 кг/м3, предел прочности при сжатии – 8,4 МПа, при изгибе – 1,4 МПа, водопоглощение – 65,6 %.

Диатомовые изделия могут ис-пользоваться только для внутренних работ, так как обладают высоким водопоглощением. Следует учитывать и такой факт, как повышенное водопоглощение из строительного раствора при проведении штукатурных работ. Для снижения значения водопоглощения на поверхность изделий можно наносить гидрофобное покрытие (например, кремнийорганическую жидкость).

Технологическая схема получения диатомового кирпича должна включать следующее оборудование: камневыделительные вальцы с ребристым валком; cмеситель с фильтрующей решёткой; гранулятор пластичной массы; cушильный барабан; cтержневая мельница-смеситель, мешалка с увлажнением для корректировки влажности; железоулавливатель; мешалка прессовая; пресс полусухого прессования (работающий в режиме замедленного прессования) с двусторонним прессованием с обогреваемыми прессформами; туннельная сушилка; печь обжига с длинной зоной досушки. Данный набор оборудования позволит получать качественные изделия.

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 89 / 139 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]