Научная статья на тему 'Особенности применения аргиллитовых вскрышных пород угледобычи для производства керамических стеновых материалов'

Особенности применения аргиллитовых вскрышных пород угледобычи для производства керамических стеновых материалов Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
252
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
АРГИЛЛИТОВЫЕ ВСКРЫШНЫЕ ПОРОДЫ / КЕРАМИЧЕСКАЯ МАССА / УГЛИСТЫЕ ВЕЩЕСТВА / ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / ВЫДЕЛЯЕМЫЕ ГАЗЫ / ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЙ ОБЖИГ / ВЮСТИТ / СТЕКЛОФАЗА / ПРОЧНОСТЬ / ARGILLITE OVERBURDEN ROCKS / CERAMIC MASS / CARBONACEOUS SUBSTANCES / TECHNOLOGICAL PROPERTIES / EMITTED GASES / REDUCING FIRING / WUSTITE / GLASS PHASE / STRENGTH

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Кара-Сал Борис Комбуй-Оолович, Чюдюк Сергей Алексеевич, Иргит Байлак Борисовна

Даны особенности физико-механических свойств, химического и фазового составов аргиллитовых вскрышных пород угледобычи как потенциального сырья для производства керамических стеновых материалов. Отмечается, что несмотря на уплотненное камневидное состояние после механической обработки из фракции размером частиц менее 0,31мм возможно получение пластичной массы, способной формоваться без дефектов, что связано с наличием тонкодисперсных глинистых частиц и органических веществ. Выявлено, что присутствующие в шихте песчаные и пылеватые частицы угля при приготовлении массы и формовании изделий выступают как отощители, что способствует не только быстрому удалению влаги при сушке, но повышает внутреннюю энергию шихты с интенсивным и равномерным спеканием массы с протеканием восстановительного обжига. Установлено, что при обжиге углесодержащих керамических масс в области высоких температур (800-1100°С) внутри черепка присутствуют восстановительные газы СО и Н2 как продукты разложения и окисления органических составляющих. Из-за наличия Н2 и СО в газовой среде, оксиды железа переходят в активную закисную форму, которая участвует в образовании железистой стеклофазы, интенсифицирующей спекание керамической массы при значительном накоплении жидкой фазы, что повышает прочность керамических изделий. Показано эффективное использование заключенной в сырье внутренней энергии для разработки энерго- и ресурсосберегающей технологии производства керамических стеновых материалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Кара-Сал Борис Комбуй-Оолович, Чюдюк Сергей Алексеевич, Иргит Байлак Борисовна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

SPECIFIC FEATURES OF APPLICATION OF ARGILLITE OVERBURDEN ROCKS OF CARBON MINING FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC WALL MATERIALS

The peculiarities of physic-mechanical properties, chemical and phase compositions of argillite overburden rocks of coal mining as potential raw materials for the production of ceramic wall materials are given in the paper. Despite the compacted stone-like structure and due to the presence of fine clay particles and organic substances, it is possible to obtain a plastic mass capable of forming without defects after machining it from a fraction with a particle size of less than 0.31 mm. It was revealed that sandy and dusty coal particles present in the mixture during preparation of the mass and molding of the products act as cleaners which contributes not only to the rapid removal of moisture during drying but also increases the internal energy of the mixture with intensive and uniform sintering of the mass with the course of reduction firing. Besides, it was revealed that when firing carbonaceous ceramic masses, in the areas with high temperature (800-1100 °C), there were reducing gases CO and H2 inside the shard as products of decomposition and oxidation of organic components. Due to the presence of H2 and CO in the gaseous medium, iron oxides pass into an active acidic form which is involved in the formation of a glandular glass phase, which intensifies the sintering of the ceramic mass with significant accumulation of the liquid phase, which increases the strength of ceramic products. The effective use of internal energy contained in raw materials for the development of energy and resource-saving technology for the production of ceramic wall materials is shown.

Текст научной работы на тему «Особенности применения аргиллитовых вскрышных пород угледобычи для производства керамических стеновых материалов»

УДК 666.3

doi 10.24411/2221-0458-2020-10030

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АРГИЛЛИТОВЫХ ВСКРЫШНЫХ ПОРОД УГЛЕДОБЫЧИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ СТЕНОВЫХ

МАТЕРИАЛОВ

Kapa-Can Б.К., Чюдюк С.А., Иргит Б.Б.

