CC BY
18УДК 666.7.127
Б.В. ТАЛПА, канд. геол.-мин. наук, Южный федеральный университет (ЮФУ, Ростов-на-Дону); В.Д. КОТЛЯР, канд. техн. наук, Ю.В. ТЕРЕХИНА, инженер, Ростовский государственный строительный университет (РГСУ)
Оценка кремнистых опоковидных пород для производства керамического кирпича
Расширение сырьевой базы отрасли стеновых керамических материалов является важным фактором ее развития. Исследования, проводимые на протяжении последних лет в Южном федеральном и Ростовском государственном строительном университетах, показали, что кремнистые опал-кристобалитовые породы — опоки могут служить для многих регионов России определяющей сырьевой базой для производства высококачественного керамического кирпича с улучшенными теплоизоляционными и эстетическими характеристиками [1]. Сырьевая база их обширна и в настоящее время мало используется. Наиболее значительные ресурсы этих пород находятся в пределах Южного, Северо-Кавказского, Приволжского, Уральского, Центрального и других федеральных округов.
Одним из сдерживающих факторов широкого использования опоковидных пород в качестве сырья для производства стеновой керамики является отсутствие критериев их предварительной оценки исходя из вещественного состава и структурных особенностей. Разработка методики оценки позволит переоценить многие существующие разведанные для других целей месторождения и оценить ресурсы перспективных прогнозных площадей.
В настоящее время не существует четко обозначенных требований к опокам как к сырью для производства изделий стеновой керамики. В методических рекомендациях по применению классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых (кремниевые породы) указывается, что для производства легковесного кирпича могут использоваться опоки с содержанием опаловой составляющей более 30%, глинистой составляющей более 20%, песчаных примесей менее 25%, карбонатов менее 10%. При этом общее содержание 8Ю2 не должно превышать 85%, СаО не более 7%, содержание глинозема должно находиться в пределах 3—15%. Средняя плотность при этом должна составлять 0,9—1,2 г/см3 [2]. По нашему мнению, данные требования не вполне отвечают существующим реальностям и дезориентируют геологов-поисковиков. Одним из отличительных признаков, по которым опоки отличаются от трепелов, является объемная масса, которая у трепелов достигает 1,1—1,2 г/см3, а у опок она составляет 1,1—1,8 г/см3. Кроме того, в настоящее время нормативными документами не предусмотрено такое понятие как легковесный кирпич. ГОСТ 648 на данное изделие давно отменен и не действует, а ГОСТ 530—2007 опоки не предусмотрены в качестве сырья для стеновой керамики, в отличие от диатомитов и трепелов. Одной из причин этого является то, что опоки в отличие от диатомитов и трепелов, являются малопластичными не размокаемыми или трудно размокаемыми в воде породами. На наш взгляд для производства изделий стеновой керамики пригодно большинство литологических разновидностей опоковидных пород, за исключением окремнелых разновидностей. При этом они могут использоваться как в чистом виде, так и с корректирую-
щими добавками. Необходимо иметь в виду, что для опоковидных пород, как и для глинистых, сложность заключается в трудности установления строгой зависимости между свойствами сырья и свойствами готовой продукции. Пригодность сырья необходимо устанавливать по качеству готовых изделий и возможности получения стандартной продукции.
Разработанные нами основные требования при оценке опоковидных пород как сырья для производства стеновой керамики сводятся к следующему:
1. Содержание химических составляющих, мас. %, должно соответствовать приведенному ниже:
— диоксид кремния ^Ю2) — не более 85, в том числе свободного кварца не более 25;
— сумма оксидов алюминия и титана (А1203 + ТЮ2) — не менее 5;
— сумма оксидов кальция (СаО) и магния (М§О) — не
более 20;
— сумма соединений серы в пересчете на 8О3 — не более 2, в том числе сульфидной серы не более 0,3. При наличии 8О3 более 0,5%, в том числе сульфидной более 0,3%, в процессе испытаний должны определяться способы устранения высолов и выцветов на обожженных изделиях путем перевода растворимых солей в нерастворимые;
— сумма оксидов железа (FeO+Fe2O3) — не более 10;
— сумма оксидов калия и натрия (К2О+№2О) — не более 6.
2. Показателями технологических свойств опоковид-ной породы, определяемыми при оценке ее качества, являются: естественная влажность, плотность в куске, пористость, минеральный состав, предел прочности при сжатии отпрессованных образцов, огневая усадка, водо-поглощение, плотность и прочность обожженных образцов. Необходимо учитывать, что технологические свойства и свойства обожженных образцов во многом зависят от степени измельчения и температуры обжига. Рекомендуемая степень измельчения при испытаниях менее 2,5 мм. При этом содержание фракции мельче 1 мм должно составлять не менее 70%.
2.1. Естественную влажность проб, отобранных на месторождении, не регламентируют.
