CC BY
11
150
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
УДК 666.646
11 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ5 ПРОТЕКАЮЩИХ ПРИ ОБЖИГЕ* КЕРАМИЧЕСКИХ ОБРАЗЦОВ ИЗ ОТХОДОВ УГЛЕДОБЫЧИ
J! В.Т. Станевич, Б.Ч. Кудрышова, К. Ибрагимов
|| Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова
Жумыста органикалыц заттардьщ жану жавдайындда минералкурылатып ypdicmepdiH зерттелу! мен Kyûdipy режимгн оптимизациялау мацсатымен керамикальщулгшрдщ кую кезшде ететш Щ;: ypoicmep кррастыралады.
В работе приводится исследование процессов, протекающих при обжиге керамических образцов, с целью оптимизации режима обжига и изучения процесса минершюобразования в условиях выгорания органических веществ.
The article deals with the research of processes being the result of roasting the ceramic recovery to optimize firing conditions and study the process of mineral formation in the conditions of organic substances burning out.
Обжиг керамических образцов является основным пределом, влияющим на образование кристаллизационной структуры, физико-механические свойства и качество готовых изделий.
Отходы угледобычи по минеральному составу относятся к каолинито-гид-рослюдистому сырью и отличаются or традиционных глин наличием органического вещества. € целью оптимизации режима обжига и изучения процесса минералообразования в условиях интенсивного выгорания органических веществ проведены исследования по определению характеристик плавкоста, атакже дифференциально-термический, петрографический, дифрактометрический анализы образцов, обожженных при различных температурах.
На нагревательном микроскопе МНО-2 установлены температуры соответствующие деформации образцов, их максимальной усадке и вспучиванию при которой образцы образуют полусферу и переходят в жидко-плавкое состояние
NO4,20Q5г
151
Анализ- подученных данных показал, что начало деформации образцов из аргиллитов наблюдается при 1000-1080 Т. Начало спекания образцов отмечено при 1240-1250 °с, интервал спекания составил 210-230 °С По температуре спекания 1240-1250 °С исследуемые породы можно отнести к группе средне-температурного спекания. При 1450 - 1470 °С наблюдается вспучивание образцов. При исследовании характеристик плавкости, температу ру размягчения, при которой образец превращается в полусферу можно считать показателем огнеупорности пород, так как при этой температу ре еще не происходит плавление образцов. Аргиллиты относятся к группе тугоплавкого сырья с показателем огне\ порности 1500-1580 °С . Жидко-плавкому состоянию аргиллитов соответствует температура 1550-1590 °С
Рисунок' 1 Характеристики плавкости образцов ш вскрышных пород
Анализируя характеристики плавкости аргиллитов разрезов «Степной» и «Майкубенский». следует отметить, что наибольшее изменение структуры образцов происходит при их термической обработке в интервале температур соответствующих деформации при максимальной \садке и максимальном вспучивании. при идентичности процессов спекания для всех горизонтов залегания На основании вышеизложенного молено сделать вывод о целесообразности обжига изделий из аргиллитов до максимальной температуры порядка $75-1025 °с в условиях выгорания органических веществ с образованием, минералов, епоеобствч ющи\ формированию керамического черепка.
Обжиг образцов из отходов угледобычи оптимального фракционного состава производили до максимальной температуры 950. 975 и 1000 °С с интервалом обжига НЮ град/час и изу чали при этом процессы минералообразования (таблица 1).
В образцах обожженных при температуре 450 °С сохраняются неизмененными - кварц, полевые шпаты, оксиды и гидроксиды железа и глинистые минералы. 11о внешнему виду образцы имеют черную окраску в середине и темно-красную по краям, что свидетельствует о начале выгорания органического вещества. Рентгенограммы подтверждают наличие рефлексов кварца, полевых шпатов и глинистых минералов, представленных каолинитом, гидрослюдой и монтмориллонитом .
При обжиге до температуры 550-800 °С на рентгенограммах исчезают рефлексы каолинита, что свидетельствует о дегидратации глинистых минералов и переходе каолинита в метакаолинит. Под микроскопом наблюдаются оплавленные зерна кварца в краевой зоне образцов. Образцы приобретают более
152
НАУКА И ТЕХНИКА КАЗАХСТАНА
плотную структуру Б светлой краевой зоне. В центральной части образцы имеют темную зон\ с повыгоревшим органическим веществом
1 аб.шца I Температурные шпервалы фшико-химическт процессов,, протекающих при обжиге образцов 1« «гаэлов уг. ¡сдобь; чи
Основные фишко-
Температура , °С
химические изменения ]"орй'чонт
+50
Ралрсч «Степной» арболит
Горизонт + 100
1 Ъри;о!П
Ы50
Выделение н илкотем 11сра'; у рно й воды
90-100
90-190
90-200
Разрез
Майку 6§нсклЙ Аргиллит
100-190
Воспламенение и
трение летучих
ко м по не то в горюл си: Вещей ва Выделение ереднетемпературиой ко а си:; чакон 1 ю н ¡к) ды Воспламенение и I о ре! ш в о рт а н ич ее ко IV вещества
250-380
540-620
430-70.0
250-380
480-630
450-780
270-390
520-630
450-790
Выделение
высокотемпературной воды
760-800
'90-400
530-640
480-800
720-810
740-800
пыгоранис вртанинеекоI о вещее] ва
850-950
910-950
920-975
11ачало образования жидкой фалы Криеталлилапия новообразовании с \чае!ием жидкой '¡.шм
860
960-990
910
970-990
930
980-1000
670-730
850-950
840
960-990
! Три температу ре обжига УСЮ °С происходит аморфизация глинистых минералов и появляется жидкая фаза. На рентгенограммах присутствуют рефлексы кварца, полевого шпата и гематита.
При 950 °С образцы представляют собой обожженный черепок с выгоревшей зоной, но при этом присутствует небольшая центральная зона темного цвета с невыгоревшиМ органическим веществом. Зерна кварца полевого шпата оплавлены На рентгенограммах сохраняются рефлексы кварца (ё/п ~ (3.425. 0.334.0,228: (1.212 нм) и полевого шпата
(с!/п - 0.366; 0.1X1: 0:154 нм). Появляются рефлексы гематита
(Л'п."" 0.2.7: 0.22 нм:) и кристобаллита (с1'уп0,251 нм). .
Повышение температуры обжига до 975 СС приводит к .дальнейшему > плот-
№4, 2005 г.
153
нению структуры черепка, сопровождаемое увеличением количества жидкой фазы. Происходит полное выгорание органического вещества и исчезает черная сердцевина. Наблюдаются оплавленные зерна кварца и полевого шпата, в светло-коричневых участках присутствуют кристаллы муллита. На рентгенограммах также фиксируются рефлексы кварца, полевого шпата, гематита, муллита и кристобаляита.
При обжиге образцов до 1000 °С происходит полная аморфизация глинистых минералов, сопровождающаяся дальнейшим увеличением жидкой фазы и уплотнением черепка с уменьшением линейных размеров образцов. Краевая зона образцов имеет светло-коричневую окраску, но остается невыгоревшей сердцевина темного цвета. Это происходит из-за интенсивного спекания краевой зоны, и в центральной зоне из-за ограниченного доступа кислорода не успевает выгорать органическое вещество. На рентгенограммах сохраняются рефлексы кварца, полевого шпата, гематита, муллита и кристобалита.
Таким образом, в результате проведенных исследований изучены процессы образования кристаллизационной структуры образцов из аргиллитов при их обжиге и исследована кинетика выгорания органических веществ с целью оптимизации режимов термической обработки.
