CC BY
61
Гурьева В.А.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected]
АКТИВАЦИЯ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ АЛЮМОМАГНЕЗИАЛЬНЫХ КЕРАМИЧЕСКИХ МАСС
Исследована химическая активация процесса спекания алюмомагнезиальных керамических масс. Выявлена нецелесообразность ввода в состав шихт, применяемых при скоростных режимах обжига, специально добываемых и подвергающихся обогащению щелочных материалов типа пегматит, нефелиновый концентрат. Установлена возможность существенно снизить расход стеклобоя.
Ключевые слова: строительная керамика, техногенное магнезиальное сырье, минералогический состав, обжиг, щелочные добавки, кристаллические фазы.
Основным технологическим переделом при производстве различных видов керамики является обжиг, в ходе которого в результате сложных физико-химических процессов, протекающих при температурах в диапазоне 800-1400 °С, достигаются требуемые свойства изделий. На данном этапе непрочный конгломерат из слабо связанных частиц превращается в прочное монолитное изделие с заданными свойствами. В ранее проведенных исследованиях установлено, что техногенное сырье, содержащее силикаты магния, принимает активное участие в процессах спекания и образования новых кристаллических фаз: силикатов и алюмосиликатов магния - при температуре обжига выше 1050 оС [1, 2].
В настоящее время на керамических заводах страны, прежде всего при производстве плиточных изделий, обжиг которых производится по скоростным режимам в условиях поточноконвейерных линий, с целью интенсификации процесса спекания используются преимущественно комплексные активаторы - стекольнонефелиновые и стекольно-пегматитовые [3, 4].
Поэтому с целью активации процесса спекания алюмомагнезиальных керамических масс автором были взяты щелочесодержащие материалы, используемые в керамических массах: пегматит, нефелиновый концентрат, стеклобой в количестве соответственно 5-20% и 0-15% по массе.
Таблица 1. Химический состав сырья
Вид сырья Содержание оксидов, %
SiO2 AI2O3 Fe2O3 MgO CaO E R2O п.п.п. Итого
Глина месторождения Донское 53,6 14,11 6,44 8,55 2,35 4,4 10,55 100,0
Дуниты месторождения Донское 36,46 0,82 7,19 41,49 1,33 отсут. 12,7 100
ч
е
р
О
1,66
1,64
1,62
1,6
1,58
34 4,4 4
м 3 6
3 3,6 £ 2,8 2 ,4 2 1,6 1,2
В
б
с
—С L
¡S r
\ t= Ґ
7,5
10
12,5 15 17,5 20
7,5
10
12,5 15 17,5
20
Содержание нефелинового концентрата, % по массе
—О— -1000 °С; —□--------1100 °С
Рисунок 1. Влияние добавки нефелинового концентрата на обжиговые свойства изделий при содержании дунита в количестве 35% по массе в зависимости от температуры обжига
Материалы вводились в шихту состава: легкоплавкая глина Донского месторождения + 35% дунитовых продуктов за счет уменьшения количества глинистого компонента. Химический состав сырья представлен в таблице 1.
Из измельченных заранее сырьевых материалов (остаток на сите №0063 не более 1-3%) подготавливались пресс-порошки рационального состава. Удельное давление прессования изделий-образцов составляло 10 МПа (по аналогии с заводской технологией) в течение 30 с. Обжиг образцов производился в лабораторной печи при температурах, соответствующих технологии поточно-конвейерного производства, - 1000-1100 оС с конечной выдержкой в течение 20 минут. На обожженных образцах определяли свойства, предъявляемые стандартами к изделиям строительной керамики: водопогло-щение, общая усадка, средняя плотность.
рЗ
Н
її
Я
3
ю
о
3.2
2.7
2.2
1.7 1,2 0,7
4--. ~-Г 'г —с и —с \— —с ]— —Е ]— —С
— к— — ^— N —< >
7,5
10 12,5 15 17,5
20
т
7,5 10 12,5 15 17,5 20
Содержание пегматита, % по массе -О— -1000 °С; —□------1100 °С
Водопоглощение изделий в присутствии нефелинового концентрата при температуре обжига 1000-1100 оС не опускается ниже 17% (рисунок 1), что не удовлетворяет требованиям ГОСТ 6141-91, при этом средняя плотность снижается до 1,59 г/см3, пористость увеличивается до 36%. Поэтому использование его в производстве изделий строительной керамики из масс, содержащих магнезиальное техногенное сырье, в условиях поточно-конвейерных линий нецелесообразно.
При введении пегматита в массу четко прослеживается рост водопоглощения, снижение общей усадки и средней плотности (рисунок 2).
Водопоглощение менее 16% может быть получено при содержании пегматита в шихте не более 6 % по массе и температуре обжига 1100 оС. Это характеризует нецелесообразность его ис-
<3
§
3
\о
О
Содержание стекл°б°я, % п° массе —О— -1000 °С; —□------1100 °С
Рисунок 2. Влияние добавки пегматита на свойства изделий при содержании дунита в количестве 35% по массе и при 1 ,
1 обж
Рисунок 3. Влияние добавки стеклобоя на обжиговые свойства изделий при содержании дунита в количестве 35% по массе при 1обж
'."ЬиЧ
и і: їи :н їй л її їм 11-і іь н 1? |н к п -с
а)
——I—..........—І— I-----1--1-1--1 II І І І І I
і" Л5 (1 И М І' М И І11* 17 1Ї И И ч 7 ? і 1
б)
к - карбонат кальция; ф - форстерит; пш - полевой шпат; г - гематит; и - индиалит; кв - кварц; м - муллит; с - слюда
1 - 900 оС; 2 - 1000 оС; 3 - 1100 оС; 4 - 1200 оС
Рисунок 4. Рентгенограмма продуктов обжига шихты состава (масс. %): а - донская глина - 65, дунит - 35;
б - донская глина - 65, дунит - 35, стеклобой - 5
пользования в массах на основе магнийсодержащего сырья.
