1. Сырьевые материалы для производства неметаллических силикатных материалов

1. Классификация сырья для производства неметаллических и силикатных материалов

При всех принципиальных отличиях стекла, керамики и вяжущих материалов их получение базируется на одних и тех же видах сырья, меняется лишь их количественное соотношение в сырьевых смесях (пример – карбонатное сырье).

По происхождению сырье можно разделить на 3 группы:

• Природное;

• Техногенное;

• Синтетическое (специально синтезируемые вещества, применяются в основном в технической керамике и стеклоделии).

В наибольших объемах используется природное сырье. Основные его виды по химико-минералогическому составу можно разделить на 5 групп:

• Кремнеземистое;

• Алюмосиликатное;

• Карбонатное;

• Глиноземистое;

• Сульфатное.

Классификация сырьевых материалов технологии ТНСМ представлена на рисунке.

Как видно из рисунка, большинство видов сырья используется во всех трех технологиях. Однако каждая технология предъявляет к конкретному сырью свои специфические требования.

Классификация сырьевых материалов технологии неметаллических силикатных материалов

Природное сырье НСМ

кремнеземистое

Туф (В)

сульфатное

алюмосиликатное

глиноземистое

карбонатное

Песок кварцевый (В, К, С)

Перлит (В, К)

Кварцит (В, К, С)

Диатомит (В)

Опока (В)

Трепел (В)

Глинистый сланец (В, К)

Каолины (К, С)

Полевой шпат (К, С)

Суглинки (В, К)

Глины (В, К)

Нефелин (К, С)

Мергель (В, К, С)

Магнезит (В, К, С)

Доломит (В, К, С)

Мел (В, К, С)

Известняк (В, К, С)

Пегматиты (К, С)

Пемза (В)

Трасс (В)

Тенардит (В, С)

Ангидрит (В)

Гипс (В)

Боксит (В)

Техногенное сырье НСМ (отходное)

Химической промышленности энергетики

Доменные шлаки (В, К, С)

Цветной металлургии

Топливные шлаки (В)

Нефелиновый шлам (В)

Фосфорные шлаки (В, К)

Металлургические шлаки (В)

Черной металлургии

Фосфогипс (В)

Золы (В, К, С)

В – вяжущие материалы, К- керамика, С – стекло.

2. Кремнеземистое сырье

Кварцевый песок – основной компонент стекольной шихты и известково-кремнеземистых вяжущих, применяемых для производства силикатного кирпича и ячеистых блоков, как добавка вводится в керамические массы и цементные сырьевые смеси.

Кварцевый песок – это продукт разрушения горных пород, состоящих в основном из зерен кварца, отличающийся высоким содержанием SiO₂, малым количеством примесей и мелкозернистостью.

По условию образования различают пески:

• делювиальные (смытые со склонов);

• пролювиальные (отложенные временными потоками);

• алювиальные (речные);

• морские;

• эоловые (дюнные).

Наибольшей чистотой обладают речные пески. Примесями в песке являются слюды; полевые шпаты, оксиды железа, карбонаты.

Пригодным для производства стекла считается песок, содержащий не менее 95-98% SiO₂, при производстве оконного стекла содержание Fe₂O₃ не должно быть более 0,05%, для оптического – не более 0,01%, а для бутылочного – до 0,25%, для зеркального– 0,015-0,02%, для оконного тянутого – 0,05-0,07%.

Наряду с химическим составом песков большое значение имеет их гранулометрический состав. Вообще, песок в основном состоит из зерен 0,1-2 мм. Наиболее пригодны для стекловарения пески с размером зерен от 0,15 до 0,4 мм. Крупные зерна плохо провариваются и ухудшают качество изделий.

Песок, идущий на изготовление силикатного кирпича, должен иметь шероховатую поверхность песчинок и различный по крупности зерен состав, что дает более плотную упаковку и снижает расход извести. Молотый песок для автоклавных материалов содержит не менее 75% SiO₂, а для немолотого содержание глинистых частиц соответственно не более 5-10%.

Кварцевый песок для производства изделий тонкой керамики должен содержать не менее 93-95% SiO₂, не более 0,2-0,3% Fe₂O₃ и TiO₂, не более 1-2% CaO; остаток на сите №4 не должен составлять более 2-5%.

Кварциты – используются в керамической шихте для производства огнеупоров, фарфора и фаянса. Они представляют собой плотные горные породы, сложенные преимущественно из округлых зерен кварца, сросшихся между собой (кристаллические кварциты) или сцементированных аморфной кремнекислотой (цементные кварциты). Твердость по школе Мооса 6-7. Как кристаллические, так и цементные кварциты очень плотные и крепкие, что в свою очередь уменьшает количество примесей, а имеющиеся примеси вследствие особенностей строения распределены равномерно.

Диатомит, трепел, опока – применяются как активные минеральные добавки к цементу и извести. Это осадочные горные породы, сложенные в основном опалом, т.е. минералом, представляющим собой водную аморфную кремнекислоту. Их состав можно выразить общей формулой: mSiO₂· nH₂O. Содержание SiO₂ в среднем составляет 70-85%, но может достигать 98%, Al₂O₃ – 5-13%, CaO – 2-6%, MgO до 3%, Fe₂O₃ – от долей % до 5-10%, содержание воды – 3-13%. Это породы, как правило, рыхлые и обладают малой плотностью и высокой пористостью.

Диатомит – рыхлая или сцементированная порода белого, серого или желтоватого цвета, сложенная более чем на 50% скорлупами диатомитовых водорослей. Плотность – 1900-2200 кг/м³, насыпная плотность – 400-1250 кг/м³.

Трепел по внешнему виду и химическому составу очень схож с диатомитом и представляет собой слабосцементированную или рыхлую породу, состоящую из округлых глобулей опалового кремнезема. Плотность – 1900-2400 кг/м³, насыпная плотность – 300-1200 кг/м³, пористость – 60-64%.

Опока – это близкая по составу к трепелу порода, отличающаяся большей плотностью и сцементированностью. Насыпная плотность составляет 1000-1800 кг/м³.

В керамической промышленности применяют для изготовления кирпича, черепицы, труб и т.д.