Научная статья на тему 'Стеновая керамика, модифицированная тетраоксидом марганца'

Стеновая керамика, модифицированная тетраоксидом марганца Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

CC BY
0
0
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
керамика / тетраоксид марганца / фазовый состав / микроструктура / прочность на изгиб / хромофорные кластеры / ceramics / manganese tetraoxide / phase composition / microstructure / bending strength / chromophore clusters

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Варфоломеева Софья Владимировна, Бессмертный Василий Степанович, Бондаренко Марина Алексеевна, Платова Раиса Абдулгафаровна

Исследовано влияние тетраоксида марганца Mn3O4 на физико-механические и цветовые характеристики керамики на основе глины Гжельского месторождения. Установлено, что с увеличением содержания Mn3O4 c 1 до 7 % повышаются такие физико-механические характеристики, как прочность, огневая усадка, плотность и твердость. Показано, что фазовый состав керамики представлен кварцем, якобситом, биксбиитом, вюститом и фаялитом. Установлено, что хромофорные кластеры представлены якобситом нестехиометрического состава.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Варфоломеева Софья Владимировна, Бессмертный Василий Степанович, Бондаренко Марина Алексеевна, Платова Раиса Абдулгафаровна

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

Wall ceramics modified with manganese tetraoxide

The influence of manganese tetraoxide Mn3O4 on the physical, mechanical, and color characteristics of ceramics based on clay from the Gzhel deposit was investigated. It was found that with an increase in the content of Mn3O4 from 1 % to 7 %, such physical and mechanical characteristics as strength, firing shrinkage, density, and hardness increase. It is shown that the phase composition of the ceramics is represented by quartz, jacobsite, bixbyite, wustite, and fayalite. It is established that chromophore clusters are represented by jacobsite of non-stoichiometric composition.

Текст научной работы на тему «Стеновая керамика, модифицированная тетраоксидом марганца»

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

Научная статья УДК 666.189.3

http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2024-3-94-101

Стеновая керамика, модифицированная тетраоксидом марганца

С.В. Варфоломеева1, В.С. Бессмертный1, М.А. Бондаренко1, Р.А. Платова2

белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова, г. Белгород, Россия, Российский экономический университет имени Г.В. Плеханова, г. Москва, Россия

Аннотация. Исследовано влияние тетраоксида марганца Mn3O4 на физико-механические и цветовые характеристики керамики на основе глины Гжельского месторождения. Установлено, что с увеличением содержания Mn3O4 c 1 до 7 % повышаются такие физико-механические характеристики, как прочность, огневая усадка, плотность и твердость. Показано, что фазовый состав керамики представлен кварцем, якобситом, биксбиитом, вюститом и фаялитом. Установлено, что хромофорные кластеры представлены якобситом нестехиометриче-ского состава.

Ключевые слова: керамика, тетраоксид марганца, фазовый состав, микроструктура, прочность на изгиб, хромофорные кластеры

Для цитирования: Стеновая керамика, модифицированная тетраоксидом марганца / С.В. Варфоломеева,

B.С. Бессмертный, М.А. Бондаренко, Р.А. Платова // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2024. № 3.

C. 94-101. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2024-3-94-101

Original article

Wall ceramics modified with manganese tetraoxide

S.V. Varfolomeeva1, V.S. Bessmertnyi1, M.A. Bondarenko1, R.A. Platova2

Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov, Belgorod, Russia, 2Plekhanov Russian University of Economics, Moscow, Russia

Abstract. The influence of manganese tetraoxide Mn3O4 on the physical, mechanical, and color characteristics of ceramics based on clay from the Gzhel deposit was investigated. It was found that with an increase in the content of Mn3O4 from 1 % to 7 %, such physical and mechanical characteristics as strength, firing shrinkage, density, and hardness increase. It is shown that the phase composition of the ceramics is represented by quartz, jacobsite, bixbyite, wustite, and fayalite. It is established that chromophore clusters are represented by jacobsite of non-stoichiometric composition.

