Библиографическое описание:

Колпаков А. В., Куликов В. А., Абдрахимов В. З. К вопросу о степени спекания легкоплавких глин различного химико-минералогического состава [Текст] // Технические науки в России и за рубежом: материалы II междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — М.: Буки-Веди, 2012. — С. 110-113.

Исследовано влияние соотношения гидрослюда/монтмориллонит на спекание гидрослюдистых и полиминеральных Самарских легкоплавких глин. Установлено, что оптимальное значения соотношения гидрослюда/монтмориллонит =1,574,3 при 1100оС способствует спеканию керамических образцов.

Ключевые слова: гидрослюда, каолинит, монтмориллонит, легкоплавкие глины, спекаемость, степень спекания, химико-минералогический состав.


Спекание – сложный физико-химический процесс, проходящий при высоких температурах в смесях кристаллических тел или порошковых прессовках. При спекании происходит уплотнение и упрочнение тел или прессовок, внешне проявляющееся главным образом в изменении объема, увеличении плотности и уменьшении массы. Основные идеи, определяющие направление многих исследований в области физики спекания получили теоретическое и практическое освещение. Спекание исходных материалов при получении керамики происходит в твердой фазе. В настоящее время не существует исчерпывающей и законченной теории спекания керамических материалов, учитывающей комплексное влияние всех относящихся сюда факторов: рекристаллизации, роли жидкой фазы, действия примесей, термодинамических условий и т.д. Отмеченные три возможных механизма спекания, вернее, усадки: объемное диффузионное течение, поверхностная диффузия, пластическое течение, дискутируются и по сей день. Спекание окислов в твердой фазе начинает развиваться тогда, когда подвижность ионов при нагревании значительно интенсифицирует процессы диффузии, обусловливающие «обмен местами» между ионами или просто перемещение ионов (или вакансий) из одного положения в кристаллической решетке в другое. Процессы свидетельствуют о важной роли энергетических факторов в развитии спекания.

Исследование глин многочисленных месторождений показало, что их спекаемость определяется химико-минералогическим составом 1. При производстве керамических изделий необходимо использовать хорошо спекающиеся глины (водопоглощение 5%).

В большинстве областей Поволжья отсутствуют или ограничены месторождения хорошо спекающихся легкоплавких глин. Перевод производства керамических материалов Самарской области на современную полностью автоматизированную и механизированную технологию потребует применения местных неспекающихся глин.

В работах 1-2 было показано, что спекание каолинито-монтмориллонитовых глин зависит от соотношения каолинит/монтмориллонит. При этом было показано, что наилучшая спекаемость отмечается у глин, соотношение указанных компонентов которых составляет от 4 до 7 2. Но до настоящего времени не была исследована зависимость спекания гидрослюдисто-монтмориллонитовых глин от соотношения гидрослюда/монтмориллонит (г/м). Учитывая, что в самарских легкоплавких глинах глинистый минерал в основном представлен гидрослюдой, исследование спекания смесей гидрослюдистых и монтмориллонитосодержащих глин и разработка на этой основе низкотемпературных масс представляет интерес.

Изучение степени спекания проводилось на четырёх наиболее представительных Самарских легкоплавких глинах, на которых работают керамические заводы. Химико-минералогические составы и технологические свойства исследуемых Самарских легкоплавких глин приведены в таблицах 1-3.

Таблица 1

Химические составы глинистых материалов

Глинистые материалы месторождений

Содержание оксидов, мас. %

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

Fe2O3

R2O

SO3

П.п.п.

Кротовского

56,2

14,2

9,17

1,25

9,92

2,3

0,3

7,4

Образцовского

62,13

13,25

2,0

1,32

5,72

1,5

1,01

8,8

Воздвиженского

58,38

14,63

4,35

1,92

7,52

3,23

2,01

7,64

Смышляевского

58,89

13,43

4,8

2,7

7,2

2,0

0,05

7,8


Таблица 2

Минералогический состав глинистых материалов

Глинистые материалы месторождений

Содержание минералов, мас. %

Гидро-слюда

Кварц

Гипс

Поле-вой шпат

Каоли-нит

Монт-морил-лонит

Оксиды железа

Кротовского

28

25

8

15

5

12

7

Воздвиженского

37

30

3

15

9

6

Образцовского

10

25

3

8

5

45

4

Смышляевского

5

25

3

10

52

5

Таблица 3

Технологические свойства глинистых материалов

Глинистые материалы месторождений

Число плас-тич-ности

Содержание глинистых частиц (размером менее 0,005 мм)

