Как известно, при производстве керамического кирпича используется в основном недорогое местное сырье, представленное суглинками и независимо от региона распространения, имеющее нередко весьма сходный химический и минералогический состав. Объясняется подобное сходство тем, что образовались они все в конечном итоге в результате процессов химического и механического разрушения кислых магматических горных пород в континентальных условиях. Содержание свободного кварца в них достигает 70-80%. Характерно присутствие полевого шпата, нередко карбонатов и высокое содержание железа (4-6% в пересчете на оксид), которое входит в состав гидрооксидов или в состав нонтронита (железистого монтмориллонита) и железистого иллита. По химической классификации они относятся к категории кислого глинистого сырья и содержат AI2 03 9-11%.
В Белгородской области остро стоит проблема производства лицевого кирпича. Керамический кирпич в основном выпускают сезонные заводы. Невысокое качество продукции (марка 75-100) объясняется низким технологическим обеспечением (устаревшее оборудование отечественного производства, отсутствие технологических разработок, основанное на специфике местного сырья) и отсутствием квалифицированных кадров. Вторая проблема – получение керамического кирпича объемного окрашивания различной цветовой гаммы.
Авторами проводились исследования, связанные с разработкой технологии получения лицевого кирпича объемного окрашивания на основе суглинков Лозовского месторождения, разрабатываемых Нечаевским кирпичным заводом. С этой целью была детально изучена минералогия суглинков, их технологические свойства (табл. 1), изменена схема подготовки глинистого сырья, режимы сушки и обжига. Для получения более широкой цветовой гаммы использовалась добавка латненской глины каолинитового состава. Особое внимание уделялось изменению окраски изделий в процессе обжига.
Глинистое сырье Лозовского месторождения представляет собой суглинок зеленовато-серого цвета. Глинистая составляющая представлена каолинитом и монтмориллонитом. В состав
суглинка входят также морденит (Ca, Na2,K2)[Al2Si9O22]×6H2O (минерал из группы цеолитов), анортит (до 6-8%) и железистая слюда в виде достаточно крупных чешуек размером 0,1-2 мм.
По сравнению с суглинком Лозовского месторождения, латненская глина менее пластична (число пластичности 15), но более чувствительна к сушке. Химический состав глинистого сырья Лозовского и Латненского месторождений представлен в таблице 2.
Особенностью химического состав суглинка Лозовского месторождения является высокое содержание железа (5,41% в пересчете на оксид железа), которое входит в состав слюды и впоследствии влияет на темную окраску обожженных изделий, и повышенное содержание CaO и щелочей связанное с присутствием в глине полевых шпатов и цеолитов.
Таблица 2
Химический состав глинистого сырья Лозовского и Латненского месторождений
Наименование месторождения | Содержание оксидов, % | |||||||||
SiO2 | Al2O3 | TiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | П. п.п. | Сумма | |
Лозовское | 69,73 | 11,32 | 0,66 | 5,41 | 1,64 | 1,14 | 0,51 | 1,91 | 7,68 | 100 |
Латненское | 52,11 | 33,03 | 1,66 | 1,2 | 0,50 | 0,35 | 0,13 | 0,49 | 10,5 | 100 |
В процессе проведения экспериментальных исследований исходная шихта готовилась из предварительно подсушенных и измельченных масс с последующим тщательным перемешиванием в лабораторных бегунах, увлажнением до формовочной влажности, обработкой в шнековом прессе и последующей вылежкой в течение 7 дней. Из подготовленной массы по пластической технологии формовались образцы размером 50 х 50 мм. После сушки образцы обжигались в интервале температур 600-12000 С.
Результаты физико-механических испытаний образцов после высокотемпературного обжига помещены в таблице 3.