Keywords: ceramics, manganese tetraoxide, phase composition, microstructure, bending strength, chromophore clusters

For citation: Varfolomeeva S.V., Bessmertnyi V.S., Bondarenko M.A., Platova R.A. Wall ceramics modified with manganese tetraoxide. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2024;(3):94-101. (In Russ.). http://dx.doi.org/ 10.17213/1560-3644-2024-3-94-101

Введение

С учетом существенного увеличения объемов жилищного строительства в 2022 г. возросла потребность строительной индустрии

в стеновых керамических материалах. Керамический кирпич и блоки превосходят по целому ряду показателей надежности и долговечности такие традиционные стеновые материалы, как бетон, силикатный кирпич и другие композици-

© Варфоломеева С.В., Бессмертный В.С., Бондаренко М.А., Платова Р.А., 2024

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

онные материалы на их основе. Стеновая керамика является наиболее востребованной в жилищном строительстве. Анализ структуры строительства жилых домов по видам используемых стеновых материалов в РФ за 2014-2019 гг. показал, что около одной трети приходится на кирпич. Так, в 2019 г. на кирпичные стеновые материалы приходилось 28,8 %, монолитные -20,0 %, блочные - 12,3 %, деревянные - 10,8 %, панельные - 7,9 %, каменные 1,7 % и прочие -18,6 % [1]. Эксплуатационные показатели стеновой керамики должны соответствовать ГОСТ 530-2012 и во многом зависят от качества глинистого сырья [2], которое определяется химическим и минералогическим составом, дисперсностью глинистой составляющей, пластичностью, степенью спекаемости и др. показателями [3]. Для предприятий по выпуску стеновой керамики существует проблема, связанная с истощением запасов высококачественного глинистого сырья: непостоянство минералогического состава, различная дисперсность глинистой составляющей и различная степень запесоченно-сти глинистого сырья [4]. Помимо усреднения глинистого сырья требуются различные корректирующие добавки, способные улучшить формовочные свойства сырьевых масс, их сушильные свойства, повысить прочность и морозостойкость, а также корректировать цветовую гамму керамического черепка [5].

К таким корректирующим добавкам можно отнести техногенные отходы, содержащие в своем составе соединения марганца [6, 7], которые влияют как на физико-механические, так и на цветовые характеристики стеновой керамики. Введение в состав Новокузнецкого суглинка отходов добычи марганцевых руд до 10 % по массе с содержанием MnO2 24,5-29,2 % влияет не только на цветовые характеристики, но и на прочность, плотность и водопоглощение [6]. Оксиды марганца окрашивают керамику в различные оттенки черного цвета: черно-серые, черно-синие, черно-оливковые, черно-коричневые [7]. Черный цвет в настоящее время как в мировой практике, так и в РФ входит в архитектурную моду, а здания и сооружения, выполненные из стеновой керамики темных оттенков, выделяются из общего облика архитектурной среды. С учетом технологических факторов для объемного окрашивания стеновой керамики целесообразно использовать соединения, содержащие в своем составе соединения железа и

марганца: герценит (FeO-AhO3); галаксит (MnO-AhO3); якобсит (MnOFe2O3); железистая шпинель (FeO Fe2O3). Хромофорные кластеры размером 20-40 мкм, образованные в массе материала, резко повышают поглощение световых лучей и обеспечивают достижение максимального визуального эффекта. Темно-коричневый цвет в керамике обусловлен также образованием равномерно распределенных по общей массе хромофорных кластеров гематита. Стеклофаза в керамике является важным элементом, обеспечивающим рассредоточение оксидов железа и шпинели в виде феррита марганца [8]. Особенности объемного окрашивания стеновой керамики тетраоксидом марганца рассмотрены в работе [9]. В керамические составы вводили от 0,7 до 3,8 % по массе тетраоксида марганца. Стеновая керамика с содержанием тетраоксида марганца 3,8 % по массе имела насыщенный черный цвет. В работах [6, 8, 9] исследовано влияние оксидов марганца как в составе техногенных отходов, так и отдельного тетраоксида марганца. Однако до настоящего времени не рассматривались вопросы влияния тетраоксида марганца на формирование фазового состава, макро- и микроструктуры стеновой керамики.

