CC BY
28УДК 666.7.127
В.Д. КОТЛЯР, канд. техн. наук, Ростовский государственный строительный университет
Кремнистые опоковидные породы Краснодарского края -
перспективное сырье для стеновой керамики
Современное строительство, несмотря на многообразие строительных материалов, невозможно представить без керамического кирпича. Изобретенный несколько тысячелетий назад он благодаря сочетанию комплекса незаменимых свойств был и остается основой строительства. Несмотря на то что в обозримом прошлом, а именно 20—60 лет назад, стеновая керамика была практически вытеснена из архитектуры, сейчас она переживает очередное возрождение, доказывая право на существование. Основными задачами современной промышленности стеновой керамики являются существенное увеличение объемов выпускаемой продукции, расширение номенклатуры изделий, повышение качества и эффективности производства.
Решение этих задач возможно прежде всего при наличии надежной сырьевой базы. В настоящее время в качестве основного сырья для производства стеновых керамических изделий используются глинистые породы, наибольшее значение среди которых в силу распространенности имеют суглинки. Однако несмотря на это, во многих регионах и особенно в Краснодарском крае промышленность стеновой керамики испытывает трудности именно с сырьем. Большая часть качественного глинистого сырья для получения стеновой керамики уже выработана. Предприятиям приходится использовать сырье, обладающее неудовлетворительными свойствами. Для Краснодарского края характерно то, что месторождения суглинков, как правило, находятся на пахотных землях и в силу генезиса имеют небольшую мощность отложений. Для разработки месторождений требуются большие площади отвода высокопродуктивных пахотных земель, что недопустимо.
Одним из путей расширения сырьевой базы стеновой керамики является использование кремнистых опоковидных пород. Работы, проводимые в Ростовском государственном строительном университете совместно с Южным федеральным университетом, показали, что данные породы являются перспективным сырьем для производства стеновой керамики [1]. Опо-ковидные породы являются одними из самых распространенных плотных разновидностей кремнистых опал-кристобалитовых пород, характерной особенностью которых является наличие аморфного кремнезема и повышенная микропористость. Вещественный состав опоковидных пород изменяется в достаточно широких пределах. Выделяются типичные (нормальные) опоки с небольшим содержанием глинистой составляющей и карбонатов, опоки глинистые, карбонатные, глинисто-карбонатные и т. д. Различные лито-логические разновидности опок объединены общим термином — опоковидные породы.
В Краснодарском крае известны многочисленные крупные проявления и месторождения опок — Губ-ское, Натухаевское, Севастопольское, Шедокское, Ба-
канское и др. Баканское месторождение разрабатывается для нужд цементной промышленности. Наиболее перспективные прогнозные площади опоковидных пород находятся в районе пос. Нижнебаканский, около станиц Гладковской, Натухаевской, Гостагаевской, в междуречьях рек Убин — Афипс, Агой — Шепси, Фюнтв — Большая Лаба [2]. Представлены опоки преимущественно глинистыми, карбонатными, глинисто-карбонатными, алевритовыми разновидностями. Плотные окремнелые опоки встречаются редко. В ли-тологическом отношении часто опоковидное сырье представляет собой мелкоритмичное закономерное переслаивание вышеперечисленных разновидностей мощностью 0,01—0,1 м. Общая мощность опоковид-ных отложений достаточно велика. К примеру, полезная толща Баканского месторождения составляет около 150 м. Общая мощность полезной толщи междуречья Убин — Афипс около 100 м.
Авторами были изучены 18 лабораторно-технологи-ческих проб опок, отобранных на различных месторождениях и крупных проявлениях Краснодарского края. Химический состав изученных проб опок изменялся в достаточно широких пределах, %: ППП — 3,89—17,4; SiO2 - 65,74-81,43; А1203 - 5,92-13,27; Fe2O3+FeO -1,48-4,21; СаО - 0,76-16,45; MgO - 0,28-1,56; SO3 -0,03-0,83; ТЮ2 - 0,1-0,49; К2О - 1,09-2,94; №20 -0,16-0,8. Кремнистая составляющая опок представлена, как правило, опал-кристобалитом (опал-К) или три-димит-кристобалитовым опалом (опал-КТ). Согласно современным представлениям опал-КТ имеет смешанно-слоистую кристобалит-тридимитовую структуру. Глинистые минералы в основном представлены удлиненными пластинками гидрослюд и в меньшей степени монтмориллонитом. Почти всегда в опоках присутствует глауконит в виде округлых бледно-зеленых зерен. Карбонатный материал выражен мелкими раковинами фораминифер (0,02-0,1 мм), внешние стенки которых сложены тонкопластинчатым кальцитом, а внутренние - опалом. Средняя плотность опок в сухом состоянии от 1,21 до 1,54 г/см3. В воде опоки не размокают или размокают при механическом воздействии.
Результаты лабораторно-технологических и полузаводских исследований показали, что опоковидные породы являются перспективным сырьем для производства изделий стеновой керамики с улучшенными тепло-физическими свойствами. Исходя из свойств сырья более приемлемым является полусухой способ прессования изделий и полусухой способ подготовки пресс-порошка. Основными технологическими факторами являются степень измельчения исходного сырья, степень уплотнения сырца и температура обжига.
