CC BY
28
kuNiVERSLIM:
№ 2 (95)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2022.95.2.13163
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕТРАДИЦИОННЫХ ГЛИНИСТЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ УЗБЕКИСТАНА И СТЕНОВАЯ КЕРАМИКА НА ИХ ОСНОВЕ
Эминов Ашрап Мамурович
д-р техн. наук., профессор, зав. лабораторий ГУП «Фан ва тараккиёт» ТашГТУ им. И. Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: ashraf.52@mail.ru
Бабаев Забибулла Комилович
д-р техн. наук, Институт общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: bzkm@mail.ru
Курязов Зокир Маткаримович
канд. техн. наук, старший науч. сотрудник, Институт общей и неорганической химии Академии наук Республики Узбекистан, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: zokirquryazov@gmail.com
Боймуродова Махзуна Турсункуловна
докторант ГУП «Фан ва тараккиёт» ТашГТУ им. И. Каримова, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: mahzuna@81 mail.ru
PHYSICO-CHEMICAL INDICATORS OF NON-TRADITIONAL CLAY RAW MATERIAL RESOURCES OF UZBEKISTAN AND WALL CERAMICS BASED ON THEM
Ashrap Eminov
Doc of techn. sci. prof., SUE "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University named after I. Karimov,
Uzbekistan, Tashkent
Zabibulla Babaev
Doctor of Technical Sciences. Institute of General and Inorganic Chemistry Academy of Sciences Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan Tashkent
Zokir Kuryazov
Candidate of Technical Sciences, Senior Research Associate Institute of General and Inorganic Chemistry Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan Tashkent
Makhzuna Boymurodova
Doctoral student of State Unitary Enterprise "Fan va tarakkiyot" Tashkent State Technical University
named after I. Karimov, Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ НЕТРАДИЦИОННЫХ ГЛИНИСТЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ УЗБЕКИСТАНА И СТЕНОВАЯ КЕРАМИКА НА ИХ ОСНОВЕ // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Эминов А.М. [и др.]. 2022. 2(95). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/13163
kuNiVERSLIM:
№ 2 (95)_ДД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_(Ьевраль. 2022 г.
АННОТАЦИЯ
В данной статье приведены сведения о производстве керамического кирпича в условиях Узбекистана и показаны сырьевые проблемы высококачественного доступного сырья. В частности, при производстве керамического кирпича по разработке составов керамических масс для получения кирпичей на основе различных классических сырьевых материалов, а также нетрадиционного сырья. Для этих целей предложены новые нетрадиционные сырьевые ресурсы-донные отложения водохранилищ. Изучены физико -химические и керамико-технологические свойства. Приведены пути повышение качественных характеристик керамической массы с модифицированием другими легкодоступными сырьевыми материалами. Экспериментами установлены такой подход позволяет повышать морозостойкость и другие качественные показатели получаемого продукта.
ABSTRACT
This article provides information about the production of ceramic bricks in the conditions of Uzbekistan and shows the raw material problems of high-quality affordable raw materials. In particular, in the production of ceramic bricks for the development of compositions of ceramic masses for the production of bricks based on various classical raw materials, as well as non-traditional raw materials. For these purposes, new non-traditional raw materials are proposed - bottom sediments of reservoirs. The physicochemical and ceramic-technological properties have been studied. Ways are given to improve the quality characteristics of the ceramic mass with modification by other readily available raw materials. Experiments have established this approach allows you to increase frost resistance and other quality indicators of the resulting product.
Ключевые слова: водохранилище, донные отложений, глинистые илы, керамическая масса, лёссовидная суглинка, аргиллитоподобная глина, минерализатор, высокотемпературный обжиг, морозостойкость, механическая прочность.
Keywords: reservoir, bottom sediments, clay silts, ceramic mass, loess-like loam, argillite-like clay, mineralizer, high-temperature roasting, frost resistance, mechanical strength.