Целью работы является исследование влияния тетраоксида марганца на физико-химические и цветовые характеристики и формирование структуры керамического черепка на основе му-сковитовой глины Гжельского месторождения.

Методика исследований

Объект исследования - глина Гжельского месторождения Московской области. В качестве компонента для объемного окрашивания использован тонкодисперсный порошок тетраок-сида марганца (Mn3O4) «Manganaseoxid Mn3O4» Color K/Sкомпании Kimpe (Франция). Отмывка глины от крупных нерастворимых включений, в частности, кварцевого песка и других полевошпатовых пород, выполнена по стандартной методике. Пластическое формирование образцов в виде балочек проведено в металлических формах размером 75x150x100 мм. Сушка бало-чек осуществлена на воздухе и в сушильном шкафу до постоянной массы при 105 °С. Обжиг балочек произведен в силитовой печи при максимальной температуре 1050 °С в течение двух часов. Отмытая глина высушивалась, измельчалась в шаровой мельнице МШФ/2 в режиме сухого помола. Приготовлено четыре состава: без

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

тетраоксида марганца и с различным содержанием МП3О4 (табл. 1). Усреднение компонентов проведено в центробежно-планетарной мельнице «САНД».

Таблица 1 Table 1

Составы керамических масс Composition of ceramic masses

Шифр массы Содержание MrnO4, % по массе

М0 0

М1 1

М5 5

М7 7

Воздушная усадка и формовочная влажность определены по стандартным методикам [10]. Оптические характеристики горных пород получены петрографическим методом с использованием микроскопа МИН-8. Гранулометрический состав глины найден оптическим, ситовым и пипеточным методами [3]. Плотность и водо-поглощение керамики с тетраоксидом марганца определены по ГОСТ 7025-91. Коэффициент чувствительности глины к сушке получен по методике А.Ф. Чижского [11].

После обжига найдены основные показатели качества: прочность на изгиб, водопогло-щение, воздушная и огневая усадка. Прочность на изгиб определена на испытательной машине FP 10/1. Проведено по 10 испытаний каждой партии образцов.

Водопоглощение исследовано по стандартной методике в соответствии с требованиями ГОСТ 7025-91

Рентгенофазовый анализ керамики проведен на дифрактометре ART XTRA Thermo Fisher Scientific в диапазоне двойных параметров 4-64 при следующих параметрах съемки диффракто-грамм: медный анод и Ka - излучение при 40 кВ.

Дифференциально-термический анализ глины Гжельского месторождения выполнен на термоанализаторе SETARAMTGA 92-22 при нагреве до 1000 °С со скоростями 5 и 10 °С/мин.

Оксидный состав отмытой глины определен на спектрометре APL 9900 Thermoscientific (Швейцария) при следующих параметрах: кобальтовый анод и Ka - излучение при 60 кВ. Микроструктура керамики после обжига с различным содержанием МП3О4 и элементный

состав хромофорных кластеров получены с использованием сканирующего электронного микроскопа TESCANMIRA 3 LMU.

Результаты исследований

Предположим, что тетраоксид марганца в мусковитовой глине Гжельского месторождения будет являться не только компонентом, существенно влияющим на цветовые характеристики керамики, но и влиять на физическо-меха-нические характеристики конечного продукта. При введении тетраоксида марганца в состав шихт в количестве более 5 % на стадии сушки он является отощителем и снижает воздушную усадку. На стадии обжига он образовывает легкоплавкие эвтектики, увеличивая количество жидкой фазы в керамике, и интенсифицирует процессы жидкофазного спекания. Предполагается, что на границе раздел фаз при спекании будут проходить такие физико-химические процессы, как растворение, полиморфные превращения и кристаллизация с образованием различных соединений марганца, которые будут вносить свои коррективы в создание прочного каркаса керамического черепка.

