CC BY
31
3. Карасев К.И., Ябко Б.М. Силикатные и цементные краски в отделке зданий. М.: Стройиздат, 1966. - 72с.
4. Климова Е.А., Барщевский Ю.А., Жилкин И.Я. Силикатные краски (получение, свойства и применение). - М.: Издательство литературы по строительству. -1968. -86с.
5. Хичерович М.И. и др. Строительные материалы. М.: Стройиздат, 1970.- 367с.
6. Агафонов Г.И., Одоляницкая В.С., Ицко Э.Ф. и др. Неорганические покрытия на основе растворов силикатов щелочных металлов // Лакокрасочные материалы. - 1985, -№4. - С. 44-48.
7. Китайчик Ф. Силикатные фасадные краски: состав и строение // Лакокрасочные материалы и их применение. 2008, №5.
- С.22-28.
8. Zubitlewicz M., Gnot W. Антикоррозионные лакокрасочные материала нового поколения // Лакокрасочные материалы и их применение. 2005, №6. - С.7-11.
9. Королькова Н.Е. Фасадні органосилікатні фарби на основі модифікованого натрієвого рідкого скла // Хімічна промисловість України, 2004. - №3. - С. 3- 5.
------------------□ □--------------------
Наведено особливості складу та властивостей каоліну KICK-2 (Німеччина), показано можливість його використання для регулювання характеристик коагуляцій-ного структуроутворення, плинності та литтєвих властивостей водних систем, що застосовуються в технології кераміки
Ключові слова: каолін, суспензія, структура коагуляційна,властивості
□---------------------------------□
Приведены особенности состава и свойств каолина KICK-2 (Германия), показана возможность его применения для регулирования характеристик коагуляционного структурообразования, текучести и литейных свойств водных систем, используемых в технологии керамики
Ключевые слова: каолин, суспензия, структура коагуляционная, свойства
□ □
Particular composition and properties of kaolin KICK-2 (Germany), the possibility of its application for regulatory characteristics of coagulation structure, fluidity and casting properties of water systems, which are used in the ceramic technology is given
Key words: kaolin, clay slip, coagulation structure, properties ----------------------□ □---------------------------
УДК 666.596:691.261.2:544.778.3
КАОЛІН KICK-2 ЯК ФАКТОР ВПЛИВУ НА ТЕХНОЛОГІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ТА СТРУКТУРОУТВОРЕННЯ СУСПЕНЗІЙ
В . Г . С а л ь н и к
Кандидат технічних наук, генеральний директор ЗАТ «Славутський комбінат «Будфарфор», вул. Дзержинського, 122, м. Славута, Хмельницька
область, Україна, 30002 Контактний тел.: (03842) 2-22-41 E-mail: valeriy.salnik@budfarfor.com.ua
Л . П . Ч е р н я к
Доктор технічних наук, старший науковий співробітник,
професор
Кафедра хімічної технології композиційних матеріалів Національний технічний університет України «Київський
політехнічний університет» пр. Перемоги, 37, м. Київ, Україна, 03056 Контактний тел.: 067-298-57-75 E-mail: lpchernyak@ukr.net
Вступ
Модернізація технології та обладнання в виробництві санітарної кераміки [1,2] пов’язана із ство-
ренням нових складів мас, розширенням сировинної бази з урахуванням досвіду провідних компаній-ви-робників [3,4]. Застосування нової для вітчизняних підприємств сировини, в тому числі каолінів, потребує
З
поглибленого вивчення її впливу на процес структуроутворення та технологічні властивості водних глинистих систем - шлікерних мас для литва виробів, що стало предметом нашої роботи.
Хіміко-мінералогічний склад дослідних сумішей каолінів
Основними об’єктами дослідження (табл. 1) стали суміші 1С збагачених каолінів Просянського і Глухо-вецького родовищ України, що широко застосовується в виробництві санітарної кераміки та 10С із введенням каоліну німецької компанії АтЬе^ег Kaolmwerke (А^) типу КІСК-2 [5].
