CC BY
20УДК 666.32/36
A.Д. ПЕТЕЛИН1, генеральный директор, В.И. САПРЫКИН1, главный геолог;
B.А. КЛЕВАКИН2, исполнительный директор, Е.В. КЛЕВАКИНА2, главный технолог
1 ЗАОр НП «Челябинское рудоуправление» (457000, Челябинская область, п. Увельский, ул. Советская, 9)
2 ООО «НАНО КЕРАМИКА» (623103, Свердловская обл., г. Первоуральск, ул. 50 лет СССР, 18а-25)
Универсальные глины Нижне-Увельского месторождения для производства керамических строительных материалов
Обосновано повышение спроса на светложгущиеся и тугоплавкие глины со стороны предприятий производителей стеновых строительных материалов. Челябинское рудоуправление представлено как поставщик высококачественного селективного глинистого сырья с интервалом спекания 980-1300оС, которое производится в соответствии с техническим заданием потребителей с колебанием основных показателей в пределах 1%. Приведены некоторые свойства керамических стеновых изделий, изготовленных на основе глины Нижне-Увельского месторождения. Сделан вывод, что данные глины являются универсальными и пригодны для производства огнеупорных изделий, керамической плитки и высококачественных стеновых керамических материалов - клинкера и крупноформатных блоков.
Ключевые слова: глина беложгущаяся, глинистые минералы, минеральный состав, температура обжига, интервал спекания, экскаватор роторный, отвалообразователь, усреднение состава, клинкерный кирпич, крупноформатные блоки.
Для цитирования: Петелин А.Д., Сапрыкин В.И., Клевакин В.А., Клевакина Е.В. Универсальные глины Нижне-Увельского месторождения для производства керамических строительных материалов // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 11-13.
A.D. PETELIN1, Director General, V.I. SAPRYKIN1, Chief Geologist; V.A. KLEVAKIN2, Chief Executive ([email protected]), E.V. KLEVAKINA2, Engineer
1 «Cheljabinskoe rudoupravlenie» ZAO NP (9, Sovetskaja Street, Settlement Uvel'skij, 457000, Cheljabinskaja Region, Russian Federation);
2 «NANO KERAMIKA» OOO (18, A, 50 let SSSR Street, Pervoural'sk, 623100, Sverdlovskaja Region, Russian Federation)
Universality of Clays of the Nizhne-Uvelsky Deposit when Producing Ceramic Building Materials
An increase in demand for white-burning and high-melting clays from enterprise-manufacturers of wall building materials is substantiated. The Chelyabinsk Mine Group is presented as a supplier of the high quality selective clay raw material with a sintering interval of 980-1300oC which are produced in accordance with the technical specification of the consumers with variations of key indicators within 1%. Some properties of ceramic wall products produced on the basis of clays of the Nizhne-Uvelsky Deposit are presented. It is concluded that these clays are universal and suitable for production of fire-resistant products, ceramic tiles and high-quality wall ceramic materials - clinker and large-format blocks.
Keywords: white-burning clay, clay minerals, mineral composition, burning temperature, sintering interval, rotary excavator, stacker, averaging of composition, clinker brick, large-format blocks.
For citation: Petelin A.D., Saprykin V.I., Klevakin V.A., Klevakina E.V. Universality of clays of the Nizhne-Uvelsky deposit when producing ceramic building materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 11-13. (In Russian).
В настоящее время активно развивается производство различных строительных материалов, среди которых керамические блоки, керамзито-, пено-, шлако-, газобетон и др., которые по многим показателям эффективнее рядового керамического кирпича. Это является одной из причин снижения спроса на рядовой кирпич. Многие предприятия — производители керамического кирпича рассматривают перспективу перехода к выпуску лицевого кирпича, керамического крупноформатного камня и клинкера.