Химический анализ глины показал, что в своем составе она имеет повышенное содержание оксида железа и калия (% по массе) 8Ю2 58,13— 58,89; АЬОз 20,28-20,87; Ре20з 6,07-6,32; К2О 5,56-5,67; СаО 2,89-3,11; МеО 3,01-3,12; ТЮ2 0,81-0,87; N20 0,21-0,26; Р2О5 0,20-0,22; 803 0,04-0,07; п.п.п. 5,4-6,1.

Микроскопические исследования глины Гжельского месторождения показали наличие зерен кварца и ортоклаза. Кварц, зерна которого непрозрачны и анизотропны, составляет около 75 % от общего количества примесей. Ортоклаз присутствует в виде овальных мутных зерен, контуры и поверхность которых корродированы. В незначительном количестве обнаружено наличие оксидов и гидроксидов железа, тонкодисперсных кристаллов кальцита и доломита.

Содержание примесей в глине может лежать в широких интервалах и существенно влиять на систематическую ошибку эксперимента. Количество нерастворимых примесей в глине Гжельского месторождения составило 10 %. С целью исключения систематической ошибки глина была отмыта и подвергнута рентгенофазо-вому анализу (рис. 1).

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

ТГ, %

4 S 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 60 26. град.

Рис. 1. Порошковая рентгеновская дифрактограмма отмытой глины Гжельского месторождения: □ - кварц; А - мусковит; о - нонтротит; ◊ - каолинит Fig. 1. Powder X-ray diffractogram of washed clay from the Gzhel deposit: □ - quartz; А - muscovite; о - nontronite; ◊ - kaolinite

Как видно из данных РФА, в отмытой глине присутствует тонкодисперсный кварц. Основным глинистым минералом, судя по интенсивности пиков, является мусковит. Второстепенные минералы - каолинит и нонтротит.

Мусковит характеризуется эндотермическим эффектом при температуре более 850 °С.

Нонтротит - минерал подгруппы монтмориллонита имеет три эндотермических эффекта в интервале температур 125-240, 500 и 950970 °С [12].

С увеличением скорости нагрева с 5 до 10 °С/мин эндотермические эффекты дегидратации глинистых минералов глины Гжельского месторождения смещаются как в область высоких, так и низких температур (рис. 2).

Уравнение, связывающее температуру эффекта T со скоростью нагрева имеет вид

T = a ± b • lg ß,

где T - температура эффекта; ß - скорость нагрева, °С/мин; a, b - постоянные коэффициенты [13].

Для первого эндотермического эффекта дегидратации глинистого минерала, в данном случае нонтротита, при скоростях нагрева 5 и 10 °С/мин термические эффекты характеризуются температурами 127,2 и 142,8 °С соответственно.

Для описания закономерности дегидратации составлена система уравнений:

100 98 96 94 92 90

1,0

лг дек

900.ГС 0,5

\J 121,2°с 0,0

64,9°С 1

Остаточная масса: 93,39% (999,8'С) -0,5

100 200 300 400 500 600 700 800 900 °С

ТГ, % 100

98 96 94 92

Остаточная масса: 93,84 % (999,7°С)

0,5 0,0 -0,5 -1,0 -1,5

100 200 300 400 500 600 700 800 900 °С б

Рис. 2. Дереватограмма глины Гжельского месторождения при скорости нагрева 5 (а) и 10 (б), °С/мин Fig. 2. Derivative thermogravimetric analysis of clay from the Gzhel deposit at a heating rate of 5 (а) and 10 (б), °C/min

Решая систему уравнений (1), определим постоянные коэффициенты а1 и bi. Полученное выражение первого эндотермического эффекта, связывающее температуру эффекта со скоростью нагрева, имеет вид

T1 = 91,145 + 51,655-lg ß; a1 = 91,145; b1 = 51,655.

(2)

[ 127,2 = a1 + brlg5; [142,8 = a1 + b1-lg 10.