Тувинский государственный университет, г. Кызыл

SPECIFIC FEATURES OF APPLICATION OF ARGILLITE OVERBURDEN ROCKS OF CARBON MINING FOR THE PRODUCTION OF CERAMIC WALL MATERIALS B.K. Kara-Sal, S.A. Chyudyuk, B.B. Irgit Tuvan State University, Kyzyl

Даны особенности физико-механических свойств, химического и фазового составов аргиллитовых вскрышных пород угледобычи как потенциального сырья для производства керамических стеновых материалов. Отмечается, что несмотря на уплотненное камневидное состояние после механической обработки из фракции размером частиц менее 0,31мм возможно получение пластичной массы, способной формоваться без дефектов, что связано с наличием тонкодисперсных глинистых частиц и органических веществ. Выявлено, что присутствующие в шихте песчаные и пылеватые частицы угля при приготовлении массы и формовании изделий выступают как отощители, что способствует не только быстрому удалению влаги при сушке, но повышает внутреннюю энергию шихты с интенсивным и равномерным спеканием массы с протеканием восстановительного обжига.

Установлено, что при обжиге углесодержащих керамических масс в области высоких температур (800-1100°С) внутри черепка присутствуют восстановительные газы СО и Н2 как продукты разложения и окисления органических составляющих. Из -за наличия Н2 и СО в газовой среде, оксиды железа переходят в активную закисную форму, которая участвует в образовании железистой стеклофазы, интенсифицирующей спекание керамической массы при значительном накоплении жидкой фазы, что повышает прочность керамических изделий. Показано эффективное использование заключенной в сырье внутренней энергии для разработки энерго- и ресурсосберегающей технологии производства керамических стеновых материалов.

Ключевые слова: аргиллитовые вскрышные породы; керамическая масса; углистые вещества; технологические свойства; выделяемые газы; восстановительный обжиг; вюстит; стеклофаза; прочность

The peculiarities of physic-mechanical properties, chemical and phase compositions of argillite overburden rocks of coal mining as potential raw materials for the production of ceramic wall materials are given in the paper. Despite the compacted stone-like structure and due to the presence of fine clay particles and organic substances, it is possible to obtain a plastic mass capable of forming without defects after machining it from a fraction with a particle size of less than 0.31 mm. It was revealed that sandy and dusty coal particles present in the mixture during preparation of the mass and molding of the products act as cleaners which contributes not only to the rapid removal of moisture during drying but also increases the internal energy of the mixture with intensive and uniform sintering of the mass with the course of reduction firing.

Besides, it was revealed that when firing carbonaceous ceramic masses, in the areas with high temperature (800-1100 °C), there were reducing gases CO and H2 inside the shard as products of decomposition and oxidation of organic components. Due to the presence of H2 and CO in the gaseous medium, iron oxides pass into an active acidic form which is involved in the formation of a glandular glass phase, which intensifies the sintering of the ceramic mass with significant accumulation of the liquid phase, which increases the strength of ceramic products. The effective use of internal energy contained in raw materials for the development of energy and resource-saving technology for the production of ceramic wall materials is shown.

Keywords: argillite overburden rocks; ceramic mass; carbonaceous substances; technological properties; emitted gases; reducing firing; wustite; glass phase; strength

В настоящее время взамен установившихся консервативных подходов находят применение новые и перспективные идеи в производстве керамических стеновых материалов, направленные на снижение энерго- и ресурсопотребления. Для изготовления керамических изделий применяется ограниченное количество минерального сырья, выбор которого производится по

устаревшим сформулированным в стандартах правилам.

В связи с истощением запасов качественного керамического сырья постепенно внедряются новые инновационные технологии, направленные на модернизацию отдельных технологических этапов и основанные на применении местных низкосортных сырьевых материалов, способных без потери качества конечной продукции заменить традиционные

материалы [1-3]. Последнее направление представляется весьма актуальным и перспективным.

При наличии алюмосиликатной основы и многотоннажности сырья существуют предпосылки применения вскрышных пород угледобычи для производства керамических стеновых материалов.