С увеличением содержания стеклобоя в шихте при постоянной температуре наблюдается тенденция снижения водопоглощения при одновременном росте общей усадки и средней плотности (рисунок 3).
При содержании стеклобоя в количестве до 7,5 масс. % наблюдается увеличение средней плотности керамических изделий до 1,73 г/см3 при температуре обжига 1000 оС и 1,82 г/см3 при 1100 оС. Введение стеклобоя свыше данной величины, до 15 % по массе, приводит к снижению средней плотности до 1,62 г/см3 при 1000 оС обжига и 1,68 г/см3 при 1100 оС. При этом интервал обжига образцов сужался до 50 оС, что вызывало при 1030-1070 оС коробление изделий. Минимальное количество стеклобоя, при котором водопоглощение при 1100 оС достигает 16 %, составляет 2,5-5 масс. %, при этом общая усадка изделий составляет 3,45-3,48%; средняя плотность 1,74-1,8 г/см3.
В результате сопоставления кристаллических фаз, образованных при термической обработке, изучено влияние щелочной добавки -стеклобоя на процессы минералообразования в
двухкомпонентных массах на основе магнезиального сырья (рисунок 4).
Данные рентгенофазового и петрографического анализа показали, что присутствие в массе стеклобоя не определяет образование новых кристаллических фаз, а лишь интенсифицирует процесс спекания, снижая температуру образования первичной жидкой фазы.
Таким образом, анализ результатов лабораторных исследований по активации процесса спекания алюмомагнезиальных керамических масс позволяет:
1) исключить из состава шихт, применяемых при скоростных режимах обжига, специально добываемые и подвергающиеся обогащению щелочные материалы типа пегматит, нефелиновый концентрат;
2) существенно снизить расход стеклобоя с 15% до 2,5-5,0%.
Спеканию керамических масс, по данным рентгеноспектрального анализа, способствует образование расплава на первом этапе преимущественно щелочного силикатного состава, а затем, по мере диффузии в него ионов магния, алюминия, железа и др., расплава сложного состава.
29.03.2011
Список литературы:
1. Гурьева, В.А. Керамические композиты из попутных продуктов горно-обогатительной промышленности / В.А. Гурьева, Л.Т. Редько // Современные проблемы строительного материаловедения: Сб. трудов межд. науч.-техн. конф., ч. 3, Керамические материалы и изделия общестроительного и специального назначения. - Самара: САСА, 1995. - С. 28-29.
2. Гурьева, В.А. Сырье, содержащее силикаты магния, в производстве низкотемпературной керамики / Строительство-2007: Сб. трудов межд. науч.-практ. конф. - Ростов-на-Дону: РГСУ, 2007. - С. 103-105.
3. Канаев, В.К. Новая технология строительной керамики / В.К. Канаев. - М.: Стройиздат, 1990. - 264 с.
4. Мороз, И.И. Технология фарфоро-фаянсовых изделий / И.И. Мороз. - М.: Стройиздат, 1984. - 334 с.
Сведения об авторе: Гурьева Виктория Александровна, доцент кафедры технологии строительных материалов и изделий Оренбургского государственного университета, кандидат технических наук 460018, г. Оренбург, пр-т Победы, 13, ауд. 3132, тел. (3532) 37-24-28, e-mail: [email protected]
UDC 691.42 Guryeva V.A.
ACTIVATION OF SINTERING PROCESS FOR MAGNESIA- ALUMINA CERAMIC MASSES
Chemical activation of sintering process for magnesia- alumina ceramic masses was studied. We found inadvisable to introduce nepheline concentrate into mixture makeup which is used in high-speed mode firing, specially harvested and subjected to enrichment of alkaline materials such as pegmatite. We found also the possibility to significantly reduce the cullet.
Keywords: Construction ceramics, technogenic magnesia raw materials, mineral composition, firing, alkaline additives, crystalline phases.
Bibliography:
1. Guryeva, V.A. Ceramic composites from passing products of the ore dressing industry / V.A.Guryeva, L.T.Red’ko // Modern problems of building materiology: The collection Works megnational. science-engineering Conference, P. 3, Ceramic materials and products building and special purpose - Samara: SASA, 1995. - P. 28-29.
2. Guryeva, V.A .Raw material, containing silicates of magnesium, in manufacture низкотемпературной ceramics / Construction - 2007: The collection Works megnational. science-engineering Conference - Rostov-na-Donu: RGSU, 2007. - P. 103-105.
3. Kanaev, V.K. New technology of building ceramics / V.K.Kanaev. - M.: Stroiizdat, 1990. - 264 P.
4. Moros, I.I. Technology porcelain - faience products / I.I. Moros. - M.: Stroiizdat, 1984.-334 P.