Второй эффект дегидратации глинистых минералов глины Гжельского месторождения при скоростях нагрева 5 и 10 °С/мин характеризуется температурами 475,5 и 493,4 °С соответственно. Решая систему уравнений, определим постоянные коэффициенты а2 и Ъг.

(475,5 = а2 + Ь2^5;

(.493,4 = а2 + Ь2^10.

Для второго эндотермического эффекта уравнение имеет вид

Т2 = 434,128 + 59,272^Р; (3)

а2 = 434,128; Ь2 = 59,272.

а

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

Третий эндотермический эффект, характерный для мусковита, при скоростях нагрева 5 и 10 °С/мин имеет температурные максимумы при 900,1 и 883,3 °С соответственно. При высоких температурах эндотермические эффекты могут характеризовать твердофазные реакции [13].

Определим постоянные коэффициенты аз и Ьз:

900,1 = аз - ¿3-lg5; 883,3 = а3 - 63-lg 10.

Для третьего эндотермического эффекта уравнение имеет вид

Гз = 938,929 - 55,629- lg в;

а3 = 938,929; b3 = 55,629. ()

По выражениям (2)-(4) рассчитана температура эффектов (табл. 2).

Таблица 2 Table 2

Экспериментальные и расчетные значения эндотермических эффектов глинистых минералов глины Гжельского месторождения Experimental and calculated values of endothermic effects of clay minerals from the Gzhel deposit

Эндотермические эффекты Скорость нагрева р, °С/мин Значение коэффициентов

5 10 а b

экспериментальные расчетные экспери-ментальные расчетные

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

Первый эффект 127,2 127,2 142,8 142,8 91,145 51,655

Второй эффект 475,5 475,499 493,4 493,4 434,128 59,272

Третий эффект 900,1 900,1 883,3 883,3 938,929 55,629

Как видно из табл. 2, полученные выражения с высокой точностью описывают эффекты при скоростях нагрева 5 и 10 °С/мин.

В соответствии с требованиями ГОСТ 9169-75 глина Гжельского месторождения относится к полукислому глинистому сырью. Согласно [3] она попадает в область глинистого сырья, пригодного для производства керамического кирпича и камней. Гранулометрический состав глинистого сырья в технологии керамики влияет на такие важные характеристики, как пластичность, усадка, набухание, сопротивление сдвигу и др.

Гранулометрический состав исходной глины Гжельского месторождения включает следующие фракции (% по массе):

(1,0-0,5 мм) - 1,35; (0,5-0,25 мм) - 3,95;

(0,25-0,10 мм) - 8,71; (0,10-0,05) - 11,23; (0,05-0,01 мм) - 22,12; (0,01-0,005 мм) - 11,10; (0,05-0,01 мм) - 22,12; (0,01-0,005 мм) - 11,10; (0,005-0,001 мм) - 14,63; (менее 0,001) - 27,85.

По результатам исследований гранулометрического состава глина размещена в систему треугольных координат «глина-пылевид-ные-песок», разработанную М.И. Роговым [2].

В соответствии с классификацией М.И. Рогового глина Гжельского месторождения размещается в поле, обозначенном для пластичных пылевидных глин.

Важнейшими технологическими дообжи-говыми показателями глинистого сырья являются: формовочная влажность, число пластичности, чувствительность к сушке, воздушная линейная усадка, прочность сырца после сушки (табл. 3).

Таблица 3 Table 3

Дообжиговые свойства глины Гжельского месторождения Bisque properties of Gzhel clay deposit

Формовочная влажность, % Число пластичности Воздушная линейная усадка, % Чувствительность к сушке по А.Ф. Чиж-скому Прочность сырца после сушки (105 С0)

Лизг, МПа Лсжат, МПа

21,8 14,7 8,9 1,32 1,9 6,9

Как видно из табл. 3, глина относится к умереннопластичным (число пластичности не более 15). По чувствительности к сушке глинистое сырье относится к классу среднечувстви-тельных (коэффициент чувствительности к сушке находится в пределах 1,2-1,8). По значению воздушной усадки её можно отнести к разряду среднеусадочной. По механической прочности на изгиб в сухом состоянии она относится к группе с умеренной механической прочностью.