Большинство предприятий по производству керамического кирпича были построены в годы СССР, когда одним из основных материалов в строительстве был рядовой кирпич. В 1980—1990-е гг. началось строительство новых технологических линий преимущественно с использованием зарубежного оборудования, нацеленные на производство лицевого кирпича и/или крупноформатного камня. Однако, даже на высококлассном технологическом оборудовании не всегда можно получить качественный лицевой кирпич. Качество кирпича в значительной мере зависит от свойств глинистого сырья, используемого предприятиями.
Глины — осадочные породы, состоящие из высокодисперсных частиц собственно глинистых материалов, более крупных частиц первичных пород, воды и различных примесей. Они относятся к гидрофильным коллоидам и содержат большое количество воды, значительная часть которой находится в виде тонких прослоек, разделяющих набухшие твердые частицы. Характерные свойства глинистых суспензий определяются химико-
минералогическим составом глинистого вещества, а также видом и содержанием примесей, степенью дисперсности и отношением дисперсной фазы к дисперсионной среде.
Природные глины, имея различный гранулометрический состав, характеризуются различным содержанием высокодисперсной фракции (менее 0,1 мкм). Например, в каолинах содержится до 2% высокодисперсной фракции, в пластичных глинах — до 80%, а в бентонитовых — 10—60% [1].
Большинство предприятий по производству керамического кирпича, выпускающих рядовые изделия, используют легкоплавкое глинистое сырье. В таких глинах часто присутствует кремнезем в свободном состоянии. Установлено [2], что повышенное содержание свободного кремнезема указывает на наличие относительно большого количества песка. Это приводит к повышенной пористости керамического камня и меньшей механической прочности. Глины с повышенным содержанием песка являются непластичными, имеют низку формующую способность и низкое содержание высокодисперсной фракции. Запесоченное сырье мало пригодно или совсем не пригодно для изготовления изделий сложного профиля. К таким изделиям относятся: лицевые изделия, изделия с повышенной пустотностью и камни керамические крупноформатные.
Основным решением по расширению ассортимента выпускаемой продукции и повышению ее качества является применение глинистого сырья с улучшенными характеристиками. К такому сырью относятся глины
и. ®
научно-технический и производственный журнал
апрель 2017
11
Керамические строительные материалы
Рис. 1. Роторный экскаватор и отвалообразователь на карьере Челябинского рудоуправления
Нижне-Увельского месторождения, добываемые Челябинским рудоуправлением.
Челябинское рудоуправление одно из старейших предприятий Уральского региона. Основано в 1926 г. на базе Вознесенского и Нижне-Увельского месторождения огнеупорных и формовочных глин и Галяминского месторождения формовочных песков. В 1946 г. силами работников рудоуправления был спроектирован и изготовлен в мастерских предприятия первый роторный экскаватор. Появление такого экскаватора позволило вести добычу глины послойно и таким образом добывать большее число различных сортов глин (огнеупорных и керамических). С 1966 г. на песчаном карьере внедрена новая в то время технология добычи песка — гидромеханизированная. В настоящее время постоянно ведутся работы по модернизации и изготовлению горного оборудования собственными силами (роторных экскаваторов, отвалообразователей) (рис. 1).
Добываемые рудоуправлением огнеупорные, керамические, формовочные глины и формовочные пески широко используются в различных отраслях промышленности России и стран ближнего зарубежья. Основные потребители продукции рудоуправления — крупнейшие металлургические и машиностроительные предприятия, а также огнеупорные заводы Российской Федерации, расположенные на Урале, в Московской области, Поволжье, Сибири и на Дальнем Востоке. Сырье является универсальным по химическим и физическим свойствам среди аналогичной продукции, добываемой на Урале, полностью отвечает требованиям ГОСТ 9169—75* «Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация».
Среди горнодобывающих предприятий Урала усреднение глин производят только на Челябинском рудоуправлении. Усреднение происходит на специально оборудованных складах. Оно достигается путем постоянного перемешивания и отслеживания физико-химических характеристик глин в лаборатории. Комплекс работ позволят добиться усреднения основных показателей в пределах ±1% (рис. 2).
Основные свойства глин Нижне-Увельского месторождения и композиций на их основе постоянно изучаются на базе Южно-Уральского государственного университета.