За хімічним складом (табл. 2) суміш збагачених каолінів 10С відрізняється від 1С суттєво більшим вмістом лужноземельних оксидів CaO+MgO (0,55 проти 1,36 мас.%).
Таблиця 1
Склади дослідних сумішей каолінів
Каолін Вміст компонентів (мас. %) в дослідних системах
1С 10С 12С
просянський КС-1 50 - -
глуховецький КС-1 50 50 -
КІСК-2 - 50 100
Таблиця 2
Хімічний склад сумішей каолінів
Код суміші Вміст оксидів, мас.%
SiO2 АІ2О3 Fe2Oз СаО MgO №20 к2о
1С 45,98 35,64 0,57 0,92 0,44 0,65 0,50
10С 49,14 34,60 0,34 0,34 0,21 0,48 1,44
12С 51,07 32,98 0,35 0,35 0,20 0,33 2,40
За мінералогічнм складом суміш 10С відрізняється від 1С зменшенням вмісту каолініту, гідрослюди та кальциту при суттєвому включенні польового шпату в вигляді мікрокліну (табл. 3).
Таблиця 3
Мінералогічний склад сумішей каолінів
Као- лін Вміст породоутворюючих мінералів, мас. %
као- лініт кварц мікро- клін гідро- слюда каль- цит гідро- ксиди заліза ру- тіл
1С 85,0 4,5 - 4,25 1,65 0,65 0,95
10С 81,30 5,75 7,1 2,0 0,6 0,4 0,85
12С 75,9 7,0 14,2 - 0,6 0,4 0,4
Згідно кваліфікації ДСТУ Б В.2.7-60-97, по дисперсності суміш 1С за вмістом 53,01 мас.% тон-кодисперсних частинок фракцій < 0,001 мм належить до групи середньодисперсних, а за загальним вмістом 88,82 мас.% частинок фракцій < 0,01 мм - до високодисперсних (табл. 4).
Таблиця 4
Дисперсність сумішей каолінів
Код суміші Вміст (%) с фракцій частинок (мм)
1,00-0,06 0,06-0,01 0,01-0,005 0,005-0,001 менее 0,001
1С 0,29 10,92 8,93 26,88 53,01
10С 0,17 24,97 17,38 26,92 30,11
12С 0,18 38,17 25,35 25,05 11,25
Проба каоліну КІСК-2 (12С) за вмістом 11,2 мас.% тонкодисперсних частинок фракцій < 0,001 мм належать до групи грубодисперсних, а за загальним вмістом 61,65 мас.% частинок фракцій < 0,01 мм - до середньодисперсних.
Відповідно суміш 10С за вмістом 30,11 мас.% тон-кодисперсних частинок фракцій < 0,001 мм належать до групи низькодисперсних, а за загальним вмістом 74,41 мас.% частинок фракцій <0,01 мм - до середньо-дисперсних.
Коагуляційна структура водних систем каолінів
Проведений нами аналіз дозволив виявити особливості деформаційних процесів, що характеризують коагуляційне структуроутворення водних систем дослідних сумішей каолінів [6-8].
Встановлено (табл. 5), що суспензії КІСК-2 і просянського КС-1 при однаковій концентрації дисперсної фази С = 50-51 мас.% та вологості за розвитком швидкої еластичної є0’, повільної еластичної є2’ та пластичної Єі’т деформацій відносяться до ^-го структурно-механічного типу, коли Єі’т > Є0’> є2’, проте існує суттєва різниця в кількісних значеннях та співвідношенні різновидів деформації.