Таблица 3
Физико-механические характеристики образцов после обжига
Состав, % Лозовская (1) Латненская (2) | sсж., МПа | sизг., МПа | В, % | П отк, % | r, г\см3 | Усадка огневая, % | |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
1000 0С | |||||||
100 | 0 | 11,0 | 0,8 | 23,0 | 37,0 | 1,60 | 0,6 |
70 | 30 | 15,6 | 2,4 | 20,0 | 35,0 | 1,70 | 1,1 |
50 | 50 | 23,0 | 3,7 | 18,0 | 32,0 | 1,80 | 1,4 |
11000С | |||||||
100 | 0 | 17,2 | 1,5 | 17,3 | 30,0 | 1,74 | 1,60 |
70 | 30 | 24,5 | 3,2 | 14,0 | 25,5 | 1,86 | 2,6 |
50 | 50 | 30,5 | 3,8 | 13,0 | 23,3 | 1,93 | 3,0 |
11500С | |||||||
100 | 0 | 38,2 | 4,1 | 11,0 | 20,9 | 1,90 | 5,0 |
70 | 30 | 34 | 3,0 | 13,0 | 23,8 | 1,86 | 3,8 |
50 | 50 | 32,1 | 2,5 | 13,5 | 24,0 | 1,83 | 3,6 |
12000С | |||||||
100 | 0 | 43,2 | 5,0 | 8,0 | 16,0 | 2,10 | 5,6 |
70 | 30 | 37,0 | 3,8 | 10,0 | 21,0 | 1,96 | 4,2 |
50 | 50 | 35,0 | 3,7 | 12,0 | 23,2 | 1,90 | 3,8 |
Лучшими прочностными характеристиками обладали образцы, обожженные при Т=1150-12000С (sсж -38,0 - 43,0 МПа; sизг= 4,1- 5,0 МПа) при водопоглощениии 8-12%.
Исследования показали, что до температуры 1100оС добавка глины Латненского месторождения способствует повышению прочностных характеристик, а начиная с1150оС более высокие прочностные характеристики показывают образцы на основе чистой лозовской глины без добавок. Это объясняется тем, что основной процесс спекания латненской глины проходит в интервале Т=1000–1100оС, а выше этих температур основная роль процессу спекания принадлежит суглинку, содержащему в своем составе значительное количество оксидов железа и полевых шпатов, которые при этих температурах образуют легкоплавкие эвтектики. Низкой степенью спекаемости суглинка при температурах 1000-11000 С объясняются и невысокие значения sизг для образцов, полученных при этих температурах.
Процессы фазовых превращений при обжиге изучались с использованием рентгенофазового анализа. При Т=600оС происходит разложение каолинита и переход его в рентгеноаморфный метакаолинит. При 900оС идет интенсивное разложение метакаолинита, но структура слюды еще полностью сохраняется (четкое отражение [001] со значением 10,0 Å.) Разложение железистой слюды наблюдается при 1000оС, о чем свидетельствует появление отражений, характерных для гематита – Fe2O3 ( d/n: 2,69 Å ). В дальнейшем гематит частично переходит в магнетит – Fe3O4 - (d/n: 2,97 Å; 2,51Å), и вюстит – FeO ( d/n: 2,13 Å).
При дальнейшем повышении температуры уменьшается содержание полевых шпатов, появляется отражение, характерное для кристобалита (4,095 Å) и идет образование новой фазы железистого волластонита – (Сa, Fe)Si03 (d/n: 5,39; 3,81; 3,49; 3,27; 3,20; 3,05; 2,95; 2,77 Å).
При введении в состав глинистой массы латненской, глины уже при температуре 10000С на дифрактограммах появляются отражения характерные для муллита. (d/n: 5,4; 3,41; 3,38 Å). Его образованию при сравнительно низких температурах способствует наличие оксидов железа, образующихся в результате разложения железистой слюды.
Образцы на основе лозовской глины обожженные при 1000оС имели кирпично-красную окраску, при 1100оС - светло-коричневую, 1150оС – коричневую, 1200 оС – темно бордовую (цвет природного гематита). При введение в состав массы 30-50% латненской глины цвет изменялся от кремового (1000оС -1100оС) до желтого (1150оС -1200 0С).
Образцы полученные при температуре обжига 1100-12000С отличались высокой морозостойкостью (более 50 циклов).
Список литературы
1. А. Новое в технологии лицевого керамического кирпича объемного окрашивания // Строительные материалы. - №7.- 1993.
2. А. , Т., С. Лицевой кирпич светлых тонов на основе кембрийских глин // Строительные материалы. - №11.- 1995.
3. А., И., А. Внедрение технологии производства лицевого керамического кирпича объемного окрашивания // Строительные материалы. - №1.- 1993.
¯ Выполнено при поддержке гранта «РФФИ-Урал» № 04-05-96060
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 |
Основные порталы (построено редакторами)