Развитие орошаемого земледелия и гидротехнического строительства в Узбекистане привело к созданию более 25 больших и малых водохранилищ [1]. Добыча и переработка их илистых донных отложений может стать экономически выгодным путем решения проблемы ресурсосбережения. Водохранилища расположены в основном в густонаселенных районах, в которых имеется достаточно развитая инфраструктура [2]. Кроме того, население при строительстве различных сооружений широко использует сырой саманный кирпич. Поэтому, используя илистые отложения можно снизить потребление традиционных минеральных ресурсов, а также решить экономические и экологические проблемы. Впервые исследованы химико-минералогические, гранулометрические составы, физико-механические и технологические свойства минерально-илистых донных отложений Пачкамарского (Пвх), Чимкурган-ского (Чвх) и Каттакурганского (Квх) водохранилищ, а также аргиллитоподобной глины Пачкамарского месторождения. Определено, что они относятся к кварц-глинистому сырью каолинит-гидрослюдистого и каолинит-монтмориллонит - гидрослюдистого составов [3].
Водохранилища на равнинных участках рек составляют большинство из существующих водохранилищ. Эти водохранилища в основном сезонного регулирования. Поскольку реки на равнинных участках несут значительное количество наносов (5 - 10 кг/м3и более), то большая часть этих наносов остаётся в водохранилищах. Кроме того, эти водохранилища аккумулируют всего 0,3-10 % годового
стока реки, поэтому можно приближенно определить степень годового заиления ёмкости таких водохранилищ в 0,5-2,0%. Значит, такие водохранилища через 25-50 лет потеряют половину своей ёмкости, а через 50-100 лет полностью заилятся и выйдут из строя.
Например, по данным натурных промеров, ежегодная потеря ёмкости Кайраккумского водохранилища составляет 0,8 % (за 13 лет из ёмкости 4,16 млрд. м3заилилось 0,413 млрд. м3), Чардарьин-ского - 0,6 % (за 3 года из 5,7 млрд. м3 емкости заилилось 0,10 млрд. м3), Чимкурганского - 0,5 % (за 40 лет из емкости 500 млн. м3заилилось -100 млн. м3 ), Южносурханского - 1,0 % (за 40 лет из 800 млн. м3 емкости заилилось - 300 млн. м3), Пачкамарского -0,75% (за 29 лет из 280 млн. м3 емкости заилилось 60 млн. м3). Средирусловых водохранилищ в наиболее невыгодном положении находятся водохранилища, работающие в гидроэнергетическом или близком к нему режимах [4].
Нами изучалось химико-минералогический состав и свойства илистых отложений Пачкамарского водохранилища, как и наиболее экономический вкгоднкй сырьевой источник с точки зрения их добычи. Минеральные илистые донные отложения Пачкамарского водохранилища представлены алев-ритистыми глинами каолинит-гидрослюдистого состава. В глинистой фракции содержание гидрослюды в них колеблется от 77 до 80%, монтмориллонита - от 7 до 8%, хлорита - от 2 до 4%, каолинита - от 10 до 12% .
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Рисунок 1. Минералогический состав глинистых фракций илов водохранилища
Гранулометрические составы глинистых фракцией проб илистых отложений Пачкамарское, Чим-курганское, Каттакурганское водохранилища, взятых из различных мест, приведены в табл. 1.
Среднее содержание алевритовой фракции в них составляет 37,60%, причём резко преобладает тонкоалевритовая (35,90%). Глинистая фракция колеблется от 44,35 до 82,09%, в среднем 62,32%, а степень дисперсности изменяется от 42,9 до 49,3%, в среднем 46,8%. Содержание песчаной фракции незначительное порядка 0,08%. В целом по гранулометрическому составу минеральные илы можно отнести к средне- и высокодисперсным образованиям: содержание фракции <0,001 мм в них изменяется от 21,87 до 39,72%, в среднем 29,19%. Химический состав илистых донных отложений Пачкамарское, Каттакурганское, Чимкурганское водохранилища в целом обычный для каолинит-гидрослюдистых образований (табл.2.).
По химическому составу глинистые илы приближается природным лессовидным суглинкам. Содержание SiO2 колеблется от 55,04 до 60,06% (в среднем 57,04%), Al2Oз - от 9,62 до 11,44% (в ср. 10,56%), Na2O - 1,59% (в ср.), ^ - 2,44%
(в сред). Относительно повышенное содержание кальция и магния, в среднем 8,77 и 2,13% соответственно, и СО2 - 8,61%, обуславливает их высокую карбонатность - 20,8% (в среднем). Содержание сернистых соединений невысокое - 0,49%, фосфорный ангидрид - 0,25%, оксиды марганца - 0,07%. Постоянными компонентами в илах являются железо и титан. Преобладает железо в оксидной форме - 3,86% Fe2Oз при 0,79% FeO; среднее содержание TiO2 -0,48%. Как было упомянуто выше, пригодность илистых отложений водохранилищ в качестве кирпичного строительного сырья определяется по их технологическим и физико-механическим свойствам.