Таблиця 5
Структурно-механічні характеристики суспензій каолінів
Каолін (воло- гість, мас.%) модуль швид- кої елас- тичної дефор- мації Еі'10-4, Па модуль повіль- ної елас- тичної дефор- мації Е2 '10-4, Па умов- на ста- тична межа плин- ності Рк1, Па найбільша пластична в’язкість П1'10-2, Па'с елас- тич- ність X ста- тич- на плас- тич- ність Ркм02 \-1 період істинної релаксації 01, с умовний модуль деформації ЕЄ' 10-3, ерг/ см3
Гл.КС-1: (50,0) 12,82 34,30 14,42 13,00 0,27 1,11 1393,1 1,14
(62,0) 49,70 30,00 2,3 7,41 0,62 0,31 396,1 0,74
Пр. КС-1 (50,0) 84,54 102,0 8,94 14,34 0,45 0,62 310,2 1,39
У ^ 16 12,35 34,97 4,20 7,21 0,26 0,59 789,7 0,67
10С (53,0) 9,95 45,8 7,9 10,0 0,18 0,79 1223,0 0,89
(60,0) 24,21 40,2 1,60 6,9 0,38 0,38 456,7 0,66
КІСК-2: (51,0) 17,3 56,3 3,4 7,10 0,24 0,48 536,5 0,63
Е
Водна система КІСК-2 відзначається більшим розвитком швидкої еластичної деформації є0’ (1,16 ■ 108 проти 0,24■ 108), повільної еластичної деформації є2’ (0,36 108 проти 0,20 108) та значно більшим розвитком пластичної деформації Єі’т (28,17 ■ 108 проти 14,39■ 108) при коефіціенті стійкості Ку = Є0’/С (0,08 проти 0,03).
В випадку КІСК-2 зростає період істинної релаксації (536,5 проти 310,2 с). суттєво зменшуються еластичність (0,24 проти 0,45) і умовний модуль деформації ЕЄ.
При концентрації дисперсної фази С=40 мас.% і вологості суспензії суміші 1С просянського і глухо-вецького каолінів і 10С із заміною просянського КС-1 на КІСК-2 також характеризуються розвитком деформацій, що відповідає І^му структурно-механічного типу, коли Єі’т > є0’ > є2’, проте існує певна різниця в кількісних значеннях та співвідношенні різновидів деформації.
Водна система 10С відзначається суттєво меншим розвитком швидкої еластичної деформації є0’ (0,83 108 проти 1,62 108) і коефіціентом стійкості Ку = Є0’/С (0,07 проти 0,14), дешо меншим розвитком повільної еластичної деформації є2’ (0,50 108 проти 0,57 ■ 108), дешо більшим розвитком пластичної деформації Єі’т (28,98108 проти 27,74 108).
В випадку 10С суттєво зростає еластичність (0,38 проти 0,26) і зменшуються період істинної релаксації (456,7 проти 789,7 с).
Структурно-механічними факторами зменшення стійкості глинистих суспензій є зменшення найбільшої пластичної в’язкості т|1, періоду істинної релаксації 0і та збільшення статичної пластичності. Згідно з цим, за більшістю цих факторів, при рівній концентрації дисперсної фази та вологості, суспензія суміші 10С має меншу кінетичну стійкість, ніж 1С.
Із збільшенням концентрації дисперсної фази до 47 мас.% при зменшенні вологості суміші 10С має місце розвиток швидкої еластичної деформації (2,01 108 проти 0,83 108), що свідчить про зростання в водній системі каолінів найбільш міцних контактів частинок типу кут-кут, кут-ребро, ребро-ребро. В той же час незначне зменшення повільної еластичної деформації (0,44 108 проти 0,50108) вказує на відносну стабільність контактів частинок типу площина-кут, площина-ребро, площина-площина.
Одночасно значно зменшується пластична деформація (19,99108 проти 28,98 108), що пов’язується з підвищенням стійкості (0,19 проти 0,07) та погіршенням плинності суспензії.
При цьому зростає умовний модуль деформації ЕЄ (0,89 10-3 проти 0,66 10-3), що свідчить про зміцнення коагуляційної структури за рахунок збільшення числа і контактів частинок в одиниці об’єму.