Целью данной работы является выявление особенностей химико-минералогического и фазового составов аргиллитовых вскрышных пород угледобычи и их влияние на разработку энерго- и ресурсосберегающей технологии производства керамических изделий.

В качестве объектов исследования приняты аргиллитовые вскрышные породы угледобычи Каа-Хемского, Усть-

Как видно из таблицы 1, наиболее легким и пористым являются аргиллиты Каа-Хемского и Усть-Элегестского месторождений. Более плотным и низкой пористостью отличается аргиллит Чадан-ского угольного разреза. Соответственно, водопоглощение каа-хемских и усть-элегестких аргиллитов больше, чем породы чаданского месторождения. Выявлено, что чаданские аргиллитовые породы

Элегестского и Чаданского угольных разрезов. Аргиллитами считают

уплотненные и видоизмененные породы, содержащие глинистые минералы. В отвалах аргиллиты представлены щебнем (размерами 5-70 мм) и валунами (размеры 70-500 мм). Для применения в производстве керамических изделий необходимо измельчение аргиллитов для получения тонкодисперсного материала способного образовать пластичную массу.

Рассмотренные аргиллитовые

вскрышные породы угледобычи имеют серый, темно-серый и темный цвет в зависимости от остаточного содержания углистых веществ. В таблице 1 приведены физико-механические свойства

аргиллитовых вскрышных пород.

характеризуются высокой прочностью (47,1 МПа), чем каа-хемские и усть-элегестские вскрышные породы (42,3-43,5 МПа). Установлено, что последние обладают меньшей стойкостью в воде, так как их коэффициенты размягчения ниже, чем аналогичный показатель чаданского аргиллита.

Таблица 1. Физико-механические свойства

Наименование Объемная Плотность Порис- Водопог- Предел Коэффи-

месторождения масса, г/см3 тость лощение, прочности циент

г/см3 % % при сжатии, МПа размягчения, Кр

Каа-Хемское 2,35 2,65 11,2 5,1 42,3 0,73

Усть-Элегесткое 2,37 2,65 10,7 4,2 43,5 0,77

Чаданское 2,39 2,66 8,9 3,9 47,1 0,78

Таблица 2. Химический состав

Наименование месторождений Содержание оксидов, масс. %

SiOn А1гОъ Fe: 03 CaO MgO KzO Na, О п.п.п.

Каа-Хемское 61,14 12,03 7,14 2,24 1,84 1,89 1,47 11,43

Усть-Элегестское 60,17 11,83 8,94 1,81 2,23 2,72 1,21 11,75

Чаданское 61,03 11,74 6,14 2,03 1,73 2,53 2,04 8,42

Изучение химического состава аргил-литовых пород, представленного в таблице 2, показало, что содержание основных оксидов характерно для глинистых пород.

В исследованных аргиллитовых породах содержание основного силикатного оксида^Оэ в пределах 60-61 %, что на уровне чистых глинистых пород. Доля оксида алюминия менее 13 %, поэтому все аргиллитовые породы относятся к кислым. Концентрация красящего железистого оксида высокая (более 6 %). Присутствие щелоче-земельных оксидов (СаО и MgО) в пределах 3,76-4,18, что оценивается как среднее значение. Наличие щелочных оксидов К2О и №20, которые влияют на спекание керамических масс при обжиге следует считать среднее, так как их суммарное содержание колеблется от 3,93 до 4,57. Потери при прокалывании чаданских аргиллитов значительно меньше (8,42 %), чем у аргиллитов Каа-Хемского и Усть-Элегестского месторождений, что связано с породообразующим глинистым минералом и остаточным содержанием органических веществ в породе.

Сравнительный анализ химического состава местных аргиллитовых пород с данными аналогичного сырья угледобычи Кузбасса и других регионов показал схожесть и примерно одинаковое содержание основных оксидов в исследованных материалах [4, 5].