После обжига глины с содержанием 1, 5 и 7 % тетраоксида марганца исследован фазовый состав керамики (рис. 3).

В процессе термообработки Гжельской глины с содержанием тетраоксида марганца 7 % в ней образуются якобсит нестехиометриче-ского состава Мщ,озРео,9704 и биксбиит несте-хиометрического состава (Мп^е)20з. Соединения железа представлены фаялитом состава Ре28Ю4 и вюститом нестехиометрического состава Feо,90.

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

Шифр массы Твердость, HV

M0 59,5±2,1

M1 63,4±2,5

M5 72,9±2,4

M7 80,5±2,2

Как видно из табл. 4, с увеличением содержания в керамике тетраоксида марганца микротвердость увеличивается.

Результаты испытаний исследуемых составов на основе глины Гжельского месторождения представлены в табл. 5.

Таблица 5 Table 5

Показатели качества керамики на основе глины Гжельского месторождения Quality indicators of ceramics based

Шифр массы Прочность на изгиб, МПа Водопогло- щение, % Усадка огневая, % Плотность, кг/ м3

М0 3,2 11,78 1,8 1869

М1 3,7 10,04 2,1 1887

М5 4,8 9,21 2,7 1904

М7 5,9 8,27 3,1 1966

Как видно из табл. 5, с увеличением содержания тетраоксида марганца с 1 до 7 % прочность на изгиб возрастает с 3,2 до 5,9 МПа, а во-допоглощение снижается с 10,04 до 8,27 %.

Микроструктура керамики с содержанием 7 % тетраоксида марганца представлена на рис. 4.

Рис. 3. Порошковая рентгеновская дифрактограмма обожженной керамики с содержанием 7 % тетраок-сида марганца: А - SiO2; о - Fe2SiO4 (фаялит); ■ - Mni,03Fei,97O4 (якобсит); ◊ - Feo,9O (вюстит); □ - МП3О4; ▼ - (Mn,Fe)2O3 (биксбит) Fig. 3. Powder X-ray diffractogram of fired ceramics with 7% manganese tetraoxide content: А - SiO2; о - Fe2SiO4 (fayalite); ■ - Mni,03Fei,97O4 (jacobsite); ◊ - Feo,9O (wustite); □ - Mn3O4; ▼ - (Mn,Fe>O3 (bixbite)

Исследована микротвердость керамики с содержанием 1, 5 и 7 % тетераоксида марганца (табл. 4).

Таблица 4 Table 4

Твердость образцов керамики по Викерсу Hardness of ceramic samples by Vickers

Рис. 4. Микроструктура керамики с 7 % тетраоксида марганца: 1 - хромофорный кластер размером 50-70 мкм; 2 - хромофорный кластер размером 20-30 мкм Fig. 4. Microstructure of ceramics with 7 % manganese tetraoxide: 1 - chromophore cluster sized 50-70 цт; 2 - chromophore cluster sized 20-30 ^m.

Как видно из рис. 4, хромофорные кластеры размером 20-40 мкм имеют форму, близкую к сферической. Полученные экспериментальные данные в области фазового состава и размеров хромофорных кластеров согласуются с результатами исследований других авторов [8, 9].

Микрозондовый анализ хромофорных кластеров 1 и 2 (см. рис. 4) показал в них наличие элементов марганца и железа при соотношении, близком 1:2, что в совокупности с данными рентгенофазового анализа свидетельствует о наличии в хромофорных кластерах якобсита не-стехиометрического состава. Шпинели, к классу которых относится якобсит, имеют кубическую сингонию. Отдельные кристаллы якобсита представлены на рис. 5.

