CC BY
54
УДК 541.183
М. С. Клепиков (асп.)1, А. А. Щербаков (асп.)1, В. А. Белевитин (д. т. н., проф., зав. каф.)2 , В. В. Рукавишников (к.х.н., ст. преп)3, В. В. Викторов (д.х.н., проф.)1
Каолины Южного Зауралья — новый источник высококачественного сырья
Челябинский государственный педагогический университет, 1 кафедра химии, 2кафедра автомобилей и автомобильного хозяйства общетехнических дисциплин
454080, Челябинск, пр-т. Ленина, 69; e-mail: viktorovvv.cspu@mail.ru, belevitinva.cspu@mail.ru 3Челябинский государственный университет, кафедра физической химии 454021, г. Челябинск, ул. Братьев Кашириных, 129; e-mail: vladimir_rukavis@mail.ru
M. S. Klepikov1, А. А. Sherbakov1, V. A. Belevitin2, V. V. Rukavishnikov3, V. V. Viktorov1
Kaolin of South Ural - new source of high quality raw materials
1 Chelyabinsk State Pedagogical University
69, Lenin av., Chelyabinsk, Russia, 454080, e-mail: sherbakov_tolik@mail.ru
2 Chelyabinsk State Pedagogical University
69, Lenin av., 454080, Chelyabinsk, Russia, e-mail: belevitinva.cspu@mail.ru 3 Cheliabinsk State University 129, BratievKashirinih Str., 454021, Cheliabinsk, Russia, e-mail: vladimir_rukavis@mail.ru
Физико-химическими методами (рентгено-структурный анализ, дифференциально-термический анализ, масс-спектрометрия, атомно-эмиссионная спектроскопия) исследованы физико-химические свойства и состав каолинов месторождений Южного Зауралья. Для исследования были отобраны пробы каолина-сырца Южно-Ушкотинского, Северо-Ушкотинского и Полигонного месторождений. Установлено, что каолин Южно-Ушкотинского месторождения удовлетворяет требованиям тонкой керамики, Северо-Ушкотинского и Полигонного — требованиям строительной керамики и строительных материалов.
Ключевые слова: Каолин; обогащение каолина; Южно-Ушкотинское месторождение; Севе-ро-Ушкотинское месторождение.
Успешному решению проблемы создания российской сырьевой базы для керамической промышленности должно способствовать своевременное и глубокое научное обобщение всех результатов поисковых, разведочных работ по выявлению и промышленному освоению месторождений каолинов на Южном Урале и Южном Зауралье.
Дата поступления 12.10.11
Chemical composition of the South Ural kaolin was characterized by physical-chemistry methods (X-ray diffraction, differential thermal analysis, mass spectrometry, atomic emission spectroscopy). In order to study selected samples of raw kaolin Ushkotinskogo South, North and polygons Ushkotinskogo fields. It was investigated that the kaolin of the South Ushkotinsky deposit meets requirements of thin ceramics, North Ushko-tinsky and Poligonnogo — to requirements of building ceramics and building materials.
Key words: kaolin; South-Yushkotinsky deposit; North-Yushkotinsky deposit.
В Урало-Мугоджарской каолиноносной провинции находится более 100 месторождений и проявлений каолинов, преимущественно элювиальных.
В Южном Зауралье основные перспективы выявления месторождений высококачественных каолинов связаны с Верхнеиргизким каолиновым районом, в пределах которого относительно хорошо сохранилась площадная
кора выветривания, а среди материнских по-
1
род широко развиты лейкократовые граниты V
Целью данной работы является изучение химического и минерального состава каолинов Южно-Ушкотинского, Северо-Ушкотинского и Полигонного месторождений, изучение их физико-химических и керамических свойств.
Материалы и методы исследования
Для исследования отобрали пробы каолина-сырца Южно-Ушкотинского, Северо-Уш-котинского и Полигонного месторождений.
Химический состав каолина-сырца, представленный в табл. 1, контролировали спектральным методом на приборе АИЬ-3410.
Результаты и их обсуждение
В зависимости от выявленных природных типов, пробы каолина-сырца имеют некоторые различия в химическом составе и содержании породообразующих минералов. Минералогический состав проводили расчетными методами 3, результат представлен в табл. 2. Вариа-
ции химического состава согласуются с соотношениями в каолине-сырце главнейших минеральных компонентов: каолинита, кварца, микроклина и слюды; важнейшими показателями являются также содержание оксидов железа и титана 2.
