Раціональне використання природних ресурсів в технології санітарної кераміки

tiz_009_zemlia.gif Раціональне використання природних ресурсів є актуальним питанням охорони довкілля та екологічної безпеки. В значному ступені це стосується промисловості будівельних матеріалів, підприємства якої видобувають, збагачують і використовують великі обсяги сировини
[4,5].
        В технології санітарної кераміки застосовують маси, що мають забезпечити необхідні реологічні, фільтраційні та структурно-механічні характеристики при формуванні методом литва и задану ступінь спікання – водопоглинання ?0,5 мас.% при випалі на максимальну температуру 1220–12600С [6].Для вітчизняних заводів були рекомендовані склади мас, що містять мас.%: 19–22 глини, 27–30 збагачених каолінів, 18 – 22 польового шпату, 20 - 22 кварцового піска, 6 – 10 фарфорових зламків. Проте збагачення каолінів і кварц-польовошпатових матеріалів потребує відповідних витрат, що підвищує вартість сировини і погіршує економічну ефективність виробництва кераміки, вимагає вирішення питань екології в зв’язку з утворенням відходів.
        Виходячи з цього, збільшення обсягів використання незбагаченої сировини – каолінів, гранітів, пегматитів є актуальним і стало предметом наших досліджень відповідно до технології санітарної кераміки.
 
1.Характеристика об’єктів дослідження
        Об’єктами исследования стали гранитные отсевы, пегматиты и щелочные каолины Глуховецкого (Винницкая обл..), Обозновского (Кировоградская обл.), Екатерининского (Донецкая обл..) месторождений, отличающиеся по генезису и составу.
Проведенный анализ показал, что по химическому составу необогащенные каолины глуховецкий КССК и екатериновский Е2013 относятся к подгруппе щелочных и отличаются от обогащенных существенно большим содержанием K2O+Na2O ( 4,04-5,70 против 1,12-1,18 мас.%) і SiO2, значительно меньшим содержанием Al2O3 и потерь при прокаливании.
        При этом отмечаются особенности составов щелочных каолинов разных месторождений. Так екатерининский каолин Е2013 отличается от глуховецкого КССК существенно большим общинм содержанием щелочных и щелочноземельных оксидов.R2O+RO ( 7,0 против 5,1 мас.%) .
        Необогащенный обозновский каолин КО-1 по химическому составу близок к обогащен-ным типа КС-1.
        Результаты рентгеноструктурного анализа свидетельствуют о наличии в составе необогащенных каолинов КССК и Е2013 наряду с каолинитом значительного количества кварца и полевых шпатов, представленных микроклином с примесями ортоклаза, альбита и слюды. шпата. 
        Однако при аналогичности качественного минералогического состава количественные соотношения основных породообразующих минералов каолин:кварц:микроклин существенно отличаются: в случае КССК составляет 1:1:0,5, а в случае Е2013 0,4:1:1,5, то есть Е2013 характеризуется относительно меньшим содержанием каолинита при большей концентраці\ии кварца и полевого шпата. 
        Результаты анализа показывают существенные отличия в химическом составе изучаемых полевошпатовых материалов.. Очевидно, что пегматит «горный» ПТ і гранитные отсевы уступают КПШМ 0,2-2:
1. по содержанию щелочных оксидов Na2O + K2O, составляющему соответственно 7,8 против 10,7 мас.%;
2. по соотношению K2O : Na2O, составляющему соответственно 1,97-2,10 против 2,45.
        При этом благодаря относительно большему содержанию 5,27 мас.% щелочноземельных оксидов CaO+MgO гранитные отсевы имеют равное КПШМ 0,2-2 общее содержание оксидов.типа R2O+RO = 13,1 мас.%.
        Обогащенные глуховецкий и просяновский каолины типа КС-1 по содержанию 49,8 – 56,2 мас.% тонкодисперсных частиц фракций < 0,001 мм относятся к среднедисперсным, а по общему содержанию 88,1 - 89,6 мас.% частиц фракций < 0,01 мм – к высокодисперсным. Проба щелочного каолина КССК по содержанию 17,2 мас.% тонкодисперсных частиц фракций < 0,001 мм и 30,0 мас.% фракций < 0,01 мм относится к группе низкодисперсных.
        Проба щелочного каолина Е2013 по содержанию 14,0 мас.% тонкодисперсных частиц фракций < 0,001 мм и 23,6 мас.% фракций < 0,01 мм относится к группе грубодисперсных.
        На основе анализа дисперсности по содержанию наиболее тонкодисперсных частиц – менее 0,001 мм и менее 0,01 мм изучаемые каолины образуют ряды: 
        Каолин обогащенный глуховецкий КС-1 < просяновский КС-1
        Каолин необогащенный екатериновский Е2013 < глуховецкий КССК < обозновский К0-1 
2. Властивості суспензій сумішей каолінів
        Технологический процесс производства керамических материалов представляет по сути процесс формирования и последовательных превращений их коагуляционной, конденсационной и кристаллизационной структур. 
        Проведений нами аналіз водних систем сумішей каолінів дозволив виявити залежність технологічних властивостей від складу і кількісного співвідношення компонентів.
        Отримані результати експериментів свідчать про значну різницю в параметрах процесу розрідження сумішей збагачених і незбагачених лужних каолінів (рисунок 1).
 