Судя по показателям табл.3. табл.4. установлено, что илы Пачкамарского, Чимкурганского, Каттакур-ганского водохранилищ, по физико-механическим и технологическим свойствам близки к традиционному лессовому сырью и являются комплексными минеральными сырьевыми материалами, имеющими большими потенциальные возможности для использования в керамической промышленности. В [5] сообщается о проблемах обеспечения качественного керамического сырья в республике Узбекистан.
Таблица 1.
Гранулометрический состав проб глинистых илов
№ проб Содержание фракций ( в мм, %) Глинистая cоставляющая, % Степень дисперсности, % Карбонатность, %
песок Алеврит Глина
0,5-0,25 0,25-0,1 0,1-0,05 0,05-0,01 < 0,01 0,005-1,0 < 0,001
Пвх 0.02 0,08 3,82 35,54 21,17 13,38 25,99 60,54 42,9 21,5
Чвх < 0,02 0,02 0,05 29,20 31,15 12,33 27,22 70,53 38,5 24,0
Квх 0,10 0,15 1,10 30,79 30,61 14,85 22,52 67,98 34,83 21,73
Таблица 2.
Химический состав глинистых илов
№ проб Содержание компонентов, %
SiO2 Fe2Oзобщ FeO TiO2 MnO AhO3 CaO MgO K2O Na2O P2O5 ППП
Пвх 55,04 3,20 0,79 0,45 0,06 9,62 8,40 1,60 2,36 1,56 0,23 11,56
Чвх 47,15 6,22 1,53 0,57 0,08 13,04 11,54 2,36 2,59 0,93 0,09 15,44
Квх 49,63 3,83 1,03 0,74 0,04 11,8 12,95 3,13 2,45 1,12 0,21 14,47
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Таблица 3.
Сравнительная характеристика физико-механических свойств обожженныхобразцов на основе исследуемых глин, илов и лессовидных суглинков
Предел прочности,
Наименование Т оС Огневая Объемная Водопогло- МПа Морозостойкость,
образца обжига усадка, % масса, кг/м3 щение, % При сжатии При изгибе (число циклов)
950 5,41 1550 24,15 10,94 4,68
Пвх 1000 5,65 1580 19,42 11,41 5,48 9-13
1050 6,96 1610 13,92 12,75 6,18
950 6,75 1560 23,13 20,64 4,98
Чвх 1000 6,83 1580 20,32 26,26 5,55 8-11
1050 7,33 1590 18,13 28,49 6,45
950 5,06 1580 20,82 22,89 5,76
Квх 1000 5,21 1690 14,35 24,45 6,30 9-12
1050 7,29 1760 13,68 28,25 7,87
Кроме того, использование илов в производстве керамических кирпичей может дать большой экономический эффект, в связи с заменой ими глинистых сырьевых материалов и решить проблему возврата
Керамико-технологические
площадей плодородных земель в сельскохозяйственный оборот, а также увеличением объёмов чащ водохранилищ.
Таблица 4.
свойства илов водохранилища
№ проб Формовочная влажность, % Пластичность по Аттербергу Воздушная линейная усадка, % Коэффицент чуствительности к сушке, по Чижскому Предел прочности при сжатии, МПа Объемная масса, кг/м3
Пвх 22,25 7,45 4,60 более 180 с 2,71 1660
Чвх 22,15 7,84 5,73 более 180 с 2,79 1660
Квх 21,65 9,01 5,07 более 180 с 2,75 1660
При этом следует отметить, что, при использовании илов водохранилищ, может быть получен кирпич не дающий высолов, так как в регионах При-аралья проблемы высолообразования является актуальным [6].Причиной такого положительного эффекта является тот факт что в исследуемых глинистых илах практически отсутствуют сульфатные соли.