Изучением минералогического

состава каа-хемских и усть-элегестского аргиллитов выявлено, что в них основным породообразующим глинистым минералом является монтмориллонит ^/п 1,221; 0,636; 0,452; 0,355; 0,232 нм), который отличается наличием ионных замещений в кристаллической решетке и ее дефектностью, а также высоким содержанием физически и химически связанной воды [6]. А в чаданских аргиллитовых породах присутствует глинистый минерал - иллит (^п 1,011; 0,447; 0,331; 0,256; 0,224 нм). При этом установлено, что в глинистых породах Каа-Хемского и Усть-Элегестского месторождений

монтмориллонитовые минералы

характеризуются несовершенством

структуры, о чем свидетельствуют недостаточная высота пиков в

дифрактограмме и смещение характерных пиков и границ эндо- и экзотермических реакций в термограммах проб. Наряду с глинистыми минералами в аргиллитах присутствует кварц, ортоклаз и железистые соединения. В каа-хемских аргиллитовых вскрышных породах зафиксировано наличие кальцита.

По результатам комплексного исследования определено, что содержание глинистых минералов в аргиллитах Каа-Хемского, Усть-Элегестского и Чаданского месторождений колеблется 12-16 %, 18-22 и 16-20 % соответственно.

В общественной классификации, доля глинистых минералов в исследованных аргиллитовых вскрышных породах как в легких и тяжелых суглинках. Установлено, что в аргиллитах до 12 % присутствуют углистые частицы, которые попадают в состав вскрышных пород при разработке массива пород, лежащих над угольными пластами. При транспортировке и перемещении вскрышных пород на отвалах, углистые остатки распределяются неравномерно. Соответственно их содержание колеблется от 1 до 12 %.

Необходимо отметить, что в присутствии мелких частиц угля в керамической массе повышается внутренняя энергия шихты, что

обеспечивает равномерное протекание термических процессов внутри и на

поверхностных слоях черепка и способствует интенсификации дегидратации глинистых минералов и спекании массы [7]. Другой эффективностью использования органической составляющей является применение в качестве выгорающей добавки для повышения пористости керамических изделий [8].

При выполнении работы щебенистая фракция аргиллитов измельчена в щековой дробилке и просеяна через сита с размерами ячейки 0,63; 0,31 и 0,14 мм. При этом измельченный материал просеян только через одно сито. Затем с добавлением воды в количестве 18-21 % получены массы, у которых определены следующие технологические свойства: формовочная влажность, число пластичности, величина воздушной усадки, связующая способность и спекаемость. Технологические свойства масс определены согласно общепринятым методикам [9].

В таблице 3 приведен гранулометрический состав измельченных аргиллитовых пород.

Таблица 3. Гранулометрический состав

Наименование месторождений Остаток (%) на сите с размерами ячейки, мм

2,5 1,25 0,63 0,31 0,14 менее 0,14

Каа-Хемское 1,2 6,3 19,7 21,5 27,3 24,0

Усть-Элегестское 2,1 7,1 18,1 20,6 25,4 26,7

Чаданское 1,0 5,8 17,4 26,4 30,7 19,7

Как видно из таблицы 3, в измельченных аргиллитовых массах доля частиц размерами более 1,25 мм составляет в пределах 6,8 - 9,2%. Содержание частиц размерами менее 0,63 мм более 90,8 %, а доля частиц размерами менее 0,31 мм составляет свыше 52,1 %. Ранее выявлено, что в целях максимального использования сырья и с учетом формуемости масс на основе измельченных аргиллитовых пород для изготовления керамических масс

Таблица 4. Техн

лучше всего применять фракцию размерами частиц менее 0,63 мм [10].

Изучение технических свойств масс на основе измельченных аргиллитовых пород показало, что с уменьшением размера частиц постепенно увеличивается количество воды для получения пластичной массы, соответственно повышается формовочная влажность (табл.

4).

ческие свойства масс

Месторождение Размер Формовочная Число Величина Предел

частиц влажность пластич- воздушной прочности при

менее, мм ности усадки, % сжатии сырца, МПа

Усть-Элегесткое 0,63 18 6,0 1,7 1,1

0,31 19 9,0 3,1 1,8

0,14 21 12,5 4,8 2,7

Чаданское 0,63 17 5,5 1,2 1,3

0,31 18 8,5 2,8 2,3

0,14 20 11,5 3,9 3,1

Выявлено, что из измельченного материала размерами частиц менее 0,63 из усть-элегестского и чаданского аргиллитов при влажности 18 и 17 % получается масса с числом пластичности 6,0 и 5,5 соответственно, что оценивается как малопластичная. Установлено, что при формовании изделий, когда массы

выдавливается из мундштука

лабораторного пресса, происходит разрыв граней и образование трещин в изделиях.