Для щелочных каолинов характерно повышенное содержание К20 и пониженная величина потери массы при прокаливании. Каолины по плагиогранитам отличаются от каолинов по микроклиновым гранитам несколько более низким содержанием БЮ2, однако содержат заметно больше оксидов А1203 и ТЮ2. Химический состав обогащенных каолинов приведен в табл. 3. Минеральный состав (расчетный) обогащенных проб каолина приведен в табл. 4.
В обогащенном каолине доминируют минералы группы каолинита — смесь изострук-турных разновидностей каолинита с различной степенью структурного совершенства, а также, в подчиненном количестве — галлуазит.
Таблица 1
Химический состав каолина-сырца
Месторождение, № пробы каолина Содержание оксидов, %
БЮ2 | ТЮ2 | А1203 | Ре203 | СаО | МдО | К20 | Ыа20 | ПМПП
Южно-Уш коти некое
1 нормальный 67.59 0.23 22.76 0.41 0.42 0.38 0.67 0.1 1 7.43
2 щелочной 68.50 0.27 19.10 0.49 0.30 0.32 3.67 0.14 7.21
3 нормальный 65.43 0.43 23.20 0.81 0.57 0.34 0.38 0.12 8.72
Ш №1 68.55 0.10 22.56 0.25 0.25 0.36 0.68 0.09 7.05
Северо-Ушкотинское
СУ-14 67.79 0.21 21 .69 0.90 0.44 0.31 0.80 0.10 7.74
СУ-36 71.29 0.12 20.08 0.59 0.44 0.12 0.20 0.10 7.01
СУ-71 72.23 0.31 19.56 0.41 0.49 0.23 0.22 0.04 6.51
Полигонное
П-1 70.90 | 0.08 | 20.55 | 0.81 | 0.35 | 0.31 | 0.46 | 0.06 | 6.48
Журавлиный Лог
КС-ЖЛ 69.11 | 0.22 | 20.71 | 0.50 | 0.20 | 0.20 | 0.33 | 0.14 | 7.70
Таблица 2
Минеральный состав каолина-сырца
Месторождение, Содержание минералов, %
№ пробы каолина Каолинит Кварц Микроклин Слюда Прочие
Южно-Ушкоти некое
1 нормальный 54 49 0.8 1.0 1.8
2 щелочной 45-50 48-52 1-2 1-3 1-2
3 нормальный 30-35 45-48 18-20 1-2 1-2
Ш №1 55-65 30-40 1-2 1-2 1-3
Северо-Ушкотинекое
СУ-14 51.21 39.74 7.83 1.0 1.12
СУ-36 48.79 45.83 4.66 1.0 0.72
СУ-71 46.65 48-61 4,10 1.0 0.64
Полигонное
П-1 48.78 45.14 4.97 1.0 1.21
Журавлиный Лог
КС-ЛЖ 45.0 42.0 5.0 6.0 1.0
Химический состав обогащенного каолина
Месторождение, № пробы каолина Содержание оксидов, %
вЮ2 ТЮ2 А1203 Ре203 СаО МдО К20 Ыа20 ПМПП
Южно-Ушкоти некое
1 нормальный 48.40 0.12 35.90 0.76 0.51 0.34 0.82 0,11 13.04
2 щелочной 51.30 0.13 32.86 0.81 0.28 0.32 3.11 0.14 11.05
й нормальный 48.70 0.85 35.95 0.36 0.21 0.20 0.18 0.12 13.43
Ш №1 48.60 0.12 36.15 0.58 0.24 0.30 0.72 0.09 13.20
Се веро-Ушкоти некое
СУ-14 50.89 0.17 33.80 0.95 0.35 0.46 1.20 0.08 12.10
СУ-36 47.61 0.13 36.50 0.77 0.52 0.10 1.20 0.10 13.07
СУ-71 60.00 0.11 28.87 0.68 0.44 0.17 0.62 0.04 9.07
Полигонное
П-1 57.64 0.15 30.73 0.90 0.35 0.37 1.06 0.08 8.72
Журавлиный Лог
КС-Ж Л 48.29 0.28 36.42 0.81 0.93 0.35 1.20 0.16 1 1.96
Таблица 4
Минеральный состав обогащенного каолина
Месторождение, Содержание минералов, %
№ пробы каолина Каолинит Кварц Микроклин Слюда Прочие
Южно-Ушкотинское
1 нормальный 82-98 3-12 0-4 0-8 0
2 щелочной 64-86 5-12 3-23 0-12 0
Щелочной слюдистый 31-60 10-18 0-42 21-30 0-5
Ш№1 92-94 3-4 0-1 1-3 0
Северо-Ушкотинское
СУ-14 81.55 7.42 9.62 0 1.42
СУ-36 87.61 0.97 10.67 0 0.90
СУ-71 69.26 23.74 6.16 0 0.87
Полигонное
П-1 71.83 18.31 8.61 0 1.26
Журавлиный Лог
КС-ЛЖ 96.80 1.20 0 1.50 0.50
Обогащенный каолин содержит, помимо каолиновых минералов, частицы реликтовых минералов: кварца, микроклина, серицита.