Для научного обоснования процесса получения строительных материалов высокого качества на основе илистых отложений важное значение имеет исследование структурообразования, физико-механических свойств исходного сырья и керамических масс при спекании ил-каолиновой, ил-глинянной, глина-каолиновой и ил-глина-каолиновой композиций различного химико-минералогического состава. Вышеуказанные исходные глинистые илы и каолин, как было показано в представляют собой полиминеральные образования. Влияние компонентов смеси, так же как и примесей, может проявляться различными путями. Они могут при нагревании взаимодействовать с глинистым минералом, могут быть
термически независимыми и могут катализировать процессы, происходящие с глинистым минералом при спекании.
Исходя из этого, в данной статье приводятся результаты исследования спекаемости в двойных и тройных композициях «ил-каолин», «глина-каолин» и «ил-глина-каолин». В качестве сырья использовали аргиллитоподобную глину Пачкамарского месторождения, илы Пачкамарского, Каттакурган-ского и Чимкурганского водохранилищ, а в качестве каолина вскрышной серый каолин Ангренского угольного разреза, являющийся отходом угледобычи.
Керамическая масса на основе двойной композиций «ил-глина» можно отнести к группе масс низкотемпературной спекаемости по ГОСТ 9169-2021. К такой же группе спекаемости следует отнести композиции «ил-каолин» содержащие до 35-40% каолина [3]. Композиции с содержанием каолина более 40% по спекаемости относятся к группе средне- и высокотемпературного спекания.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Таблица 5.
Температуры плавления двойных и тройных композиций на основе ила Пачкамарского вдхр,
глины и каолина
Состав,% Температура плавления, оС
ил Пачкамарского вдхр. Глина Пачкамарского мест-я Каолиновые отходы угольного разреза «Ангренский»
100 - - 1130
- 100 - 1180
- - 100 >1600
25,0 75,0 - 1160
29,0 52,0 19,0 1270
32,0 32,0 36,0 1310
28,0 20,0 52,0 1345
18,0 9,0 73,0 1375
11,0 - 89,0 1390
16,0 22,0 62,0 1368
- 18,0 82,0 1420
На основе данных по температурам плавлений бинарных композиций и внутренних сечений построена диаграмма зависимости температуры плавления от компонентного состава тройных компози-
ций на основе илов Пачкамарского, Чимкурган-ского, Каттакурганского водохранилищ, глины Пачкамарского месторождения и каолиновых отходов угольного разреза «Ангренский».
Таблица 6.
Температуры плавления двойных и тройных композиций на основе ила Чимкурганского вдхр,
глины и каолина
Состав, % Температура плавления, оС
ил Чимкурганского вдхр. глина Пачкамарского вдхр. каолиновые отходы
100 - - 1150
40,0 60,0 - 1165
39,0 45,0 16,0 1234
29,0 21,0 50,0 1330
27,0 15,0 58,0 1355
22,0 9,0 69,0 1386
14,0 - 86,0 1425
20,0 20,0 60,0 1361
- 18,0 82,0 1420
С повышением температуры спекания наблюдается интенсивная усадка, уменьшение водопоглоще-ния и повышение пределов прочности при сжатии и изгибе опытных образцов оптимального состава. С целью установления оптимального режима обжига и интервала спекания предложенных керамических
масс на основе полученных экспериментальных данных (табл. 6) были построены графики зависимости общей усадки, водопоглощения и объемной массы от температуры обжига образцов на основе илов Чимкурганского, Каттакурганского водохранилищ и каолинового отхода.
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Таблица 7.