Из фракций размерами частиц менее 0,31 и 0,14 формируются более пластичные массы, число пластичности которых 9,0 и 12,5 соответственно (усть-элегесткие аргиллиты). При этом сырцы формуются

ISSN 2077-6896

без дефектов и повреждений. Полученные массы относятся к группе умеренно-пластичной. Меньшая водопотребность ча-данских аргиллитов связана с тем, что в них основные водопоглощение частицы пред-ставлены глинистым

минераломиллит, который отличается более крупными частицами и меньшей абсорбирующей способностью, чем монтмориллонитовые минералы усть-элегесткого и каа-хемского аргиллитов.

Еще одна технологическая свойство-связующая способность пластичных масс из измельченных аргиллитов зависит от дисперсности частиц, и чем меньше размерность частиц, тем выше прочность высушенных образцов-сырцов. Выявлено, что прочность сырца на основе фракции размерами частиц менее 0,14 мм (2,7 МПа) значительно больше, чем прочность изделий, которые изготовлены из масс размерами частиц менее 0,31 и 0,63 мм (1,8 и 1,1 МПа), что показано на основе образцов Усть-Элегестского

месторождения и характерно для измельченных материалов из чаданских и каа-хемских аргиллитов. Повышенная прочность сырца на основе мелкой фракции размерами частиц менее 0,14 мм связана с образованием в значительном количестве упруго-вязкой глиняной связки, которая заполняет межзерновые пустоты крупных частиц, тем самым прочно их связывает при сушке. В случае образцов,

изготовленных из крупной фракции (размеры частиц менее 0,63 мм), из-за недостаточного объема вязкой связки более крупные частицы соединены точечно, не всей поверхностью. Поэтому прочность значительно меньше.

Измельченные частицы угля размерами 20-500 мкм, присутствующие в составе массы в период ее приготовления, формования и сушки изделий, выступают как отощители. В силу пористой структуры (объем пор до 40 %) углистые частицы поглощают часть воды при приготовлении массы, что является особенностью углесо-держащей шихты. При содержании твердого органического компонента 5-10 %, водопотребность массы увеличивается на 2-4 %.

На стадии формования изделий крупные частицы (100-500 мкм) угля участвуют в формовании каркаса сырца, где упруго-вязкая глинистая связка обволакивает твердые зерна, заполняя их межзерновые пустоты. Пылевые частицы угля размерами 20-50 мкм прилипают на поверхность упругой связки и в определенной мере, снижая вязкое состояние связующего вещества. Как установлено, пылеватые частицы неглинистых составляющих массы снижают прочное сцепление связки с крупными зернами [6].

При сушке сырца удаление физически связанной воды из поверхности углистых частиц происходит значительно

быстрее, чем из глинистых минералов, так как органический компонент представлен твер-дыми зернами. При этом удаление влаги не вызывает линейных изменений частиц угля, что характерно для отощителей.

Изучение структуры сырцов методом ртутной порометрии показало, что до обжига изделия на основе усть-элегестского аргиллита с размерами частиц менее 0,63; 0,31 и 0,14 мм крупные поры имеют размеры 250-600 мкм; 150-350 м 50240 мкм соответственно.

При обжиге изделий на основе аргил-литовых вскрышных пород независимо от размерности частиц выгорание углистых частиц с разложением начинается с 220 °С. Необходимо отметить, что содержание остаточного угля в шихте из каа-хемских, усть-элегестских и чаданских аргиллитов составило 4-5; 6-7 и 2-3 % по массе. Если сравнить объемную насыпную массу, то измельченный уголь (фракция менее 0,63 мм) на 30 % легче, чем глина. При равномерном распределении углистые частицы занимают 7-10 % объема изделий.

С началом разложенияорганической части углистых частиц в пределах 250°С в составе наружной газовой среды резко повышает содержание водорода от 0,02 до 10,4 %, оксида углерода (угарный газ) от 0,04 до 23,5 %, что установлено газовым анализом с применением масс -спектрометра МХ1323. Сравнение

полученных данных с результатами газового анализа при обжиге изделий на основе чистых глинистых пород показало, что в пределах 220-240 °С из черепка выделяются 2-3 % Н2 и 8-10 % СО [11].