С 2004 г. на карьерах Челябинского рудоуправления ведется селективная добыча сырья с различным содержанием Fe2Oз. Назначение селекции заключается в добыче определенных сортов глин, их смешении и усреднении на складе в соответствии с требованиями конкретного предприятия. Первым потребителем селективных сортов светложгущихся глин стало ОАО «Ревдинский кирпичный завод» (г. Ревда, Свердловская область) [3]. После
успешных испытаний и выпуска светлого кирпича на ОАО «РКЗ» глину Нижне-Увельского месторождения начали применять на других предприятиях по производству керамического кирпича, в том числе ООО «КЕММА» (Челябинск). В настоящее время продукция Челябинского рудоуправления находит широкое применение в производстве цветного кирпича на Урале и в Поволжье.
С 2005 г. глина Нижне-Увельского месторождения широко используется на крупных предприятиях по производству керамического кирпича в качестве самостоятельного сырья для получения лицевых изделий светлых тонов или в качестве добавки к основной легкоплавкой глине для расширения цветовой гаммы продукции и улучшения физико-керамических свойств изделий. С 2016 г. на ОАО «РКЗ» данную глину используют в качестве добавки при производстве камня керамического крупноформатного для улучшения формующей способности и увеличения пластичности сырца.
В 2010 г. были проведены исследования по определению минерального состава кирпича, изготовленного из глины Нижне-Увельского месторождения с добавлением металлургического шлака. Температура обжига такого кирпича составляет 1020оС.
Минеральный состав (качественный фазовый состав) кирпича был определен рентгенофазовым анализом. При этом выявлено, что образец кирпича содержит в значительном количестве кварц SЮ2, гематит а^е203 и диопсид. Более точный фактический минеральный состав определен петрографическим методом (см. таблицу). Реальный минеральный состав представлен преимущественно, мас. %: стеклофазой 41—50, кварцем 15—35, анортитом 5—22 и диопсидом 8—12. Также присутствуют шпинель, магнетит и металлическое железо [4].
Рис. 2. Усреднение глинистого сырья в карьере
научно-технический и производственный журнал ГР^^ГГ^Л'^гЛдШ ~12 апрель 2017 Й - ГЗЙЙЫ^ 9
Минеральный состав кирпича из глины Нижне-Увельского месторождения с добавлением металлургического шлама, обожженного при температуре 1020оС
Минералы Содержание минералов, мас. %*
Название Химическая формула
Гематит a-Fe2O3 3-4 / 3,5
Кварц ß-SiO2 30-35 / 32,5
Стеклофаза R2O-RO-R2O3-nSiO2 46-50/ 48
Анортит CaO-Al2O3-2SiO2 6-8 / 7
Диопсид CaO-MgO-2SiO2 8-10/9
Магнетит FeO-Fe2O3 <0,5
Железо (металлическое) a-Fe <0,3
* Перед чертой - пределы содержания, за чертой - среднее значение.
Интервал спекания глины Нижне-Увельского месторождения составляет 980—1300оС. Это позволяет использовать ее в том числе для производства клинкерного кирпича. Клинкер в настоящее время пользуется все большим спросом. Все это обусловлено физико-химическими превращениями при обжиге изделий. Спекание керамических материалов, при котором происходит формирование основных свойств готовой продукции, идет в несколько этапов. Первоначально происходит образование жидкой фазы, посредством которой идет взаимодействие между частицами, после чего начинается процесс кристаллизации муллита 3Al2O3-SiO2. При максимальной температуре происходит перекристаллизация с получением пор, которые помогают диффузионному процессу равномерного распределения и гомогенизации на структурном уровне — стеклофазы, муллита и кристаллов кварца [5].
Термодинамическое разложение коалинита на ме-такаолин и воду становится возможным при температуре 527оС:
Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O = Al2O3 • 2SiO2 + 2H2O Al2O3 • 2SiO2 ^ 1/3(Al2O3 • 2SiO2) + 4/3SiO2.