Рисунок 1 - Залежність плинності від вологості суспензій сумішей каолінів 2С (а), 4С (в), 3С (с) і 1С (d)
        Очевидно, що суміш незбагачених лужних 2С у порівнянні з із збагаченими (1С) розріджується при значно більшій концентрації дисперсної фази (60 – 45 проти 40 – 25 мас.%) та із суттєво більшою інтенсивність на першій стадії процесу - при підвищенні вологості від 40 до 45 мас.%.
        Суміш 4С незбагачених обознівського КО-1 і катеринівського лужного Е 2013 також розріджується при більшій концентрації дисперсної фази, ніж суміш збагачених 1С (50 – 35 проти 40 – 25 мас.%) та із значно більшою інтенсивність на першій стадії процесу - при підвищенні вологості від 50 до 55 мас.%.
        Суміш 3С глуховецького збагаченого і незбагаченого лужного каолінів розріджується в більш близькому до суміші 1С інтервалі концентрацій дисперсної фази 45 – 30 мас.% з дещо більшою інтенсивністю.
        Дослідження деформаційних процесів при коагуляційному структуроутворенні суспензій виявило (табл. 1), що за характером розвитку деформацій швидкої еластичної ε0, повільної еластичної ε2 та пластичної ε1’τ вони відносяться до 4-го структурно-механічного типу, коли ε1’τ > ε0’ > ε2. Проте існує певна різниця в кількісних значеннях та співвідношенні вказаних різновидів деформації.
Таблиця 1
Структурно-механічні характеристики суспензій глинистих систем


Код

суміші


модуль швидкої елас-тичної дефор-мації

Е1∙10-4,

Па


модуль повіль-ної елас-тичної дефор-мації Е2 ∙10-4,

Па


умовна статична межа плин-ності

Pk1,

Па


най-більша плас-тична   в’яз-кість

η1∙10-2,

Па∙с


елас-

тич-

ність

λ


статична

пластич-

ність

Pk1 ∙102

η1,

c-1


період істинної

релак-

сації

θ1, c


умовний

модуль

дефор-

мації

Eε∙10-3,

ерг/см3



12,35


34,97


4,20


7,21


0,26


0,59


789,7


0,67



20,24


194,4


1,76


4,76


0,09


0,37


259,9


0,46



23,1


42,5


1,86


21,72


0,35


0,09


1451,1


1,90

        Так суспензія суміші незбагачених лужних каолінів 2С відрізняється від суміші збагачених типу КС-1 меншим розвитком ε0’, ε2  і значно більшим ε1’τ, що становлять 0,99•108, 0,10•108, 42,01•108 проти відповідно 1,62•108, 0,57•108, 27,74•108.

        Отже в суспензії суміші незбагачених лужних каолінів 2С у порівнянні з сумішшю збагачених типу КС-1 зменшується кількість найбільш міцних контактів частинок типу кут-кут, кут-ребро, ребро-ребро, характерних для ε0, та типу плоскість-кут, плоскість-ребро, плоскість-плоскість, характерних для ε2. Збільшення пластичної деформації вказує на підвищення плинності водної глинистої системи, що повністю корелюється з наведеними результатами наших експериментів (рисунок 4.1, 4.2).
        Незалежно від вказаних відмінностей у в кількісних значеннях та співвідношенні вказаних різновидів деформації суспензія суміші незбагачених лужних каолінів 2С характеризуються меншим від суміші збагачених типу КС-1 умовним модулем деформації Eε, що відображує ступінь сил молекулярної взаємодії і енергії зв’язку частинок дисперсної фази.
        Структурно-механічними факторами зменшення стійкості глинистих суспензій є зменшення найбільшої пластичної в’язкості η1, періоду істинної релаксації θ1 та збільшення статичної пластичності Згідно з цим за більшістю цих факторів суспензія суміші 2С має меншу кінетичну стійкість, ніж 1С. 
        Аналіз реологічних властивостей показує деяке зменшення Рк2 і збільшення бінгамівської в’язкості ηxm.  Суспензія суміші незбагачених каолінів 4С із застосуванням обознівсь-кого КО-1 у порівнянні з збагаченими каолінами (1С) також відзначається зменшенням ε0’, ε2’ (0,86•108, 0,47•108 проти відповідно 1,62•108, 0,57•108), проте, на відміну від 2С, значно зменшується ε1’τ (9,21•108 проти 27,74•108 для 1С і 42,01•108 для 2С), що вказує погіршення плинності, у 3-4 рази зростає Eε. Значне збільшення шведівської в’язкості η(у 3-4,5 рази) і ?1 вказує на збільшення кінетичної стійкості суспензії.
        Аналіз реологічних властивостей показує подальше зменшення Рк2 і збільшення бінгамівської в’язкості ηxm у випадку суспензії суміші 4С в порівнянні з 1С і 2С. 
 
