CC BY
13
УДК666.3.002.2
В.И. Ремизникова, О.В. Спирина
ВЛИЯНИЕ АЛЮМОНАТРИЕВЫХ ОТХОДОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА НА СВОЙСТВА АМОРФНОГО КРЕМНЕЗЕМА
Современный рынок предлагает большое разнообразие керамических материалов, которые придают зданиям неповторимый облик. Средняя полоса России насыщена большим количеством легкоплавких глин с высоким содержанием соединений железа, которые с успехом применяются в производстве керамического кирпича, но цветовая гамма их представлена только красно-коричневыми тонами. Поэтому керамический кирпич светлых тонов является востребованным и актуальным материалом в современном строительстве.
Перед нами встала задача подбора составов таких керамических масс, которые после обжига давали бы черепок светлых тонов и имели бы водопоглощение и прочностные свойства, соответствующие ГОСТу.
Известно, что на территории Татарстана и во всем Среднем Поволжье отсутствуют залежи каолинов, тугоплавких и огнеупорных глин, дающих в процессе обжига черепок белого цвета. Ближайшие месторождения находятся в Свердловской области (Невяновское месторождение) и в Башкирии (Тавтиманское месторождение). В качестве заменителя глин можно было бы использовать аморфные кремнеземистые породы (диатомиты, трепелы, опоки, имеющие химический состав mSiO2•nH2O), которые широко распространены на территории России, в частности, в районах, граничащих с Республикой Татарстан. Однако, они обладают рядом недостатков: высокой пористостью, низкой прочностью и высокой температурой обжига. Поэтому целью данной работы стало изучение возможности модификации аморфных кремнеземов добавками для устранения указанных недостатков.
Кремнеземистые опаловые породы по своим технологическим и физико-технологическим свойствам можно разделить на 3 группы.
В первую группу входят хорошо вспучивающиеся опаловые породы, содержащие наибольшее количество глинистого вещества (от 20 до 40%), а содержание активного кремнезема в них составляет от 25 до 40%. Температура размягчения опаловых пород первой группы составляет 980-11500 С
Породы второй группы содержат меньше глинистого вещества (от 25 до 35%) и вспучиваются только при введении органических добавок при температуре 1030-12000С.
Породы третьей группы отличаются минимальным содержанием глинистых примесей (10-15%) и большим
количеством кремнистого вещества. При обжиге требуется температура выше 12500С, при этом гранулы вспучиваются.
В качестве основного сырья по географическим признакам нами был выбран диатомит Инзенского месторождения Ульяновской области, суммарные запасы которого превышают 70 млн. м3. В настоящее время из диатомитового сырья выпускают теплоизоляционный кирпич на Инзенском диатомовом комбинате и на заводе “Свет” Инзенского района Ульяновской области.
Предварительные исследования показали, что на базе диатомита можно получать диатомитовый кирпич с высокими техническими показателями. Благодаря сырью, кирпич обладает малым весом при сохранении высокой прочности и даже целебным антисептическим эффектом, подобно извести. Замечено, что вода в карьере, где идет добыча диатомитов, никогда не цветет. В связи с низким содержанием побочных включений кирпич не дает белых высолов на стенах, бороться с которыми сложно и дорого.
Диатомит Инзенского месторождения представляет собой кремнеземистую осадочную породу светлосерого цвета, более чем на 50% состоит из панцирей диатомий и древних морских водорослей, обладает большой пористостью, микроскопические воздушные полости в структуре сырья обеспечивают превосходные теплоизолирующие свойства материала. По зерновому составу приближается к глине с формовочной влажностью 40-50%, огнеупорностью 1400 - 15000С, водопоглощением 45-60%.
Проведенные исследования показали, что, модифицируя аморфный кремнезем добавками, вступающими с ним в химическое взаимодействие при высокой температуре, можно значительно повысить физико-механические свойства изделий: механическую прочность, водостойкость и снизить температуру обжига. Одной из таких добавок являются отходы гальванического производства Казанского авиационного производственного объединения имени Горбунова, содержащие алюминат натрия (см. таблицу 1). Алюмонатриевые отходы использовали в виде шлама, который вводили в состав масс вместе с водой затворения, формование образцов-кубиков (40x40x40 мм) осуществляли пластическим способом. Образцы просушивали до остаточной влажности 3-5% и обжигали в муфельных лабораторных печах при температурах 950, 1000 и 11000С.
Таблица 1
Химический состав сырьевых материалов
Наименование материала Содержание оксидов, %
8Ю2 АІ203 Ре20э Са0 Мв0 80э Я20 Я0 П.п.п. 8
Диатомит 76,54- 83,83 4,93- 7,20 1,84- 4,92 1,76 0,3- 1,37 0,27 0,43- 3,68 0,85- 1,97 3,61- 8,0
Алюмонатриевые отходы 2,74 47,68 2,4 0,97 8,6 2,85 21,0 0,37 31 4,71
В процессе обжига алюминат натрия, взаимодействуя с кремнеземом, образует легкоплавкие эвтектики силиката натрия, в которых растворяется глинозем. Вследствие этого из расплава выкристаллизовываются такие высокопрочные и химически стойкие соединения, как муллит (3А1203-28і02), нефелин (№20-Л1203-28і02) и полевой шпат типа альбита (№20-Лі203-68і02), значительно повышающие физико-механические свойства готовых изделий. Результаты испытаний образцов представлены в таблице 2.
Исследования показывают, что, модифицируя аморфный кремнезем, в данном случае диатомит Забалуйского месторождения, алюмонатриевыми добавками, можно в 2 раза повысить прочность изделий и снизить в 3 - 4 раза водопоглощение. Максимальное количество алюмонатриевой добавки составляет 20%. При дальнейшем увеличении содержания добавки на поверхности образцов наблюдается белый налет карбоната натрия, вследствие карбонизации гидроксила натрия углекислотой воздуха. Содержание жидкой алюмонатриевой добавки также не должно
Таблица 2
Зависимость физико-механических свойств диатомита от содержания алюмонатриевой добавки
при различных температурах
№ сост. Состав шихты, масс. % Температура обжига, 0С Объемная масса, кг/м3 Водопо- глощение, % Предел прочности при сжатии, МПа Предел прочности при сжатии после водопоглощения, МПа
Диатомит Алюмо- натриевые отходы
950 930 51 5,5 3,05
1 100 - 1000 900 49 6,3 3,3
1100 1150 34 19,8 13,6
950 880 50 6,0 3,6
2 95 5 1000 960 46 24,4 10,9
1100 1260 29 30,4 23,3
950 890 49 8,3 6,3
3 90 10 1000 910 45 25,3 19,8
1100 1265 24 31,2 16,5
4 80 20 950 1000 1100 890 920 1340 24 46 44 18.2 31,2 8,8 28,4 37,6 16,5 6,6 19,9 20,2
превышать 25-30% во избежание карбонизации. Максимальное действие добавки наблюдается при температурах 11000С и выше.
Результаты исследования свидетельствуют, что оптимальное количество добавки для диатомита составляет 20% алюмонатриевых отходов при температуре обжига 11000С. При этом изделия имеют прочность 31-37 МПа при водопоглощении 18%, что говорит о необходимости введения в состав керамических масс отощающих добавок (шамота). На базе диатомита с алюмонатриевой добавкой можно изготавливать облицовочные плитки и лицевой кирпич.
Литература
1. Химическая технология керамики: Учеб. пособие для вузов / Под ред. проф. И.Я. Гузмана. - М.: ООО РИФ “Стройматериалы”, 2003. - 496 с.
2. Михайлов В.И., Кривоносова Н.Т. Технология производства керамических изделий на основе отходов промышленности. - Киев: “Будивельник”, 1983. - 80 с.
3. Крупин А.Н., Петрихина Г.А. и др. Пористые заполнители из кремнеземистых опаловых пород // Строительные материалы, .№3, 1973.