Огнеупор-ность, оС

г/м

По спекаемости

Кротовского

15-20

30-50

1180-1200

2,3

Спекается

Воздвиженского

12-15

20-40

1150-1200

4,3

Спекается

Образцовского

15-24

40-55

1320-1350

0,24

Не спекается

Смышляевского

25-55

55-65

1150-1200

0,1

Не спекается


Как видно из таблицы 3, для проведения исследований было взято две глины спекающиеся и три – не спекающиеся. При соотношении г/м от 2,3–4,3 глины спекаются, а при значениях г/м менее 0,1-0,24 – не спекаются.

Для анализа размера частиц исследуемых легкоплавких глин был проведен металлографический анализ на микроскопе МИН-8М при увеличении в 200 раз (Х200). Частицы глины растворялись в спирте, наносились на стекло и фотографировались с помощью фотоаппарата. Для того чтобы точно определить размеры частиц, было заснято несколько участков объекта. Используя шкалу объект микрометра (1 деление = 0,01 мм), в сфотографированной глине можно определить средний размер частиц глины. Средний размер частиц – 0,001 – 0,01 мм (1 – 10 мкм, рисунок 1).

Рис. 1. Металлографический анализ исследуемых легкоплавких глин:

а) кротовской; б) образцовской; в) смышляевской; г) воздвиженской


Как видно из рисунка 1 (б и в) наиболее мелкие глинистые частицы имеют глины Образцовского и Смышляевского месторождений, что должно способствовать спеканию, но данные таблицы 3 показывают обратное.

Изучение степени спекания при обжиге смесей, приведенных в таблице 4, проводили на плитках размером 100х100х10 мм, изготовленных методом пластического формования. Высушенные образцы-плитки до влажности 5-6% обжигали в лабораторной печи при температуре 1100оС с интервалом 50оС. Изотермическая выдержка при максимальной температуре – 30 мин.

Таблица 4

Составы керамических масс, соотношение г/м и усредненное водопоглощение

Глинистые материалы месторождений

Содержание компонентов, мас. %

1

2

3

4

5

6

Кротовского

90

80





Воздвиженского



90

80



Образцовского





90

80

Смышляевского

10

20

10

20

10

20

Водопоглощение, %

4,8

5,3

4,5

4,7

5,8

6,2

Соотношение г/м

1,57

1,17

2,5

1,77

0,20

0,18


На рисунке 2 показано влияние соотношения г/м на водопоглощение. Как видно из рисунка 2 при увеличении соотношения г/м до 4,3 водопоглощение заметно снижается от 6,4 до 4,1%. Дальнейшее увеличение приводит к заметному повышению водопоглощения. Наименьшее водопоглощение (4,1%) образцы имеют при г/м=4,3 (воздвиженская глина=100%, таблица 3).

Рис. 2. Зависимость водопоглощения керамических смесей от соотношения г/м


Добавка в неспекающиеся глины Воздвиженского месторождения 10-20% глины Смышляевского месторождения способствует спеканию образцов до 4,5-4,7 (таблица 4, состав 3-4, рисунок 2). Образцы из глины Кротовского месторождения перестают спекаться при добавлении к ней 20% глины Смышляевского месторождения (табл. 4, состав 2, рисунок 2).

Введение Смышляевской монтмориллонитовой глины в полиминеральную глину Образцовского месторождения, как показали исследования, оказывает заметное положительное влияние на спекание образцов при температуре обжига 1100оС (таблица 4, состав 3-4, рисунок 2).

Таким образом, исследование влияния соотношения гидрослюда/монтмориллонит на спекание гидрослюдистых и полиминеральных Самарских легкоплавких глин показало, что оптимальное количество соотношения гидрослюда/монтмориллонит = 1,574,3 при 1100оС способствует спеканию керамических образцов.


Литература:

  1. Абдрахимов, Д.В. Степень спекания глинистых материалов / Д.В. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов // Стекло и керамика. – 1999. – №6. – С. 25-27.

  2. Шаламова, И.В. Исследование спекания смесей каолинитовой глины – бентонит и разработка на этой основе низкотемпературных плиточных масс / И.В. Шаламова, В.Ф. Павлов // Тр. ин-та НИИстройкерамики. – 1980. – Вып. 40. – С. 16-26.

Врезка1

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle