УДК 666.324
Исследование тугоплавких глин месторождений Байкальского региона
Ю. А. Зыкова[1], Е. А. Порядин[2]
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет,
филиал в г. Усолье-Сибирском Иркутской области,
665452 г. Усолье-Сибирское, ул.
Описаны результаты исследования тугоплавких глин Байкальского региона и оценка их пригодности для производства керамических облицовочных материалов. Приведены: общая характеристика сырья, число пластичности, химический анализ сырьевых компонентов. Спекаемость глинистого сырья определена по водопоглощению, плотности и линейной усадке. Для определения декоративных свойств глин, обожженные образцы исследовались на белизну.
Ил. 5. Табл. 7. Библиогр.2 назв.
Ключевые слова: тугоплавкие глины; спекаемость; водопоглощение; плотность; линейная усадка.
THE RESEARCH OF REFRACTORY CLAYS DEPOSITS OF THE BAIKAL REGION
J. Zykova, E. Poryadin
National Research Irkutsk State Technical University,
65 Mendeleyev St., Usolye-Sibirskoye, 665452.
In the article there are presented the results of the research of refractory clays deposits of the Baikal region and the acceptability appraisal of it for production of ceramic cladding materials. In the article there are also presented: the raw materials general characteristic, the plasticity number, the chemical analysis of raw materials. The caking of clay raw materials is defined by estimation of water absorption, density and linear shrinkage. The burnt samples were tested on whiteness with the aim of identifying of decorative properties of clays.
5 figure, 7 tables, 2 sources.
Key words: refractory clays, caking, water absorption, density, linear shrinkage.
В современном строительстве необходимы привлекательные и недорогие отделочные материалы. Одним из таких материалов является керамическая плитка. Она широко используется для облицовки наружных и внутренних стен зданий и сооружений, а также полов.
Основными сырьевыми компонентами в производстве керамических изделий служат качественные беложгущиеся глины, придающие связанность и механическую прочность сырцу, а также обеспечивающие спекаемость материала при обжиге; каолины – для повышения белизны черепка; полевой шпат – для снижения температуры спекания; кварцевое сырье – для увеличения механической прочности и регулирования ТКЛР материала.
Иркутская область располагает достаточными природными ресурсами для развития строительной индустрии. Использование глин Байкальского региона с целью получения декоративной плитки представляет большой интерес для промышленности страны и нашего региона в частности.
Цель работы: исследование тугоплавких глин Байкальского региона (глины Каменского, Трошковского и Никольского месторождений) и оценка их пригодности для производства керамических облицовочных материалов.
Никольское месторождение расположено в Иркутском районе, в 3,5 км юго-восточнее с. Никольского, в 66 км к северу от г. Иркутска, с последним оно связано автодорогами.
Площадь месторождения входит в экономически освоенный сельскохозяйственный район. Месторождение не обводнено, обработка его ведётся открытым способом.
Каменское месторождение находится в Эхирит-Булагатском районе Усть-Ордынского Бурятского автономного округа в 32 км от с. Баяндай, в 161 км к северо-востоку от г. Иркутска. В 32 км северо-западнее месторождения проходит автодорога Иркутск-Качуг, с которой оно связано грунтовой дорогой.
Трошковское месторождение расположено в Черемховском районе непосредственно у железнодорожной станции Половна и пос. Михайловка.
Район месторождения экономически хорошо освоен, располагает предприятиями по добыче каменного угля, огнеупорных глин и местных минеральных строительных материалов. Непосредственно у месторождения проходит автодорога Красноярск – Иркутск
В табл. 1 приведена общая характеристика глинистого сырья. Пересчеты на трехкомпонентную систему выполнены по правилу Рихтера.
На диаграмме состояния системы CaO–SiO2–Al2O3 по Э. Осборну и А. Муану (рис. 1) были найдены фигуративные точки глин. Как видно из рисунка, все найденные точки находятся в поле муллита, температура полного плавления глин (I–IV) около 1800 °С, V – около1700 °С. Так же на рис. 1 выделены области, соответствующие применяемым в технике составам различных технических продуктов [2].
