CC BY
17УДК 666.7
В.Ю. МЕЛЕШКО, заведующий; Л.Н. МАХЛЕНКОВА, научный сотрудник НИЛ керамических материалов, Государственное предприятие Институт «НИИСМ» (Минск, Республика Беларусь))
Использование белорусских месторождений необогащенных каолинов в производстве керамических изделий
Для исследования были представлены следующие пробы: проба ПЗ-2 каолина Дедовки из куста скважины № 73к1-11 в интервале 36—65 м и проба П3-3 каолина Ситницы из куста скважины № 166к1-35 в интервале 15,5-20,7 м.
Каолин месторождения Дедовка — глинистая порода серо-зеленого цвета с кусковатой отдельностью и шероховатым изломом. Каолин месторождения Ситница представляет собой глинистую породу светло-серого цвета с белыми и черными пятнами, для которой характерна кусковатая отдельность и чешуйчатый излом. Химический состав исследуемых проб данных каолинов представлен в табл. 1.
Для определения качественного состава кристаллических фаз был проведен рентгенофазовый анализ исходных необожженных проб каолинов на дифрактомет-ре типа ДРОН-3 на СиКа-излучении, который показал, что в каолине месторождения Дедовка содержатся каолинит 40—45%, галлуазит 10—15%, кварц 40—45%, кальцит 1—3%; в каолине месторождения Ситница присутствуют такие кристаллические фазы, как каолинит 30—35%, галлуазит 10—15%, иллит 10—15%, кварц 35—40%.
Проведенные физико-химические исследования показали, что каолин месторождения Дедовка относится к группе неспекающегося непластичного полукислого и грубодисперсного глинистого сырья с низким содержанием красящих оксидов, имеет высокую степень запе-соченности и высокое содержание крупнозернистых включений; каолин месторождения Ситница относится
Таблица 1
Наименование месторождения Содержание оксидов, %
SiO2 ^3 1=е203 ТЮ2 Р2О5 СаО МдО SOз Na2O К20 ППП 2
Каолин Ситница 72,31 16,03 2,12 0,49 0,06 0,43 0,83 0,44 0,33 2,82 4,39 100,25
Каолин Дедовка 74,78 15,31 0,63 0,2 0,06 0,43 0,38 0,43 0,2 3,3 3,39 99,68
Таблица 2
Показатели Каолин Дедовка Каолин Ситница
Содержание А1203 в прокаленном состоянии, % 15,9 16,8
Содержание тонкодисперсных фракций, % < 0,01 мм < 0,001 мм < 0,01 мм < 0,001 мм
14,28 5,82 32,24 19,54
Содержание крупнозернистых включений, % 31 26
Содержание Fe2O3 в прокаленном состоянии, % 0,66 2
Пластичность, % 1,33 6,6
Запесоченность, % 59,6 55,75
Содержание карбонатных включений (СаС03+МдС03), % 0,366 1,474
С расширением сырьевой базы производства гранитного щебня в республике возникла необходимость установления возможности использования вскрышных пород гранитов месторождений Дедовка Житко-вичского р-на Гомельской области и Ситница Лу-нинецкого р-на Брестской области. Геологические изыскания показали, что вскрышные породы месторождений гранитов представлены песком и первичными каолинами.
Запасы первичного каолина месторождения Дедов-ка по категориям С^С2 составляют 2023 тыс. т, каолина месторождения Ситница по категориям С^С2 — 2414,9 тыс. т.
........................
т
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
5 10
20
30
40
50
60
70
80
Рис. 1. Рентгеновская дифрактограмма опытного образца заводского состава
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® январь 2010 41
5000 4000 3000 2000 1000 0
г
6000 5000 4000 3000 2000 1000 0
Ч. ;'
О-
5 10 20 30 40 50 60 70 80
5000 4000 3000 2000 1000 0
Чш
5 10 20 30 40 50 60 70 80
чЙ
5 10 20 30 40 50 60 70 80
4000 3000 2000 1000 0
4000 3000 2000 1000 0
]
>к 11
ад ШЫил!
