CC BY
42
Библиографический список
1. Баликов С.В., Дементьев В.Е., Минеев Г.Г. Обжиг золотосодержащих концентратов. Иркутск: ОАО «Иргиредмет», 2002 г. 416 с.
2. Xstrata Technology, Core Resources and Aker Kvaerner (now Aker Solutions) / M. Hourn [et al] // Benefits of Using The Albion Process for a North Queensland Project, and a Case Study of Capital and Operating Cost Benefits Versus Bacterial Oxidation and Pressure Oxidation: Randol Innovative Metallurgy Forum. Australia: Perth, 2005.
3. Description of biotechnology expertise used in the treatment of refractory gold ores // Gencor metallurgical engineering department. 1988, Febr. 33 p.
4. Thomas K.G. Pressure oxidation overview // Advances in gold ore processing / Edited by M.D. Adams. 2005. Chapter 15. P. 346-369.
5. Епифоров А.В. и др. Выбор технологии переработки флотоконцентрата руды Березняковского месторождения // Цветные металлы. 2013. № 11. С. 32-35
6. Набойченко С.С. и др. Автоклавная гидрометаллургия цветных металлов. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2008. Т. 1. 376 с.
7. Епифанов А.В., Агапов И.А. Практические проблемы внедрения технологии РОХ на АГМК // Минерально-сырьевой комплекс России - новые рубежи и вызовы (Май-некс Россия 2014): материалы 10-го горнопромышленного форума [Электронный ресурс]. Москва. БЦ «Деловой». 2014 [Электронный оптический диск CD-Rom]. http://www.minexrussia.com/2014/ru/forum-speakers-ru.
8. Miller J.D., Wan R.-Y., Diaz X. Preg-robbing gold ores // Advances in gold ore processing. Edited By M. D. Adams, 2005. Chapter 38. P. 937-972.
9. Лях С.И., Клементьев М.В., Шнеерсон Я.М. Автоклавная пилотная установка для проведения полупромышленных испытаний по окислению сульфидных флотационных концентратов золотосодержащих руд // Цветные металлы -2012: сб. докладов IV международного конгресса Красноярск, 2012. С. 584-589.
УДК 666.3
ВЛИЯНИЕ ДОБАВОК КАЛЬЦИЙКАРБОНАТНОГО СЫРЬЯ НА ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КЕРАМИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ
1 9
© Н.В. Легостаева1, Т.Ю. Нестерова2
Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Приводятся результаты исследования добавок кальцийкарбонатного сырья на физико-механические свойства образцов. Установлено, что при обжиге свыше 1000 °С образуется пористая структура образцов, в результате чего снижается механическая прочность керамики. При обжиге до 1000 °С добавка кальцийкарбонатного сырья существенно не влияет на физико-механические свойства керамики. Керамика с добавками отмытого шлама имеет более высокую прочность.
Ключевые слова: глинистое сырье; отходы; минеральный шлам; физико -механические свойства керамики; шлам сользавода.
EFFECT OF CALCIUM CARBONATE RAW MATERIAL ADDITIVES ON PHYSICO-MECHANICAL PROPERTIES OF CERAMIC PRODUCTS N.V. Legostaeva, T.Yu. Nesterova
Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The paper presents the results of studying the additives of calcium carbonate raw materials on physical and mechanical properties of samples. It is found out that a porous structure of samples is formed under the firing at the temperature higher than 1000°C that results in reduced mechanical strength of ceramics. If firing is carried ou t under the temperatures lower than 1000°C the additive of calcium carbonate raw materials does not have any significant effect on physical and mechanical properties of ceramics. Ceramics with the addition of washed sludge is characterized with a higher strength.
Key words: clayed raw materials; waste; mineral sludge; physico-mechanical properties of ceramics; salt plant sludge.
Развитие промышленного и гражданского строительства сопровождается увеличением объемов производства строительных материалов и изделий различного назначения и номенклатуры. Керамические изделия занимают одно из ведущих мест на рынке строительных материалов [1].
В XXI в. роль керамического кирпича в строительстве не изменилась. Однако значительно уменьшилась сырьевая база для производства высококачественной продукции. Это обусловливает высокую актуальность разработки новых эффективных способов, обеспечивающих выпуск конкурентоспособной про-
1Легостаева Наталья Владимировна, кандидат технических наук, доцент кафедры химической технологии неорганических веществ и материалов, тел.: 89642116322, e-mail: htnv@istu.edu
Legostaeva Natalia, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Chemical Technology of Inorganic
Substances and Materials, tel.: 89642116322, e-mail: htnv@istu.edu
2Нестерова Татьяна Юрьевна, аспирант, тел.: 89246209527, e-mail: tn16111962@mail.ru
Nesterova Tatiana, Postgraduate, tel.: 89246209527, e-mail: tn16111962@mail.ru
дукции на основе ресурсосбережения и обеспечения высокого качества кирпича при применении запесо-ченных глин, суглинков, местных некондиционных глин различных месторождений. В производство керамического кирпича вовлекается все больше низкосортного сырья, использование которого без корректирующих добавок не позволяет получать изделия с требуемыми характеристиками [2]. Одной из таких добавок могут являться минеральные шламы - отходы производства поваренной соли (г. Усолье-Сибирское).