С дальнейшим повышением температуры до 400°С усиливается выделение Н2 и СО и их содержание достигает 7-9 и 40-42 % соответственно при обжиге изделий на основе усть-элгестского и чаданских аргиллитов. Фактически, начиная с 250°С внутри и снаружи черепка, создается восстановительный характер газовой среды из-за выгорания и разложения углесодержащих компонентов шихты.

В интервале 400-600 °С усиливается выделение газов-восстановителей Н2 и СО. Их суммарное содержание превышает более 50 %. Это связано с протеканием реакции между углеродным остатком органических веществ и химически связанной водой (с 400 °С начинается дегидратация глинистых минералов) по формуле:

С + Н2О = СО + Н2 (1)

Еще одной особенностью фазового состава углесодержащих масс является то, что из-за выделения угарного газа оксиды железа, вступая в реакцию с ним, переходят в вюстит, который отличается высокой химической активностью и способствует в образовании железистой стеклофазы свыше 700 °С. В пределах 600800 °С усиливается переход оксидов

железа (Ее20эиЕеэ04) в закисную форму Бе0 через С и Н2, так как в пределах указанного интервала температур содержание водорода и угарного газа колеблется в пределах 15-25 %.

Специальным исследованием по определению содержании органических веществ на установке «Ьекко» установлено, что в пределах 900-950 °С доля углерода в усть-элегестских аргиллитах (при содержании углистых веществ - 7 %) уменьшилось от 11 % до 0,20 %.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Несмотря на наложение многих термических процессов с выделением газов, в области высоких температур 9001000 °С продолжается обогащение газовой среды водородом (13-17 %), что связано с пиролизом химически связанной воды.

С помощью ядерной гамма-резонансной спектроскопией (ЯТР) устано -влено, что при 1000 °С в восстановительной газовой среде до 80 % оксидов железа керамической массы переходят в более активную закисную форму, которая способствует в значительном образовании жидкой фазы при спекании изделий.

Исследование влияния углистых веществ на формирование структуры черепка при обжиге показало, что с началом разложения частиц угля (с 220 °С) и дегидратацией глинистых минералов (свыше 400 °С), структура материала

постепенно разрыхляется. В пределах 600750 °С, при последующем разложении карбонатов пористость черепка

увеличивается с 20-22 % до 36-40 % в зависимости от содержания частиц угля. В структуре черепка наблюдается поры в виде капилляров, сообщающихся между собой и представляющих сложную систему. Размерами капилляров в образцах на основе массы с размерами частиц менее 0,63 мм достигается до 700 мкм, а в их аналогах с размером частиц менее 0,14 мм, расстояние между твердыми зернами равно 250-300 мкм. Цвет черепка в разрезе образцов изменяется от красного до черного в зависимости от углубления к центру.

Значительные изменения структуры изделий наблюдаются после 900 °С с началом образования жидкой фазы, о чем свидетельствует усадка образцов, величина которых постепенно повышается с увеличением температуры обжига и с уменьшением размера частиц. По данным ртутной порометрии, объем внутренней пористости образцов уменьшается до 24-27 %.

С дальнейшим увеличением температуры до 1000°С, несмотря на усиление образовании жидкой фазы, структура образцов существенно отличается в зависимости от дисперсности масс, что показано на рисунке.

В структуре образцов с размерами частиц менее 0,63 мм твердые частицы

недостаточно соединены из-за

незначительного образования жидкой фазы, которая сосредоточена на стыке отдельных твердых зерен (позиция а).

При уменьшении максимального размера частиц менее 0,31 мм, у многих твердых частиц грани оплавлены (позиция б). При этом между частиц наблюдается больше контакта, что связано со значительным образованием жидкой фазы, с уменьшением межзерновой пустотности.

В образцах с наименьшей дисперсностью (менее 0,14 мм) наблюдается интенсивное образование жидкого расплава, который, заполняя пустоты, практически соединил все твердые зерна в единый монолит (позиция в). Поры

закрытые, диаметр пор 40-60 мкм. В структуре уплотненного материала морфологически трудно различать кристаллы кварца, ортоклаза и гематита, которые соединены стеклофазой. Выявлено, что пористость черепка уменьшается до 16-18 %.