5 10 20 30 40 50 60 70 80
<т\1 [
ш
5 10 20 30 40 50 60 70 80
Рис. 2. Рентгеновские дифрактограммы опытных образцов алюмосиликатного огнеупора, содержащих: а - 20%, б - 30% и в - 40% каолина месторождения Ситница; г - 20%, д - 30% и е - 40% каолина месторождения Дедовка
к группе неспекающегося малопластичного полукислого и низкодисперсного глинистого сырья со средним содержанием красящих оксидов, также имеет высокую степень запесоченности и высокое содержание крупнозернистых включений. Показатели физико-химических исследований представлены в табл. 2.
Как видно из результатов исследования, по своим физико-химическим показателям данные первичные каолины в природном виде не могут быть использованы для производства таких керамических изделий, как фарфоро-фаянсовые, электротехнические и санстройфаянс, из-за высокой степени запесочен-ности, содержания красящих оксидов и отсутствия требуемых технологических свойств (пластичность, спекаемость).
В связи с этим первичные каолины месторождений Дедовка и Ситница подвергали мокрому обогащению (промывка через сито № 0063) и отбеливанию (химическое обогащение). После чего вновь были проведены физико-химические исследования каолинов: химический анализ, содержание тонкодисперсных фракций, количество красящих оксидов, пластичность. Результаты представлены в табл. 3, 4.
Полученные данные показывают, что и обогащенные каолины месторождений Дедовка и Ситница»по
содержанию А1203 и Ре203 не соответствуют требованиям ГОСТ 21286—82 «Каолин обогащенный для керамических изделий. Технические условия», тем более что выход полезного продукта (концентрата) после обогащения составил: для каолина Дедовки — 40%, для каолина Ситницы — 32,8%, что является экономически нецелесообразным.
Так как первичные каолины месторождений Дедовка и Ситница на основании полученных данных в природном виде и после обогащения непригодны для производства фарфоро-фаянсовых и электротехнических изделий, было принято решение опробовать представленные каолины в качестве добавки к основному сырью для производства керамической плитки и производства алюмосиликатных огнеупоров.
Для установления возможности использования первичных каолинов Дедовки и Ситницы в качестве сырьевой добавки были проведены лабораторно-технологи-ческие исследования и изготовлены опытные образцы керамических плиток для внутренней облицовки стен (полов) и опытные образцы алюмосиликатного огнеупора (шамотного).
При изготовлении опытных образцов керамических плиток за основу были взяты составы масс и технология изготовления, используемые на ОАО «Березастройма-
Таблица 3
Наименование месторождения Содержание оксидов, %
бЮ2 А!203 Fe2Oз ТЮ2 Р2О5 СаО МдО БОэ Na2O К2О ППП 2
Каолин Ситницы 51,68 31,26 1,97 0,82 0,12 0,41 0,92 0,52 0,24 1,64 10,57 100,2
Каолин Дедовки 55,79 29,33 1,09 0,58 0,12 0,4 0,41 0,18 0,13 2,49 9,57 100,09
Таблица 4
Показатели Каолин Дедовки Каолин Ситницы
Содержание А!2О3 в прокаленном состоянии, % 32,6 35,1
Содержание тонкодисперсных фракций, % < 0,01 мм < 0,001 мм < 0,01 мм < 0,001 мм
51,5 21,38 69,38 41,58
Содержание Fe2O3 в прокаленном состоянии после мокрого обогащения, % 1,2 2,2
Содержание Fe2O3 после химического обогащения, % 0,85 0,91
Пластичность, % 6,1 11,6
5 10
20
30
40
50
60
70
80
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
42 январь 2010 *
Таблица 5
Показатели Заводской состав Содержание, %
Образцы плиток для внутренней облицовки стен
Каолин Дедовки Каолин Ситницы
20 30 40 50 20 30 40 50
Усадка огневая, % 1 2 2,4 2,4 2,7 1,9 2,2 2,3 2,8
Водопоглощение, % 15,7 15,8 16,2 16,6 16,7 17,5 16,8 16,5 16,5
Прочность при изгибе, МПа 15,5 18,7 18,5 16,7 16 15,9 16,2 17,5 17,6
Образцы плитки для пола
Усадка огневая, % 5,6 1,3 1,5 1,7 2,6 1,6 1,8 2,2 3,6