В работе исследовалось влияние добавок каль-цийкарбонатного сырья на физико-механические свойства строительной керамики. В качестве каль-цийкарбонатного сырья использовался шлам завода по производству поваренной соли; шлам добавляли в высушенном состоянии (шлам) и после удаления пы-леватых частиц (отмытый шлам).
Основными компонентами шлама являются карбонат кальция, хлорид натрия. По массовому содержанию карбоната кальция содержится 97,73% масс., а хлорида натрия - 1,27% масс. Карбонатные отходы состоят в большей степени из пылеватой фракции (83%) с размерами частиц от 0,01 до 0,06 мм. Химический состав шлама представлен в табл. 1.
Рентгенофазовый анализ шлама проведен на рентгеновском дифрактометре D8 ADVANCE с использованием Cu-излучения (40 кВ, 40 mA). На ди-фрактограмме (рис. 1) минеральный шлам представлен кальцитом, галитом, присутствуют следы гидрок-сида магния, сульфата натрия и других компонентов.
Электронно-микроскопические исследования позволили установить, что карбонат кальция в шламе представлен дисперсными сферическими частицами, которые имеют форму гвоздики (рис. 2, а). В отмытом шламе частицы более «рыхлые», отсутствуют мелкие, пылевидные частицы (рис. 2, б), в отличие от частиц высушенного шлама (рис. 2, а).
к
Угон анфрягаии - в. гр*з
Рис. 1. Дифрактограмма шлама сользавода
Используемые в работе глины Олонского, Ново-мальтинского, Максимовского месторождений относятся к легкоплавким глинам, глина Шара-Кундуйского месторождения - к тугоплавким. По химическому составу глинистые породы относят к кислым и полукислым с высоким содержанием красящих оксидов (от 4% до 7%. Химический состав исследованных глин представлен в табл. 2.
Опытные образцы готовили полусухим прессованием с последующей сушкой в сушильном шкафу. Обжиг производили при температурах 900-1100°С с выдержкой при конечной температуре 1 час. Обожженные образцы подвергались визуальному контролю.
Влияние добавки на спекаемость строительной керамики после обжига отслеживалось по изменению водопоглощения, прочности при сжатии образцов. Определение водопоглощения проводили согласно ГОСТ 7025-91 Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости, определение прочности при сжатии образцов по ГОСТ 8462-85 Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе.
Таблица 1
Химический состав шлама
Наименование сырья Содержание оксидов, масс. %
SiO2 TiO2 AbOs Fe2Os MgO CaO MnO Na2O K2O P2O5 Атпрк
Шлам 0,72 0,02 <0,40 0,29 2,97 49,31 <0,03 1,70 0,03 <0,02 44,70
Отмытый шлам 1,82 0,81 0,04 0,48 3,21 48,88 <0,03 0,60 0,04 <0,02 43,40
Рис. 2. Частицы кальцийкарбонатного сырья. Увеличение х 5000. Электронный растровый микроскоп
№01 СМ - 6000: а - шлам, б - отмытый шлам
Таблица 2
Химический состав глин
Наименование сырья Содержание оксидов, масс. %.
бЮ2 ЛЬОз ТЮ2 Ре2О3 СаО МдО К2О №2О
Глина олонская 56,12 14,70 0,80 5,91 8,40 2,71 1,95 1,43 7,98
Глина новомальтинская 53,99 13,33 0,87 6,35 8,53 6,56 1,67 1,41 7,29
Глина максимовская 57,75 15,95 0,92 7,12 4,95 3,14 1,91 1,65 6,61
Глина шара-кундуйская 56,6 19,11 0,80 3,79 0,54 0,50 3,1 0,36 6,40
Изменение физико-механических свойств образцов на основе используемых в работе глин после обжига в зависимости от содержания шлама в массе представлены на рис. 3-10.
На рис. 3 видно, что образцы строительной керамики на основе шара-кундуйской глины с 5-10% шлама и отмытого шлама, обожженные при 900°С, имеют прочность в 2 раза выше по сравнению с прочностью образцов без добавки. После обжига при 1100°С прочность образцов с 5-10% отмытого и шлама пони-
жается в 2 раза по сравнению с прочностью контрольных образцов вследствие разложения карбоната кальция в шламе при температуре выше 1000°С.
Прочность образцов без добавок шлама с увеличением температуры обжига увеличивается.
Добавки шлама уменьшают водопоглощение (рис. 4), что связано с образованием пористой структуры вследствие выделения углекислого газа из карбоната кальция.