Як свідчать результати аналізу реологічних властивостей (табл. 6) суспензія КІСК-2 при однаковій концентрації дисперсної фази С = 50-51 мас.% та вологості відрізняється від і просянського КС-1 меншими показниками умовної динамічної межі плинності Рк2, найменшої пластичної (бінгамівської) в’язкості ПтХ і динамічної пластичності за Воларовичем Ч*.
При цьому відповідно до меншої в’язкості птХ суспензія КІСК-2 має ліпшу плинність (6,25 проти 4,33).
з...................................................
При однаковій концентрації дисперсної фази С=40 мас.% і вологості суспензія суміші 10С із заміною просянського КС-1 на КІСК-2 також відрізняється від 1С меншими показниками Рк2, птХ і динамічної пластичності за Воларовичем Ч*. При цьому відповідно до зменшення в’язкості птХ суспензія 10С має більшу плинність (10,20 проти 6,13).
Із ростом концентрації дисперсної фази до 47 мас.% при зменшенні вологості суміші 10С має місце збільшення показників Рк2, птХ, ^ та зменшення плинності.
Таблиця 6
Реологічні показники суспензій каолінів
Каолін (вологість, мас.%) умовна динамічна межа плинності Рк2, Па найменша пластична в’язкість ПтХ 10-2, Па-с динамічна пластичність ^ 104, с-1 плинність 1/ пхт -102
Гл. КС-1: (50,0) 105,0 0,256 4,10 3,91
(62,0) 46,2 0,150 3,08 6,66
Пр. КС-1 (50,0) 178,8 0,231 7,74 4,33
1С (60,0) 64,51 0,163 3,95 6,13
10С (53,0) 47,5 0,173 2,75 5,78
(60,0) 22,4 0,098 2,29 10,20
КІСК-2 (51,0) 42,0 0,160 2,62 6,25
Технологічні властивості суспензій сумішей каолінів
Проведений нами аналіз водних систем сумішей каолінів дозволив виявити залежність технологічних властивостей від складу і кількісного спів- відношення компонентів, при цьому отримані результати тестувань погоджуються з викладеним вище аналізом структурно-механічних і реологічних властивостей (рис. 1).
Очевидно, що суспензія каоліну КІСК-2 відрізняється від 1С параметрами кінетики процесу розрідження і досягає рівної плинності при суттєво більшій концентрації дисперсної фази і меншій вологості. Відповідно з цим водна система суміші 10С із заміною просянського КС-1 на КІСК-2 досягає технологічної плинності при меншій вологості.
Проведені тестування литтєвих властивостей показали (табл. 7, 8), що за рівними показниками вихідної густини та вологості суспензія суміші 10С у порівнянні з 1С відрізняється ліпшою плинністю та меншим ступенем загусності, а відливки 10С в гіпсові форми або під тиском через однаковий час характеризуються при дещо більшій концентрації дисперсної фази (Сдф) значно більшою її масою (Мдф), що пов’язується з різною істинною густиною просянського КС-1 і КІСК-2.
I
SO 55 60 65 70 75 W.iiac.%
Рис. 1. Залежність плинності від вологості суспензій ^«-2 (а), сумішей 10С (в) і 1С (с)
Таблиця 7
Литтєві властивості суспензій каолінів
Код проби Плинність, с (віскозиметр Енглера) Коефі- ціент загус- ності Концентрація та маса дисперсної фази при литві в гіпсовій формі (через 10 хв.) Концентрація та маса дисперс-ної фази при литві під тиском (через 15 хв.)
через 30 с через 30 хв. Сдф, мас. % Мдф, г Сдф, мас. % Мдф, г
1с 7,0 l0,0 l,43 67,0 48,6 70,5 77,6
10с 5,0 5,5 l,l0 67,2 85,8 7l,2 l27,7
KICK-2 4,0 4,0 l,00 65,2 80,2 67,6 l7l,l
Зменшення вологости відливки та підвищення інтенсивності фільтрації суспензії 10С у порівнянні з 1С більш суттєво проявляється при литві під тиском, при цьому за вказаними факторами суміш 10С переважає КІСК-2.