Водопоглощение, % 2,5 0,1 0,5 1,5 2,1 2,8 1,2 1 0,7
Прочность при изгибе, МПа 36,2 36,2 31,2 30,5 27,1 24,3 31 33,3 37,2
Таблица 6 Таблица 7
Индекс
Условная концентрация, %
Химическая формула кристаллической фазы
образца (муллит) SiC (карбид кремния) а^Ю2 (а-кварц) SiO2 (кристобалит)
К 26,6 13,3 14 7,6
2С 24 19,6 25,6 20,7
3С 31,4 19,9 11 2
4С 29,7 48,2 18,6 3,5
2D 24 25,9 12,5 6,3
3D 15,1 37,8 10,6 2,9
4D 29,3 42,4 15,8 3,3
Индекс образца Содержание А1203, % Содержание SiO2, % Пористость открытая, % Предел прочности при сжатии, МПа
К 34,41 62,33 28,3 18,2
2D 31,99 64,6 25,9 26,7
3D 39,92 56,56 25,5 25,5
4D 32,77 63,43 24,4 24,
2С 31,79 64,55 26,7 16,9
3С 27,76 69,36 26,1 15,7
4С 30,78 65,85 25,6 15,3
териалы» (Брестская обл.). Сырьевые шихты составляли на основе заводской рецептуры с заменой на каолины Дедовки и Ситницы глины ДНПК (Украина) от 20 до 50%.
Проведены испытания на водопоглощение и прочность при изгибе готовых опытных образцов плиток на соответствие требованиям технических нормативных правовых актов (ТНПА) для керамических плиток для внутренней облицовки стен и для полов. Результаты испытаний представлены в табл. 5.
При изготовлении опытных образцов алюмосили-катного огнеупора за основу был взят состав шихты для шамотного огнеприпаса и технология изготовления, применяемые на ОАО «Минский фарфоровый завод» с заменой Просяновского обогащенного каолина в количестве от 20 до 50% на исследуемые каолины.
Так как шамотным огнеупорам присуще жидкофаз-ное спекание, в результате которого формируется структура огнеупора, представленная кристаллическими фазами (муллитом и кварцем) и стеклофазой сложного состава, для определения состава и количественного соотношения кристаллических фаз на дифракто-метре типа Вгикег (Германия) на СиКа-излучении проведен рентгенофазовый анализ образцов алюмоси-ликатного огнеупора заводского состава и опытных образцов, содержащих каолины Ситницы и Дедовки. Рентгеновские дифрактограммы приведены на рис. 1, 2. Результаты качественного и количественного анализа приведены в табл. 6.
На обожженных образцах определяли физико-химические показатели: содержание А1203 и SiO2, открытую пористость, предел прочности при сжатии (табл. 7). Для определения содержания А1203 и SiO2 проводили энер-
годисперсионный микрорентгеноспектральный анализ на электронном микроскопе «JEOL» JSM — 5610 ЦУ (Япония), оснащенном приставкой ED JED-2201.
Согласно данным результатам испытаний, приведенным в табл. 5 и 7, опытные образцы керамической плитки и алюмосиликатного огнеупора соответствуют СТБ 1354—2002 «Плитки керамические для внутренней облицовки стен. Технические условия», ГОСТ 6787—2001 «Плитки керамические для полов. Технические условия» и ГОСТ 390—96 «Изделия огнеупорные шамотные и полукислые общего назначения и массового производства. Технические условия». Таким образом, первичные каолины месторождений Дедовка и Ситница могут быть использованы в качестве сырьевой добавки в производстве керамической плитки и алюмосиликатного огне-упора.
При изготовлении керамической плитки в составе шихты можно заменять до 50 % привозной глины на местные первичные (необогащенные) каолины месторождений Дедовка и Ситница. При производстве огнеупоров (капселя) на ОАО «Минский фарфоровый завод» привозной обогащенный каолин также может быть заменен до 50% на местные первичные (необогащенные) каолины месторождений Дедовка и Ситница.
Полученные результаты физико-механических испытаний позволяют рассматривать первичные каолины месторождений Дедовка и Ситница как промышленно-перспективные.
Ключевые слова: каолин, месторождение, керамическая плитка, огнеупоры.
научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® январь 2010 43