3. Структуроутворення при термічній обробці та властивості кераміки
        На основе проведених досліджень компонентів і їх сумішей визначені определены складм мас з комплексним застосуванням незбагаченої та збагаченої сировини для виготовлення санітарної кераміки.
        За даними рентгенофазового аналізу утворена після сушки конденсаційна структура створених мас відрізняється від типової кількісним співвідношенням основних породоутворюючих мінералів - містить суттєво менше каолініту і кварцу, має більш однорідний склад польових шпатів.
        В процесі спікання при випалі формується кристалізаційна структура кераміки, що визначає кінцеві властивості виробів.Визнано, що спікання інтенсифікується з підвищенням температури, кількості та поверхневого натягу розплаву, зі зменшенням розмірів частинок дисперсної фази, а побудова розплаву має превалююче значення над в’язкістю. При цьому фарфор розглядають як пример композиційного матеріалу, в якому кристали муліта армують польовошпатову скло фазу, насичену глиноземом і кремнеземом [7]. 
        Нерозчинені кристаліти кварца і кристобаліт зменшують міцність керамічного матеріалу, їх наявність може привести до розвитку внутрішніх напружень і мікротріщин, внаслідок змін обсягу виробу при охолодженні в печі. В цьому звязку важливо, що за даними рентгено-структурного аналізу після випалу в тунельній печі на максимальну температуру 12200С кристалізаційна структура кераміки із створених мас відзначається необхідним ступенем мулітоутворення при суттєво меншій кількості кварца, який не розчинився в розплаві.
        Будівельний фарфор із нових мас характеризується необхідним ступенем спікання (водопоглинання 0,2-0,3 мас.%, густина 2,27-2,30 г/см3 , відкрита пористість 0,4-0,7 %), що забезпечує виготовлення якісних виробів санітарної кераміки.

Висновки
1.Комплексне застосування незбагаченої та збагаченої сировини підвищує ефективність використання природних ресурсів, виробництва будівельної кераміки та сприяє вирішенню проблем екології.
2. Властивості водних глинистих систем залежать від концентрації в них і типу незбага-чених каолінів, що дозволяє регулювати структурно-механічні та реологічні показники при коагуляційному структуроутворенні.
3.Кристалізаційна структура кераміки із створених мас при відносно меншому вихідному вмісті каолініту у порівнянні з типовою фарфоровою масою досягає необхідного ступеню мулітоутворення завдяки структурній недосконалості та більшій реакційній здатності породо-утворюючих мінералів лужних каолінів і розвитку кварц-польовошпатової склофази.
СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ
1. Про Основні напрями державної політики України у галузі охорони довкілля, використання природних ресурсів та забезпечення екологічної безпеки. Постанова Верховної Ради України.- Відомості Верховної Ради (ВВР) – 1998. - N 38-39 - с.248.
2. Основи екології: Підручник /Г.О.Білявський,Р.С.Фурдуй,І.Ю. Кості-ков.– 2-ге вид.– К:Либідь, 2005.– 408 с.
3. Комплексность использования минерально-сырьевых ресурсов - основа повышения экологи-ческой безопасности региона - Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН. - 2005. - 155 c.
4. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / Удачкин И.Б., Пащенко А.А., Черняк Л.П., Захарченко П.В., Семидидько А.С., Мясникова Е.А. – К.: Будівельник, 1988. – 104 с.
5. Berge Bjorn. Ecology of Building Materials. – Oxford, Architectural Press, 2001. - 480 pp.
6. Сальник В.Г., Свідерський В.А., Черняк Л.П. Сировинна база виробництва санітарно-будівельної кераміки // Наукові вісті Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. – К.: НТУУ “КПІ”. – 2006. - № 3(47) – С.135-138.
7. Граменицкий Е.Н., Котельников А.Р., Батанова А.М., Щекина Т.И., Плечов П.Ю. Экспери-ментальная и техническая петрология. - М.: Научный Мир, 2000. - 416 с.

Сальник В.Г. (Україна, Київ)
Раціональне використання природних ресурсів в технології санітарної кераміки

Збірник матеріалів ІІ-го Всеукраїнського з’їзду екологів з міжнародною участю
Скачати в форматі pdf:
http://eco.com.ua/sites/eco.com.ua/files/lib1/konf/2vze/zb_m/0073_zb_m_2VZE.pdf

Оцінка: 
0
No votes yet