Температуры плавления двойных и тройных композицийна основе ила Каттакурганского вдхр,
глины и каолина
Состав,% Температура плавления, оС
ил Каттакурганского вдхр. глина Пачкамарского мест-я Каолиновые отходы
100 - - 1190
74,0 26,0 - 1185
56,0 21,0 23,0 1268
32,0 12,0 56,0 1354
22,0 5,0 73,0 1405
19,0 - 81,0 1437
21,0 15,0 64,0 1378
7,0 18,0 75,0 1406
- 18,0 82,0 1420
С повышением температуры спекания наблюдается интенсивная усадка, уменьшение водопоглоще-ния и повышение пределов прочности при сжатии и изгибе опытных образцов оптимального состава. С целью установления оптимального режима обжига и интервала спекания предложенных керамических масс на основе полученных экспериментальных данных были построены графики зависимости общей усадки, водопоглощения и объемной массы от температуры обжига образцов на основе илов Чим-курганского, Каттакурганского водохранилищ и каолинового отхода. (рис.1и рис.2) Из приведённых данных видно, что начиная с температуры 940-950оС наблюдается небольшое повышение значений общей усадки и объемной массы обожженных образцов, а водопоглощение при этом наоборот снижается (II участок). В интервале температур от 990-1000оС до 1050-1080оС (III участок), которые соответствуют интервалу спекшегося состояния исследуемых образцов значения общей усадки, объемной массы и водопоглощения плавно изменяются, а
выше 1050-1080оС в результате вспучивания материала происходит резкое повышение значений общей усадки и водопоглощения, а также снижение объемной массы (IV участок).
Из результатов проведенных исследований следует, что для образцов, содержащих 95% ила Чим-курганского водохранилища и 5% каолиновых отходов интервал спекания составляет 60оС. Увеличение содержания каолинового отхода до 20% приводит к расширению интервала спекания керамической массы до 80оС. Аналогичные явление происходит в керамических массах на основе ила Каттакурганского водохранилища и каолинового отхода угольного разреза «Ангренский». При этом следует отметить, что увеличение содержания каолиновых отходов с 10 до 30% расширяет интервал спекания керамической массы с 70 до 90оС.
Таким образом, введение каолинового отхода угольного разреза «Ангренский в состав илов водохранилищ приводит к повышению интервала спекания полученных керамических масс оптимального состава.
Рисунок 2. Зависимость изменения общей линейной усадки (1), водопоглощения (2) и объемной массы (3) от температуры обжига керамической массы, оптимального состава содержащего 95% ила Чвх и 5% каолина
№ 2 (95)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
февраль, 2022 г.
Рисунок 3. Зависимость изменения общей линейной усадки (1), водопоглощения (2) и объемной массы (3) от температуры обжига керамической массы, оптимального состава содержащего 80% ила Чвх и 20% каолина
Таким образом, на основе проведённых исследований методом спекания при различных температурах у исследуемых илов водохранилищ, Пачкамар-ской глины и каолинового отхода определено, что при обжиге происходит образование минералов анортита, волластонита и муллита. В процессе спекания в образцов композиций «ил-каолин», «ил-глина-каолин» различного состава с увеличением содержания илистых отложений в массах спекание улучшается, в связи с легкоплавкостью минералов илистых отложений водохранилищ. Как видно из показателей табл. 4. наблюдается увеличение предела прочности на изгиб и сжатие испытанных образцов.
Наиболее спеченными оказались образцы из шихт, полученные на основе смесей, содержащих 70-95% илов и 30-5% каолина, Следует отметить, что при постоянном содержании глины, каолина и илов в составе, при повышении температуры нагрева, огневая усадка испытуемых образцов увеличивается, следовательно, происходит значительное повышение механической прочности образцов. Определено, что при введении каолина в шихтовой состав, улучшаются их физико-механические и технологические свойства.
Список литературы:
1. Никитин И.М. Водохранилища Средней Азии. Л.: Гидрометеоиздат, 1991, 164 с.
2. Ходжаев Н.Т., Вировец В.В. Донные минеральные илы водохранилищ - новый вид нерудного сырья. Тезисы научнопрактической конференции. Ташкент, Институт минеральных ресурсов (ИМР), 2001, с. 204-208.
3. Гузман И.Я. Химическая технология керамики. Учеб. пособие для вузов. М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2003. 496 с.
4. Ахмедходжаева И.А., Апакхужаева Т.У., Ибрагимова З. Прогноз потери ёмкости русловых водохранилищ сезонного регулирования Монография Ташкент 2019 36 с.
5. Babayev Z.K. [идр.]. Waste of ceramic brick as a raw material for the production of restoration materials of architectural monuments // Восточно-Европейский научный журнал № 56. 2020. C. 63-66.
6. Lesovik V.S.,Babayev Z.K. [и др.]. Analysis of the Causes of Brickwork Efflorescence in the Aral Sea Region // Glass and Ceramics . 2020. № 7-8 (77). C. 277-279.