Образование муллита начинается при температуре 900оС. 3Al2O3 • 5SiO2 образует игловидные, призматические и волокнистые кристаллы с ясно различимой совершенной спайностью. Именно образование муллита и различных шпинелевидных модификаций кварца обеспечивает возможность получения высокомарочного керамического кирпича. При температуре 1100—1300оС муллит переходит в новую модификацию — кристобал-лит, что способствует большему уплотнению частиц в объеме и, как следствие, к сужению образовавшихся пор. Это приводит к значительному снижению водопо-глощения готовых изделий [6].
Таким образом, глины Нижне-Увельского месторождения универсальны и находят все большее применение не только для производства огнеупорных изделий и керамической плитки, но и для производства керамических лицевых изделий, а также и для производства клинкерного кирпича и камня керамического крупноформатного в соответствии с ГОСТ 530—2012.
Список литературы
1. Бобкова Н.М. Физическая химия тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. Минск: Вышэйшая школа, 2007. С. 301.
2. Семериков И.С., Михайлова Н.А., Башкатов Н.Н. Технология строительных керамических материалов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2008. С. 256.
3. Гомзяков В.В., Клевакин В.А., Иванова О.А. Перспективы развития ОАО «Ревдинский кирпич-
ный завод» на 2007 год // Строительные материалы. 2007. № 2. С. 39-41.
4. Петелин А.Д., Сапрыкин В.И., Клевакин В.А., Клевакина Е.В. Особенности применения глин Нижнеувельского месторождения в производстве керамического кирпича // Строительные материалы. 2015. № 4. С. 28-30.
5. Кащеев И.Д., Гомзяков В.В., Клевакин В.А. Производство цветного керамического кирпича // Вестник УГТУ-УПИ. 2005. № 14. С. 186-188.
6. Семериков И.С., Михайлова Н.А. Основы технологии художественной керамики. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. С. 264.
References
1. Bobkova N.M. et al. Obshchaya tekhnologiya silikatov [General technology of silicates]. Minsk: Vyshjejshaja shkola. 2007. 301 p.
2. Semerikov I.S., Mihajlova N.A., Bashkatov N.N. Tehnologija stroitel'nyh keramicheskih materialov [Technology of construction ceramic materials]. Ekaterinburg: UGTU-UPI. 2008. P. 256.
3. Gomzyakov V.V., Klevakin V.A., Ivanova O.A. Perspectives of development of «Revdinskiy brick factory» for 2007. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2007. No. 2, pp. 39-41. (In Russian).
4. Petelin A.D., Saprykin V.I., Klevakin V.A., Klevakina E.V. Features of the use of nizhneuvelsky deposit clays in production of ceramic brick Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2015. No. 4, pp. 28-30. (In Russian).
5. Kashcheev I.D., Gomzyakov V.V., Klevakin V.A. Manufacture of colored ceramic bricks. Vestnik UGTU-UPI. 2005. No. 14, pp. 186-188. (In Russian).
6. Semerikov I.S., Mikhailova N.A. Osnovy tekhnologii khudozhestvennoi keramiki [The basic technology of artistic ceramics.]. Ekaterinburg: UGTU-UPI. 2005. 264 p.
Книга «Керамические пигменты»
Авторы - Масленникова Г.Н., Пищ И.В.
В монографии рассмотрены физико-химические основы синтеза пигментов, в том числе термодинамическое обоснование реакций, теория цветности, современные методы синтеза пигментов и их классификация, методы оценки качества. Приведены сведения по технологии пигментов и красок различных цветов и кристаллических структур. Описаны современные методы декорирования керамическими красками изделий из сортового стекла, фарфора, фаянса и майолики. Книга предназначена для научных сотрудников, студентов, специализирующихся в области технологии керамики и стекла, а также для инженерно-технических работников, занятых в производстве керамических изделий и красок.
Заказать литературу можно через редакцию, направив заявку произвольной формы по факсу: (499) 976-22-08, 976-20-36;
e-mail: [email protected], www.rifsm.ru
fj научно-технический и производственный журнал
У "rJt r=Jbr
M' r^il,
апрель 2017 13
®