Рис. 5. Элементы хромофорного кластера размером 20-30 мкм: 1 - зона с кубическими кристаллами якобсита; 2 - кристаллы якобсита Fig. 5. Elements of the chromophore cluster with dimensions of20-30 цт: 1 - zone with cubic crystals of jacobsite; 2 - jacobsite crystals

Органолептическая оценка показала, что с увеличением содержания тетраоксида марганца с 1 до 7 % по массе цвет керамики изменился от светло-серых тонов до насыщенного черного цвета.

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

Заключение

Тетраоксид марганца можно рассматривать как мультимедийную добавку (комплексную добавку) и как корректирующий компонент, влияющий одновременно на физико-механические и эстетические свойства стеновой керамики. Тетраоксид марганца позволяет повысить как прочность стеновой керамики, так и корректировать цвет обожженных изделий.

Установлено, что с увеличением содержания тетраоксида марганца с 1 до 7 % по массе увеличиваются прочность, плотность и усадка стеновой керамики.

Показано, что в процессе спекания в стеновой керамике образуются соединения несте-хиометрического состава: биксбиит(Мп, Ре)20з, вюстит Бео,90 и якобсит МП1,озРео,9704.

Предложен механизм образования хромофорных кластеров двух типов состава якобсита: в интервале температур 800-9оо °С происходит твердофазное взаимодействие тетраоксида марганца с соединениями железа с образованием крупных хромофорных кластеров размеров 5о-70 мкм; при достижении температур 95о-Ю5о °С происходит образование легкоплавких эвтектик с участием оксидов железа и марганца и кристаллизация якобсита по механизму зародышеобразования с образованием хромофорных кластеров размером 20-3о мкм.

Представленные результаты исследований носят как теоретический, так и практический характер и могут быть рекомендованы для использования предприятиями керамической промышленности РФ.

Список источников

1. Семенов А.А. Российский рынок керамического кирпича. Тенденции и перспективы развития // Строительные материалы. 2020. № 12. С. 4-5.

2. Роговой М.И. Технология искусственных пористых заполнителей и керамики. М.: Стройиздат, 1974. 320 с.

3. АвгустинникА.И. Керамика. Л: Строийиздат, 1975.

592 с.

4. Семененко С.В., Бессмертный В.С., Соколова О.Н. Стеновая керамика на основе техногенных отходов промышленности (новые составы и технология плазменной обработки): монография. Воронеж: Научная книга, 2006. 128 с.

5. Мороз И.И. Технология строительной керамики. Киев: Высш. Школа, 1980. 160 с.

6. Разработка технологии керамического кирпича объемного окрашивания из природного и техногенного сырья / А.Ю. Столбушкин, Д.В. Акст, Е.В. Истерин, О.А. Фомина // Наукоемкие технологии разработки и использования минеральных ресурсов. 2021. № 7. С. 382-386.

7. Возможность использования в технологии стеновой керамики отходов ванадиевого производства /

B.С. Бессмертный, Н.М. Здоренко, А.В. Черкасов и др. // Стекло и керамика. 2022. Т. 95. № 7 (1135).

C. 43-5о.

8. Котляр В.Д., Небежко Н.И., Терехина Ю.В. Особенности получения клинкерного кирпича черного цвета // Строительные материалы. 2020. № 4-5. С. 97-Ю2.

9. Щикальцова В.И., Платов Ю.Т., Расулов В.А. Оценка цвет лицевого кирпича методом ЦУ-УТБ-№Я-спектроскопии // Строительные материалы.

2020. № 12. С. 16-2о.

10. Практикум по технологии керамики: учеб. пособие для вузов / Н.Т. Андрианов и др.; ред. И.Я. Гузман. М.: ООО РИФ Стройматериалы, 2оо5. 334 с.

11. Книгина Г.И., Вершинина Э.Н., Тоцки Л.Н. Лабораторные работы по технологии строительной керамики и искусственных пористых заполнителей. М.: Высшая школа, 1977. 208 с.

12. Фекличев В.Г. Диагностические спектры минералов. М.: Недра, 1977. 228 с.