Изучение физико-механических

свойств обожженных образцов на основе усть-элегестских аргиллитовых

вскрышных пород показало, что на основе фракции размерами частиц менее 0,63 мм, после обжига при 900 °С получается пористость керамических стеновой материал прочностью 16-18 МПа и водопоглощаением 16-17 %, при морозостойкости не менее 25 циклов.

Рис. Структура образцов обожженных при 1000 °С, с размером частиц: а - менее 0,63 мм; б - менее

0,31 мм; в - менее 0,14 мм.

б

а

в

А из чаданских аргиллитов размерами менее 0,14 мм после обжига при 1100 °С возможно получение керамических облицовочных изделий прочностью при сжатии 44-46 МПа и водопоглощением 2,73,6 %. Это свидетельствует о широкой возможности изготовления керамических изделий пористого и плотного черепка на основе аргиллитовых углесодержащих вскрышных пород.

Таким образом, использование аргиллитовых углесодержащих

вскрышных пород в производстве керамических стеновых материалов имеет следующие особенности и преимущества:

1. Вовлечение в производство отходов угледобычи, что не только расширяет сырьевую базу отрасли, но и решает проблему утилизации попутных продуктов промышленности.

2. Применение мелкой фракции отвальных аргиллитовых пород исключает специальной добычи и предварительной переработки сырья.

3. Наличие выгорающей органической составляющей в массе повышает пористость керамических

Библиографический список

1. Вакалова, Т. В. Рациональное использование природного и техногенного сырья в керамических технологиях / Т. В. Вакалова, В. М. Погребенков. - Текст : непосредственный // Строительные материалы. - 2007. -№ 4. - С. 58-63.

2. Кочнева, Т. П. Опыт применения отходов черной промышленности в производстве

стеновых материалов и позволяет регулировать структуру получаемых изделий в зависимости от температуры обжига.

4. Особенности химического и фазового состава углесодержащих масс создает восстановительную газовую среду, что позволяет оксидов переменной валентности перейти в более активные формы, которые интенсифицируют образование жидкой фазы, определяющей прочность и водопоглащение получаемых керамических изделий.

5. Получение керамических стеновых материалов пористого и плотного черепка в зависимости от содержания углистых веществ и температуры обжига с регулированием фазового состава изделий.

керамического кирпича / Т. П. Кочнева. -Текст : непосредственный // Строительные материалы. - 2003. - № 2. - С. 39-42.

3. Котляр, В. Д. Новые виды минерального сырья на юге России / В. Д. Котляр. - Текст : непосредственный // Известия вузов Северо -Кавказкий регион. Естественные науки. -1995.- № 2. - С. 50-53.

4. Столбоушкин, А. Ю. Особенности поровой структуры стеновых керамических материалов на основе углеотходов / А. Ю. Столбоушкин, А. И. Иванов. - Текст : непосредственный // Строительные материалы. - 2014. - № 4. - С. 46-50.

5. Котляр, А. В. Особенности химического состава аргиллитподобных глин и аргиллитов / А. В. Котляр. - Текст : непосредственный // Строительные материалы. - 2016. - № 4. - С. 10-15.

6. Осипов, В. И. Глины и их свойства / В. И. Осипов, В. Н. Соколов. - Москва : ГЕОС. -2013. - 576 с. - Текст : непосредственный.

7. Михайлов, В. И. Особенности производства керамического кирпича из углеотходов / В. И. Михайлов. - Текст : непосредственный //Строительные материалы. - 1990. - № 7. -С. 5-7.

8. Столбоушкин, А. Ю. Отходы углеобогащения как сырья и энергетическая база заводов керамических стеновых материалов / А. Ю. Столбоукин, Г. И. Стороженко. - Текст : непосредственный // Строительные материалы. - 2011. - № 4. - С. 43-46.

9. Практикум по технологии керамики : учебное пособие / под редакцией Гузмана И. Я. -Москва : ООО РИФ «Стройматериалы», 2005.

- 336 с.

10. Кара-сал, Б. К.Технологические свойства вскрышных пород угледобычи при производстве керамических стеновых материалов. / Б. К. Кара-сал, Т. В. Сапелкина.

- Текст : непосредственный // Естественные и технические науки. - 2018. - № 1. - С. 165169.