Таблиця В
Інтенсивність фільтрації суспензій при литві
Код проби Гус- тина сус- пен- зії, г/см3 Бологість, мас.% Зменшення вологості, % Інтенсив-ність філь-трації, % на l хв.
ви- хід- на сус- пен- зія відливка
вра під тис- ком , Я L вра під тис- ком гіп- сова форма під тис- ком
іс l,32 60,0 33,0 29,5 27,0 30,5 2,70 2,03
l0C l,34 60,0 32,8 28,8 27,2 3l,2 2,72 2,08
KICK-2 l,30 6l,0 34,8 32,4 26,2 28,6 2,62 l,9l
Висновки
1. Введення KICK-2 до суміші каолінів, що застосовують в масах для виробниц-тва санітарної кераміки, суттєво впливає на хіміко-мінералогічний склад (підвищує вміст лужних оксидів і польового шпату, зменшує вміст каолініту) і дисперсність (зменшує вміст тонкодисперсних частинок < 0,001 мм).
2. Коагуляційна структура суспензії 10С з каоліном KICK-2 при однаковій вологості відрізняється від суміші 1С вітчизняних каолінів типу КС-1 меншими показниками статичної Pk1 та динамічної Рк2 межі плинності, шведівської г|і і бінгамівської nmx в’язкості, періоду релаксації 91 та кінетичної стійкості.
3. Водна система суміші 10С розріджується при більшій за суміш 1С концерн-трації дисперсної фази і досягає необхідної технологічної плинності 5-8 с при меншій вологості 52,0-54,0 проти 60,0-62,0 мас.%.
4. Литтєві властивості суспензії 10С при однаковій вихідній вологості перева-жають суспензію KICK-2 за інтенсивністю фільтрації в гіпсовій формі або під тиском, а від суспензії 1С відрізняються меншою загусні-стю та більшою масою відливки, що вказує на можливість інтенсифікації технології формування кераміки литвом при застосуванні каоліну KICK-2.
Література
1. Сальник Б.Г., Мочурад Б.Б. Совершенствование технологических процессов производства санстройизделий на ЗАО»Славут-
ский комбинат «Будфарфор» // Збірник Будівельні матеріали, вироби та санітарна техніка. - 2008. - № 3 (30). - С. 8l - 84.
2. Сальник Б.Г., Свідерський Б.А., Черняк Л.П. Питання виготовлення санітарної кераміки литвом під тиском // Харків: Бос-
точно-Европейский журнал передовых технологий. - 2008. - № 3/l (33). - С. 72 - 76.
3. Fiebiger W. New developments of clay components for high pressure casting bodies for sanitaryware // International Ceramics Journal.
- l997. - Vol. XV. - N 5.
4. Михалев Б.Б., Бласов А.С. Каолины для производства санитарно-технических изделий // Стекло и керамика. - 2006. - № 9.
- С. l7-2l.
5. Schwerdtner G., Anger H., Storr M. Kaolin Kemmlitz // Free State of Saxony: Saxony State Office for Environment and Geology - 2006.
6. Круглицкий Н.Н. Физико-химические основы регулирования свойств дисперсий глинистых минералов. - К.: Наукова думка,
l968. - 320 с.
7. Физико-химическая механика дисперсных минералов. Под общ. ред. Круглицкого Н.Н. / Ничипоренко С.П., Круглицкий Н.Н.,
Панасевич А.А., Хилько Б.Б. - К.: Наукова думка, l974. - 246 с.
8. Ходаков Г.С. Реология суспензий. Теория фазового теченияи и ее экспериментальное обоснование // Рос. хим. ж. (Ж. Рос. хим.
об-ва им. Д.И. Менделеева),. - 2003. - т. XLVII - № 2. - С. 33 - 44.
€