Рис. 3. Изменение прочности образцов на основе шара-кундуйской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига: 1 - содержание шлама в образцах 0%; 2 - содержание отмытого шлама в образцах 5%; 3 - содержание шлама в образцах 5%; 4 - содержание отмытого шлама в образцах 10%; 5 - содержание шлама в образцах 10%
Рис. 4. Изменение водопоглощения образцов на основе шара-кундуйской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
Образцы керамики на основе максимовской глины с добавкой 5% отмытого шлама имеют прочность в 1,4-1,3 выше по сравнению с прочностью образцов без добавки при температурах обжига 900-1000°С. Увеличение содержания шлама свыше 5% снижает прочность образцов при температурах обжига 1000-1100°С (рис. 5).
Водопоглощение опытных образцов со шламом 5-10% и отмытым шламом 10% увеличивается, с добавлением 5% и 10% шлама при температуре обжига 1100°С водопоглощение уменьшается (рис. 6).
Прочность образцов из новомальтинской глины падает из-за газовыделения при температуре обжига 1000°С и возрастает с увеличением температуры до 1100°С (рис. 7).
= 40
30
5 15 10
♦ I
/ -П2
/ х з
*-Лб
900
1000
1100
> ипдчл
огмьпого ипдчл
имама
4 -т'т- 10 •• отмытого игшм
•10'
шлама
1ечпсра1>ра о&жша, <
Рис. 5. Изменение прочности образцов на основе максимовской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
900 1000 1100
Температура оожша, °С
Рис. 6. Изменение водопоглощения образцов на основе максимовской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
Рис. 7. Изменение прочности образцов на основе новомальтинской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
При содержании добавки карбоната кальция в 1000°С, чем образцы без добавки (рис. 9). Увеличение
шихте от 5 до 10% создаются благоприятные условия количества шлама свыше 5% снижает прочность. для образования пор и получения образцов с повы- Увеличение кальцийкарбонатного сырья увеличи-
шенным водопоглощением (рис. 8). вает водопоглощение, что свидетельствует о повы-
Образцы керамики на основе олонской глины с шенной пористости обожженной керамики с преобла-
добавкой 5% шлама и отмытого шлама имеют проч- данием открытых пор (рис. 10). ность в 1,4 раза выше при температуре обжига
900 1000 1100 1емп<>рагура обжит, °С
Рис. 8. Изменение водопоглощения образцов на основе новомальтинской глины с различным содержанием шлама
и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
900 1000 1100
1ечпература обжш а. °С
Рис. 9. Изменение прочности образцов на основе олонской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
- -О- 10 " о отмытого шлама
Рис. 10. Изменение водопоглощения образцов на основе олонской глины с различным содержанием шлама и отмытого шлама в зависимости от температуры обжига
Таблица 3
Свойства полученных образцов с добавкой 5% шлама завода по производству поваренной соли
Массы (температура обжига, °С)
Свойства Свойства по Ш М Н О
ГОСТ 530-2012 (900°С) (900°С) (900°С) (1000°С)
Полученные свойства
Водопоглощение, % 6... 14 10 8 12,5 14
М 125 - не менее 10,0 МПа
Прочность при сжатии, МПа М 175 - не менее15,0 МПа М 300 - не менее 32,0 МПа М 400 - не менее 32,0 МПа 35 25 12 17
Морозостойкость Р 50 - не менее 50 циклов Р 35 - не менее 35 циклов 35 35 35 35
Плотность, кг/м 1410-2000 кг/м3 - класс 2 2010-2400 кг/м3 - класс 2,4 2024 2062 1750 1919
*Массы названы первыми буквами месторождений глинистого сырья
При обжиге образцов из олонской и новомальтин-ской глин с добавками кальцийкарбонатного сырья наблюдается осветление керамических черепков, в то время как у образцов из шара-кундуйской и максимов-ской глин изменение цвета происходит незначительно. Изменение окраски образцов из олонской и новомаль-тинской глин, вероятно, связано с повышенным содержанием в глинах оксида кальция.
Приведенные результаты исследований показывают, что эффект введения шлама в глинистые породы различен. Результаты испытаний приведены в табл. 3.
По результатам испытаний установлено, что введение добавок отмытого шлама в образцах из всех глин повышает прочностные показатели. Вероятно,
это связано с большей реакционной способностью частиц отмытого шлама, их более «рыхлой» структурой. Эта закономерность прослеживается при обжиге образцов до 1000°С. При более высокой температуре происходит диссоциация кальцийкарбонатного сырья с образованием пористой структуры образцов и соответственным уменьшением прочности.
Свойства полученных образцов с добавками кальцийкарбонатного сырья соответствуют ГОСТ 530-2012 Кирпич и камень керамические. Общие технические условия (см. табл. 3).
Результаты исследований показали, что каль-цийкарбонатное сырье можно рекомендовать как добавку в производстве керамического кирпича.
Статья поступила 17.03.2015 г.
Библиографический список
1. Юрьев И.Ю., Скрипникова Н.К. Модифицированные алюмосиликатные отходы для строительных керамических материалов // Письма о материалах. 2013. Т. 3. № 4. С.268-271.
2. Зубехин А.П., Яценко Н.Д., Филатова Е.В., Боляк В.И., Веревкин К.А. Керамический кирпич на основе различных глин: фазовый состав и свойства // Строительные материалы. 2010. № 11. С. 47-49.