11. Кара-сал, Б. К. Влияние пониженного давления на процессы газовыделения при обжиге глин / Б. К. Кара-сал. - Текст : непосредственный // Стекло и керамика. -2004. - № 9. - С. 18-21.

References:

1. T.V. Vakalova, V.M. Pogrebenkov. Racional'noe ispol'zovanie prirodnogo i tehnogennogo syr'ja v keramicheskih tehnologijah [Rational use of natural and technogenic raw materials in ceramic technologies]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2007, no. 4, pp. 58-63. (In Russian)

2. T.P. Kochneva. Opyt primenenija othodov chernoj promyshlennosti v proizvodstve keramicheskogo kirpicha [Experience in the application of waste from the black industry in the production of ceramic bricks]. Stroitel'nye

materialy [Construction Materials]. 2003, no. 2, pp. 39-42. (In Russian)

3. V.D. Kotlyar. Novye vidy mineral'nogo syr'ja na juge Rossii [New types of mineral raw materials in the south of Russia]. Izvestija vuzov - Severo-Kavkazkij region. Estestvennye nauki [North Caucasus Universities' Journal. Natural Sciences]. 1995, no. 2, pp. 50-53. (In Russian)

4. AY. Stolboushkin, A.I. Ivanov. Osobennosti porovoj struktury stenovyh keramicheskih materialov na osnove ugleothodov [Features of the pore structure of wall ceramic materials based on carbon waste]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2014, no. 4, pp. 46-50. (In Russian)

5. A.V. Kotlyar. Osobennosti himicheskogo sostava argillitpodobnyh glin i argillitov [Chemical composition features of mudstone-like clays and argillite]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials], 2016, no. 4, pp. 10-15. (In Russian)

6. V.I. Osipov, V.N. Sokolov. Gliny i ih svojstva [Clays and their properties]. Moscow, GEOS Publ., 2013, p. 576. (In Russian)

7. V.I. Mikhailov. Osobennosti proizvodstva keramicheskogo kirpicha iz ugleothodov [Features of the production of ceramic bricks from coal waste]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials], no. 7, pp. 5-7. (In Russian)

8. A. Y. Stolboushkin, G.I. Storozhenko. Othody ugleobogashhenija kak syr'ja i jenergeticheskaja baza zavodov keramicheskih stenovyh materialov [Coal preparation waste as a raw material and the energy base of ceramic wall materials factories]. Stroitel'nye materialy [Construction materials], 2011, no. 4, pp. 43-46. (In Russian)

9. Ed. by Y.I. Guzman. Praktikum po tehnologii keramiki : uchebnoe posobie [Workshop on ceramics technology: Tutorial]. Moscow, Ltd. RIF "Stroimaterialy" Publ., 2005, p. 336. (In Russian)

10. B.K. Kara-sal, T.V. Sapelkina. Tehnologicheskie svojstva vskryshnyh porod ugledobychi pri proizvodstve keramicheskih stenovyh materialov [Technological properties of overburden coal mining in the production of ceramic wall materials]. Estestvennye i tehnicheskie nauki [Natural and technical sciences], 2018, no. 1, pp. 165-169. (In Russian)

11. B.K. Kara-sal. Vlijanie ponizhennogo davlenija na processy gazovydelenija pri obzhige glin [The effect of reduced pressure on gas evolution during clay firing]. Steklo I keramika [Glass and ceramics], 2004, no. 9, pp. 18-21. (In Russian)

Кара-Сал Борис Комбуй-оолович, доктор технических наук, доцент, Тувинский государственный университет, г. Кызыл, е-mail.ru:silikat-tgu@mail.ru

Чюдюк Сергей Алексеевич, преподаватель кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета, г. Кызыл, е-mail.ru: chuduk@yandex.ru

Иргит Байлак Борисовна, преподаватель кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета, г. Кызыл, е-mail.ru: bailak93@mail.ru

Boris K. Kara-Sal, Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail address: silikat-tgu@mail.ru

Sergei A. Chyudyuk, Lecturer at the Department of Industrial and Civil Engineering, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail address: chuduk@yandex.ru

Bailak B. Irgit, Lecturer, Department of Industrial and Civil Engineering, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail address: bailak93@mail.ru

Статья поступила в редакцию 27.04.2020

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.