Минеральная оценка коэффициента упорядоченности структуры каолинита по Хинкли составляет в среднем 0.8—0.9, изредка повышается до 1.0—1.2. Присутствующий в виде примеси галлуазит по данным электронной микроскопии имеет преимущественно трубчатую морфологию, понижая значение коэффициента Хинкли. Слюда (серицит), присутствующая в большинстве проб, представлена частично каолинизированным мусковитом (гидромусковитом). Титан в основном обнаружен в форме анатазового лейкоксена.
По содержанию СаО и БЮ2 практически все пробы обогащенного каолина отвечают нормативным требованиям. Содержание водорастворимых солей Са, Mg и Ка ниже допустимых значений.
Проведенные исследования показали, что наиболее дисперсными являются продукты,
выделенные из щелочных каолинов: в них содержание частиц менее 2 мкм варьирует от 35 до 67 %, в то время как для нормальных каолинов — 20—43 %. По видимому, в верхней подзоне профиля выветривания происходит некоторая перекристаллизация каолинита.
Следует отметить, что наибольшая дисперсность характерна для каолинитовых продуктов, выделенных из каолинов по плагиог-ранитам (содержание фракции менее 2 мкм не более 30%). В целом обогащенный каолин можно отнести к умеренно дисперсным материалам. Не исключено, что длительная обработка обогащенного каолина методами, обеспечивающими расщепление по плоскости спайности кристаллов каолинита (деламинизация), может существенно повысить его дисперсность. Показателем, лимитирующим применение обогащенного каолина в производстве тонкой керамики, бумаги и ряда других производств, является его белизна1. Самый высокий показатель белизны у образцов пробы Ш№ 1 —
Керамические свойства каолина
Усадка % Предел прочности, МПа
Месторождение, пробы каолина Порог структурообразования, г/м3 Остаток на сите № 0063,% Влажность формовочная, % Воздушная Огневая Полная В сухом состоянии в обожженном состоянии Водопоглощение, %
Южно-Ушкотинское
каолин-сырец 1.15 50.3 21.8 2.5 5.2 7.6 1.3 26.0 10.1
отмученный 1.12 48.2 25.4 5.3 8.1 11.9 2.1 38.6 12.6
Северо-Ушкотинское
СУ-14 1.11 37.1 28.0 4.9 8.6 13.1 2.3 47.0 13.9
СУ-36 1.18 45.6 23.0 2.3 8.9 11.0 1.7 60.0 18.5
СУ-71 1.30 41.6 22.0 1.0 4.7 5.6 1.0 22.0 8.0
Полигонное
П-1 1.28 41.3 22.5 2.7 5.8 8.4 1.8 29.4 7.1
Журавлиный Лог
КЖФ-1 1.14 53.0 27.0 6.4 11.6 17.2 4.1 56.9 13.7
в пределах 87—88 %. Самый низкий — у пробы П-1, (62%). Огнеупорность каолиновых концентратов довольно высокая — 1755 оС. Концентраты с содержанием К20 более 2% имеют огнеупорность от 1730 оС и ниже. В отношении пластичности обогащенные каолины могут быть отнесены к малопластичному глинистому сырью. Соответственно, они проявляют низкую механическую прочность на изгиб в сухом состоянии с разбросом значений от 0.3 до 2.5 МПа, наиболее часто в пределах 0.6—0.7 МПа (уровень просяновского и глуховецкого каолинов). Керамические свойства проб каолина представлены в табл. 5. Таким образом, по содержанию красящих оксидов железа и титана каолины относятся к высококачественным. По показателям белизны — к высокосортным.
По результатам исследований каолин Южно-Ушкотинского месторождения удовлетворяет требованиям тонкой керамики, Северо-Ушкотинского и Полигонного — требованиям строительной керамики и строительных материалов.
Литература
1. Солодкий Н.Ф., Шамриков А. С., Погребен-ков В. М. Минерально-сырьевая база Урала для керамической, огнеупорной и стекольной промышленности. / Под ред. проф. Г.Н. Масленниковой.— Томск: Аграф-Пресс, 2009.— 332 с.
2. Августиник А. И., Юрчак И. Я. Методы исследования и контроля в производстве фарфора и фаянса.— М.: «Легкая индустрия», 1971.— 432 с.
3. ГОСТ 21216.10-93 Сырье глинистое. Метод определения минерального состава.