2.2. Предел прочности при сжатии отпрессованных при оптимальных параметрах образцов без дефектов прессования должен быть не менее 1,5 МПа. При лабо-раторно-технологических испытаниях определяются оптимальные параметры прессования.
2.3. Огневая усадка, характеризуемая линейным сокращением образцов, не должна превышать 6%.
2.4. Водопоглощение обожженного черепка (без признаков пережога) должно быть не менее 6 и не более 28%.
2.5. Среднюю плотность образцов, которая для данного сырья обычно составляет 1,2—1,7 г/см, определяют, но не регламентируют.
2.6. Окончательно все виды кремнистого опоковидно-го сырья оценивают по результатам заводских испытаний.
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (""ЭЙ ^ Г Г Iг ! 13
""20 декабрь 2010 *
При испытаниях надо ориентироваться на кирпич со сквозными пустотами. Это дополнительно снижает среднюю плотность и повышает морозостойкость. Максимальная температура обжига в зависимости от исходного состава сырья может составлять 950—1100оС.
Предложенные нами критерии оценки опоковидных пород требуют детального обсуждения специалистами — технологами и геологами, что позволит создать общепринятую методику испытаний данного сырья.
Актуальной для внедрения опоковидных пород в производство стеновой керамики является разработка и апробация технологических схем производства.
Результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний показали, что для опоковидного сырья наиболее приемлемым является полусухой способ прессования изделий и полусухой способ подготовки пресс-порошка. Нами разработано несколько вариантов технологических схем, подтвержденных патентами на полезные модели. На рис. 1 показан один из вариантов технологической схемы, представленной без вспомогательного оборудования и операций, разработанный с учетом технико-экономических факторов. Данный вариант внедрен на одном из кирпичных заводов Ростовской области в процессе реконструкции. Сырьевой базой завода являются разведанное для производства кирпича Журавское месторождение карбонатных опок. Их химический состав, мас. %: П.П.П.
12,24; БЮ
2
61,33; А1203
6,35; Fe2O3-
3,36; СаО
12,22; МбО - 2,08; БО3 - 0,35; К2О - 1; №2О - 0,84; сумма — 99,77. Минеральный состав представлен опалом, опал-кристобалитом различной степени структурного совершенства, тонкодисперсным равномерно рассеянным кальцитом и глинистыми гидрослюдистыми минералами, находящимися в прочном контакте с опаловым кремнеземом. В небольшом количестве присутствует тонкодисперсный кремнезем в виде халцедона. Рентгенограмма карбонатной опоки Журавского месторождения представлена на рис. 2. Средняя плотность исходного сырья 1,45-1,5 г/см3. Предел прочности при сжатии 7-11 МПа. Карьерная влажность составляет 17-22%.
Разработка сырья на месторождении осуществляется бульдозером и экскаватором. Крупные куски породы раз-
Вода, добавки
Показатель Значения
Пустотность, % 11 28
Марка по прочности М125-175 М125-М150
Морозостойкость, циклы 25 35-50
Водопоглощение, % 16-22 16-22
Класс по средней плотности 1,4 1,0
Теплопроводность, Вт/(м°С) 0,42-0,48 0,34-0,4
бивают бульдозером до крупности не более 210 мм и направляют на установленную в карьере щековую дробилку СМД-116. После дробления на щековой дробилке размер кусков породы составляет менее 50 мм. После чего подготовленное сырье автотранспортом доставляеют на завод и хранят на складе сырья. Склад сырья хорошо проветривается, так как одной из его задач является естественная подсушка сырья. Опоки в силу их микропористости достаточно быстро подсыхают. Запас сырья в запаснике составляет на период работы завода в летнее время не менее 10 суток. Запас на зимнее время увеличивается до 3 месяцев. Со склада сырье погрузчиком подают в приемный бункер дозатора и далее в сушильный барабан типа СМЦ-440. Вокруг сушильного барабана установлен обводной конвейер, так как опыт показал, что в теплый период года подсушки сырья не требуется. При добыче, транспортировке, хранении происходит интенсивная подсушка сырья. При этом в жаркий период сырье даже пересыхает. Отсутствие необходимости подсушки сырья является важным фактором, способствующим снижению себестоимости кирпича. Дальнейшее измельчение осуществляют на двух последовательно установленных молотковых дробилках СМД-112А. Каскад дробилок позволяет с помощью регулировки расстояний между билами и регулировки отверстий колосниковой решетки осуществлять измельчение до заданного фракционного состава менее 2,5 мм. После этого измельченное сырье попадает на вибрационный грохот с размерами отверстий решетки 2,5-3 мм. Через сито проходит примерно 75-85% порошка. Крупные фракции возвращают на доизмельчение. Влажность сырья при измельчении на молотковых дробилках стараются поддерживать в интервале 12-17%. При этой влажности сырье хорошо измельчается, и пыление сведено к минимуму. Поэтому пересушка сырья недопустима. Молотковые дробилки хорошо измельчают опоко-видные породы при влажности до 20%. Далее порошок по конвейеру подается в двухвальный смеситель, где происходит частичная грануляция пресс-порошка и при необходимости доувлажнение и ввод добавок. Однако в настоящее время добавки не используются. Оптимальная влажность пресс-порошка на основе опоки Журавского месторождения составляет 14-16%, при этом возможны