Для достижения необходимой прочности сырца и свойств готовых изделий зерновой состав измельченного сырья должен характеризоваться наибольшей крупностью частиц 1-2,5 мм. При этом содержание фрак-
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал
34 апрель 2010 *
ций менее 0,3 мм должно составлять более 40%. Сырье, содержащее меньше глинистых минералов, должно подвергаться более тонкому измельчению. Наблюдается четкая зависимость: более тонкое измельчение сырья — выше прочность готовых изделий. Степень уплотнения сырца характеризуется плотностью прессовки в пересчете на сухое вещество. Максимальная уплотняемость определяется варьированием влажности пресс-порошка и давления прессования. При этом необходимым условием является отсутствие дефектов прессования. Формовочная влажность опоко-порош-ков выше, чем у суглинков, и в силу микропористости сырья варьирует в более широких пределах — в среднем от 12 до 22%. Давление прессования изменяется в пределах от 10 до 40 МПа. Существует всегда оптимальная влажность, при которой достигается максимальное уплотнение и соответственно максимальная прочность сырца и обожженных изделий. Обжиг изделий осуществляется при температурах 950—1100оС. Установлены четкие закономерности: чем выше содержание глинистой составляющей в исходном сырье, чем выше степень измельчения сырья и уплотняемость прессовки, тем ниже температура обжига. Варьируя технологические факторы из одного и того же сырья, можно получать изделия с широким диапазоном свойств.
Проведенные лабораторные и заводские исследования позволили разработать несколько вариантов технологических схем производства. На рисунке показан один из вариантов схем, представленный без вспомогательного оборудования и операций. Данная технологическая схема разработана с учетом технико-экономических факторов, прошла промышленную апробацию и внедрена на действующем производстве.
Склад сырья должен быть закрытым и хорошо проветриваемым, так как одной из задач является естественная подсушка сырья. Опоки в силу их микропористости достаточно быстро подсыхают. Должна быть предусмотрена перевалка сырья. Количество сырья в запаснике должен составлять на период работы завода в летнее время не менее 10 сут. Запас на зимнее время должен составлять до 3 мес. Первичное измельчение осуществляется на щековой дробилке до фракции менее 50 мм. Подсушка сырья осуществляется в сушильном барабане. Однако вокруг сушильного барабана обязательно должен быть устроен обводной конвейер; как показал опыт, в теплый период года подсушка сырья практически не требуется. При добыче, транспортировке, хранении происходит интенсивная подсушка сырья. При этом в жаркий период сырье даже пересыхает. Дальнейшее измельчение осуществляется на двух последовательно установленных молотковых дробилках. Каскад дробилок позволяет с помощью их регулировки осуществлять помол до заданного фракционного состава менее 1—2,5 мм. Влажность сырья при измельчении на молотковых дробилках должна быть такой, чтобы свести пыление к минимуму. Поэтому пересушка сырья весьма нежелательна. Молотковые дробилки хорошо измельчают опоковидные породы при влажности до 20%, при этом пыление практически отсутствует. В смесителе происходит частичная грануляция пресс-порошка, при необходимости доувлажнение и ввод добавок.
Как правило, интервал формовочной влажности для отдельных разновидностей опоковидных пород составляет 4—12%. Прессование кирпича может осуществляться как на механических коленно-рычажных прессах (СМ-1085, СМК-503 и др.), так и на гидравлических (А300-С2 и др.). Лучшие результаты достигнуты при прессовании на гидравлических прессах. На них возможно производство как пустотелых (сквозные пустоты до 30%), так и полнотелых изделий. При этом легко ре-
Технологическая схема производства керамического кирпича на основе опоковидных пород
гулируются параметры прессования. На механических прессах удовлетворительные результаты получены только при прессовании пустотелого кирпича (пустотность 8—12%). Предпочтения, безусловно, должны быть отданы пустотелому кирпичу, так как помимо технико-экономических соображений такой кирпич отличается повышенной морозостойкостью. Указанная схема достаточно проста и может быть рекомендована для опоковидного сырья при реконструкции старых заводов и строительстве новых. Немаловажным является тот факт, что данная технологическая линия может быть скомплектована на базе отечественного оборудования.
Авторами разработаны технические условия ТУ 5741-001-55519628-2009 «Кирпич прессованный из кремнистого опоковидного сырья». Производственные испытания подтвердили, что на основе опоковидного сырья вполне возможно получать кирпич с пониженной средней плотностью, высокой прочностью и необходимой морозостойкостью. Карбонатные разновидности опок дают после обжига черепок светлой окраски, что весьма привлекательно для получения лицевого кирпича. Кроме того, опоки могут использоваться как эффективная корректирующая добавка при вводе в глиняные массы для снижения усадки, чувствительности к сушке, снижения средней плотности изделий. Проведенные исследования должны послужить основанием для разработки критериев оценки опоковидных пород при поисковых геологических работах.
Ключевые слова: опока, опал-кристобалит, карбонаты, прессование, прочность.
Список литературы
1. Котляр В.Д., Талпа Б.В. Опоки — перспективное сырье для стеновой керамики // Строит. материалы. 2007. № 2 / Наука. С. 31—33.
2. Агарков Ю.В., Бойко Н.И., Седлецкий В.И. Кремнистые породы Северного Кавказа и перспективы их практического использования. Ростов-на-Дону: Изд-во Рост. ун-та, 1992. 207 с.
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
Я! : ® апрель 2010 35