Таблица 1
Общая характеристика глинистого сырья
Наименование глин | Цвет | Структура, текстура, запесоченность | Наличие известняка (проба 10% HCl) | Содержание других примесей |
Трошковская проба 1 | Серый, с примесями желтого цвета | Крупнодисперсная, не хрустит при разрезании ножом, запесоченная | Не вскипает | – |
Трошковская проба 2 | Темно-серый | Крупнодисперсная, хрустит при разрезании ножом, запесоченная | Слабое вскипание | – |
Трошковская проба 3 | Темно-серый со светло-серыми включениями | Крупнодисперсная, не хрустит при разрезании ножом | Слабое вскипание | – |
Каменская | Темно-серый | Крупнодисперсная, хрустит при разрезании ножом, запесоченная | Слабое вскипание | – |
Никольская | Белый | Крупнодисперсная, хрустит при разрезании ножом, запесоченная | Слабое вскипание | – |
Определение числа пластичности приведено в табл. 2.
Таблица 2
Число пластичности глин
№ | Наименование глин | Число пластичности | Наименование группы |
I | Трошковская проба 1 | 5,25 | Малопластичные |
II | Трошковская проба 2 | 7,4 | Умеренно-пластичные |
III | Трошковская проба 3 | 9,29 | Умеренно-пластичные |
IV | Каменская | 18,3 | Умеренно-пластичные |
V | Никольская | 6,75 | Малопластичные |
Химический состав проб определялся рентгенофлюоресцентным методом. Результаты исследований даны в табл. 3.
Таблица 3
Химический состав глин
№ | Наименование глин | Содержание оксидов, масс. % | ||||||||
SiO2 | Al2O3 | TiO2 | Fe2O3 | CaO | MgO | Na2O | K2O | Рe2O5 | ||
I | Трошковская проба 1 | 58,98 | 35,90 | 0,59 | 1,81 | 0,86 | 1,04 | 0,28 | 0,44 | 0,10 |
II | Трошковская проба 2 | 59,43 | 34,86 | 0,66 | 2,62 | 1,09 | 0,69 | 0,16 | 0,42 | 0,08 |
III | Трошковская проба 3 | 56,72 | 38,75 | 0,70 | 1,26 | 1,04 | 0,92 | 0,22 | 0,30 | 0,08 |
IV | Каменская | 61,30 | 34,39 | 1,70 | 1,69 | 0,31 | 0,31 | 0,09 | 0,23 | 0,00 |
V | Никольская | 77,23 | 19,49 | 0,92 | 0,97 | 0,44 | 0,38 | 0,24 | 0,28 | 0,04 |
Рис. 1. Диаграмма состояния системы CaO–SiO2–Al2O3. Области составов технических продуктов в системе:1 – фарфор; 2 – шамотные огнеупоры
Спекаемость глинистого сырья определялась по водопоглощению, линейной усадке и по плотности образцов, обожженных в интервале температур: 1050, 1100, 1150, 1200 ºС. Результаты представлены в табл. 4–табл. 6 и на рис. 2–рис. 4.
Опытные образцы готовились следующим образом. Все глины раздельно измельчались в лабораторной шаровой мельнице, затем пропускались до полного прохождения через контрольное сито 0,2. Для определения свойств готовых материалов использовались образцы – «столбики» размером 30
30 мм. Образцы готовились полусухим прессованием порошков влажностью 8 %. Вылеживание пресс-порошка производилось 24 ч в эксикаторе.
Опытные образцы формовались полусухим двухступенчатым прессованием на лабораторном гидравлическом прессе с давлением прессования 10-30 МПа. Затем производилась воздушная сушка образцов в течение 1 сут, и сушка в сушильном шкафу. Обжиг производили при различной температуре с выдержкой при максимальной температуре 1 ч.