со о со
1_
_1_
о
_I_I_
J_I_I_I_I_I_|_
Рис. 1. Технологическая схема производства керамического кирпича на основе опоковидных пород
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Рис. 2. Рентгенограмма опоки Журавского месторождения
Су ■. ■ научно-технический и производственный журнал www.rifsm.ru
^ : : ® декабрь 2010 2Г
Рис. 3. Керамический кирпич на основе опоковидных пород
отклонения до 2—3% как в сторону снижения, так и в сторону повышения влажности. Подготовленный пресс-порошок хранится в бункере запаса (происходит выравнивание влажности), объем которого обеспечивает работу прессов на одну смену. На заводе параллельно установлены механические коленно-рычажные (СМ-1085) и гидравлические (А300-С2) прессы. На первых осуществляют прессование кирпича стандартных размеров со сквозными пустотами и пустотностью 8—11%, на вторых — с пус-тотностью 28—30% при давлении 20—25 МПа. Прессы А300-С2 позволяют прессовать кирпич с плавным приложением нагрузки, за счет чего дефекты прессования практически отсутствуют. Ход засыпной каретки может осуществляться до 10 раз, что способствует равномерной засыпке пресс-порошка в форму.
Отпрессованный кирпич выдерживают в пакетах в течение суток в помещении цеха обжига. За счет микропористости сырья происходит его интенсивная подсушка. Но даже если кирпич подают в печь сразу после прессования, за счет малой чувствительности к сушке сырья дефекты сушки отсутствуют. Обжиг отпрессованного кирпича осуществляют при температуре 1000—1080оС. Характерной особенностью для данного сырья является прямая зависимость: выше температура — выше прочность кирпича. Огневая усадка составляет 2—5%. В таблице представлены характеристики выпускаемой продукции. Цвет кирпича желтый, светло-желтый, оранжево-желтый. На рис. 3 представлены фотографии выпускаемого кирпича.
Опоковидное сырье является достаточно технологичным. В зависимости от степени измельчения, влажности пресс-порошка, параметров прессования и температуры обжига из одного и того же сырья возможно получение изделий с различной прочностью. Взаимосвязь технологических факторов позволяет определить оптимальные параметры в каждом конкретном случае.
Результаты проведенных нами исследований позволяют говорить, что промышленность стеновой керамики, находящаяся во многих районах России в состоянии стагнации в связи с выработкой утвержденных запасов глинистого сырья, может иметь высокие перспективы развития при переориентировке своей минерально-сырьевой базы на кремнистые опал-крис-тобалитовые породы. Коэффициент прироста запасов, т. е. соотношение их прироста в результате геолого-разведки и убыли вследствие добычи в настоящее время для промышленности стеновой керамики крайне низок (0,1—0,2), и именно кремнистые породы с их огромными разведанными запасами могут исправить ситуацию в лучшую сторону.
Ключевые слова: опока, кирпич, керамическое сырье, технология.
Список литературы
1. Котляр В.Д., Талпа Б.В. Опоки — перспективное сырье для стеновой керамики // Строит. материалы. 2007. № 2. С. 31-33.
2. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Кремниевые породы. М., 2007. Разработаны Федеральным государственным учреждением «Государственная комиссия по запасам полезных ископаемых» (ФГУ ГКЗ) по заказу Министерства природных ресурсов Российской Федерации. Утверждены распоряжением МПР России от 05.06.2007. № 37-р.
3. Котляр В.Д. Классификация кремнистых опоковид-ных пород как сырья для производства стеновой керамики // Строит. материалы. 2009. № 3. С. 24-27.
Реклама
Центр пллектмвмга тиамин
««Строительные инновации»
J
Ожного федерального университета
Центр оснащен современным научным и испытательным оборудованием, укомплектован высококвалифицированными кадрами.
Центр предлагает оказание следующих услуг:
• научные исследования, сертификация, разработка научно-технической и нормативной документации в области минерального сырья, строительных материалов и конструкций;
• освоение пенобетонной технологии изготовления несъемной опалубки и монолитного строительства ограждающих конструкций зданий;
• освоение технологий керамического и гиперпрессованного облицовочного кирпича на основе местного сырья и отходов промышленности.
Контакт: 344090, Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, оф. 230 Тел./факс (863) 222-57-01 Пылаев Александр Яковлевич Талпа Борис Васильевич
pilaev@post.ru, тел. моб. 89888984462 talpabv@gmail.com, тел. моб. 89281884141
www.rifsm.ru научно-технический и производственный журнал (""ЭЙ ^ Г Г Iг ! 13
"~22 декабрь 2010