13. Рамачандран В.С. Применение дифференциального термического анализа в химии цементов; пер. с англ.; под ред. В.Б. Ратинова. М.: Стройиздат, 1977. 4о8 с.

References

1. Semenov A.A. Russian market of ceramic bricks. Trends and development prospects. Building materials. 2020;(12):4-5. (In Russ.)

2. Rogovoy M.I. Technology of artificial porous fillers and ceramics. Moscow: Stroyizdat; 1974. 320 p. (In Russ.)

3. Avgustinik A.I. Ceramics. Leningrad: Stroyizdat;1975. 592 p. (In Russ.)

4. Semenenko S.V., Bessmertny V.S., Sokolova O.N. Wall ceramics based on industrial waste (new compositions and plasma treatment technology): Monograph. Voronezh: Scientific Book; 2006. 128 p. (In Russ.)

5. Moroz I.I. Technology of construction ceramics. Kiev: Higher School; 1980. 160 p. (In Russ.)

ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2024. No 3

6. Stolbushkin A.Yu., Akst D.V., Isterin E.V., Fomina O.A. Development of technology for volume coloring of ceramic bricks from natural and industrial raw materials. Knowledge-intensive technologies for the development and use of mineral resources. 2021;(7): 382-386. (In Russ.)

7. Bessmertny V.S., Zdorenko N.M., Cherkasov A.V., Varfolomeeva S.V., Bondarenko M.A., Makarov A.V., Platov Yu.T., Platova R.A. Possibility of using waste from vanadium production in ceramic wall technology // Glass and Ceramics. 2022;95(7):43-50. (In Russ.)

8. Kotlyar V.D., Nebezhko N.I., Terekhina Yu.V. Features of obtaining black clinker brick. Building materials. 2020;(4-5):97-102. (In Russ.)

9. Shchikaltsova V.I., Platov Yu.T., Rasulov V.A. Evaluation of the color of facing brick by UV-VIS-NIR spectroscopy. Building materials. 2020;(12):16-20. (In Russ.)

10. Andrianov N.T. et al. Workshop on ceramic technology: Textbook for universities. Ed. by Prof. Guzman I.Ya. Moscow: LLC RIF "Building materials"; 2005. 336 p. (In Russ.)

11. Knigina G.I., Vershinina E.N., Totsky L.N. Laboratory work on the technology of construction ceramics and artificial porous fillers. Moscow: Higher School; 1977. 208 p. (In Russ.)

12. Feklichev V.G. Diagnostic spectra of minerals. Moscow: Nedra;1977. 228 p. (In Russ.)

13. Ramachandran V.S. Application of differential thermal analysis in cement chemistry. Ed. by V.B. Ratinov; transl. from English. Moscow: Stroyizdat; 1977. 408 p. (In Russ.)

Сведения об авторах

Варфоломеева Софья Владимировная - аспирант, кафедра «Технология стекла и керамики», Varfolomeewas@mail.ru

Бессмертный Василий Степанович - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Стандартизация и управление качеством», vbessmertnyi@mail.ru

Бондаренко Марина Алексеевна - аспирант, кафедра «Технология стекла и керамики», bond.marinka@mail.ru

Платова Раиса Абдулгафаровна - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Товароведение и товарная экспертиза», raisa.platova@yandex.ru

Information about the authors

Sofya V. Varfolomeeva - Graduate Student, Department «Glass and Ceramics Technology», Varfolomee-was@mail.ru

Vasily S. Bessmertnyi - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department «Standardization and Quality Management», vbessmertnyi@mail.ru

Marina A. Bondarenko - Graduate Student, Department «Glass and Ceramics Technology», bond.marinka@mail.ru

Raisa A. Platova - Cand. Sci. (Eng.), Assistant Professor, Department «Commodity Research and Commodity Expertise», raisa.platova@yandex.ru

Статья поступила в редакцию / the article was submitted 07.06.2024; одобрена после рецензирования / approved after reviewing 24.06.2024; принята к публикации / acceptedfor publication 27.06.2024.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.