Таблица 4
Линейная усадка обожженных образцов глин, %
№ | Наименование глин | Температура обжига, ºС | |||
1050 | 1100 | 1150 | 1200 | ||
I | Трошковская проба 1 | 10,83 | 10,83 | 11,67 | 11,83 |
II | Трошковская проба 2 | 8,33 | 9,17 | 9,17 | 9,33 |
III | Трошковская проба 3 | 11,67 | 13,30 | 13,30 | 13,30 |
IV | Каменская | 3,33 | 5,00 | 6,67 | 8,33 |
V | Никольская | 2,50 | 3,33 | 3,33 | 4,17 |
Таблица 5
Водопоглощение обожженных образцов глин, %
№ | Наименование глин | Температура обжига, ºС | |||
1050 | 1100 | 1150 | 1200 | ||
I | Трошковская проба 1 | 1,80 | 1,23 | 1,60 | 1,30 |
II | Трошковская проба 2 | 6,56 | 5,92 | 5,08 | 5,02 |
III | Трошковская проба 3 | 2,74 | 2,06 | 1,13 | 1,10 |
IV | Каменская | 1,23 | 1,13 | 5,61 | 0,70 |
V | Никольская | 8,40 | 8,09 | 6,35 | 5,61 |
Рис. 2. Линейная усадка обожженных образцов глин, %
Рис. 3. Водопоглощение обожженных образцов глин, %
Таблица 6
Плотность обожженных образцов чистых глин, кг/м3
№ | Наименование глин | Температура обжига, ºС | |||
1050 | 1100 | 1150 | 1200 | ||
I | Трошковская проба 1 | 1986 | 2117 | 2255 | 2466 |
II | Трошковская проба 2 | 2163 | 2255 | 2294 | 2369 |
III | Трошковская проба 3 | 2124 | 2147 | 2216 | 2234 |
IV | Каменская | 2069 | 2249 | 2499 | 2551 |
V | Никольская | 2209 | 2192 | 2378 | 2394 |
Таблица 7
Определение белизны обожженных образцов глин, %
№ | Наименование глин | Температура обжига, ºС | |||
1050 | 1100 | 1150 | 1200 | ||
I | Трошковская проба 1 | 50,50 | 52,60 | 58,46 | 58,70 |
II | Трошковская проба 2 | 46,51 | 47,91 | 51,22 | 52,03 |
III | Трошковская проба 3 | 69,30 | 72,02 | 72,69 | 73,05 |
IV | Каменская | 50,30 | 51,23 | 54,20 | 55,61 |
V | Никольская | 70,17 | 70,97 | 72,19 | 75,40 |
Рис. 4. Плотность обожженных образцов чистых глин, кг/м3
На рис. 2–рис. 4 видно, что с повышением температуры плотность и линейная усадка образцов увеличиваются, а водопоглощение уменьшается, что свидетельствует об интенсивном спекании.
Для определения декоративных свойств глин, обожженные образцы исследовались на белизну (табл. 7, рис. 5), так как при использовании белой основы плитки и пигментов для декорирования керамических материалов получается более чистый цвет.
Рис. 5. Белизна обожженных образцов глин, %
После исследования тугоплавких глин Байкальского региона, мы сделали следующие выводы:
1. Исследованные глинистые породы представляют собой тугоплавкие глины малой и средней пластичности.
2. Свойства образцов глин после обжига при разных температурах показывают, что данное сырьё пригодно для производства фарфора, огнеупоров и керамической облицовочной плитки.
3. Наиболее пригодна для облицовочной плитки глина I, III IV (низкое водопоглощение и высокая плотность образцов).
4. Высокими декоративными качествами обладают глины III и V, при использовании глины V необходимо введение добавок, уменьшающих температуру спекания.
Библиографический список
1. Объяснительная записка к обзорной карте месторождений строительных материалов Иркутской области масштаба 1:2000000 / под ред. К: в 2 т. М.: Союзгеолфонд, 1988.
2. С., Г., Ф. Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений: учеб. для вузов. М.: Высш. шк. 1988.
[1] , аспирант кафедры ХТНВ и М, ст. преподаватель кафедры ХТНВ и М филиала ИрГТУ в г. Усолье-Сибирское. *****@***ru
Zykova Julia, the post-graduate student, a senior lecturer of the Chair of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials of the Department of the National Research Irkutsk State Technical University in Usolye-Sibirskoye. E-mail.: *****@***ru
[2] Порядин Евгений Александрович, студент 5 курса специальности ХТС кафедры ХТНВ и М филиала ИрГТУ в г. Усолье-Сибирское.
Poryadin Eugenie, the fifth year student of f the Chair of Chemical Technology of Inorganic Substances and Materials of the Department of the National Research Irkutsk State Technical University in Usolye-Sibirskoye.
Основные порталы (построено редакторами)