К вопросу о степени спекания легкоплавких глин различного химико-минералогического состава
Авторы: Колпаков Александр Викторович, Куликов Владимир Александрович, Абдрахимов Владимир Закирович
Рубрика: 8. Строительство
Опубликовано в
II международная научная конференция «Технические науки в России и за рубежом» (Москва, ноябрь 2012)
Статья просмотрена: 1428 раз
Библиографическое описание:
Колпаков, А. В. К вопросу о степени спекания легкоплавких глин различного химико-минералогического состава / А. В. Колпаков, В. А. Куликов, В. З. Абдрахимов. — Текст : непосредственный // Технические науки в России и за рубежом : материалы II Междунар. науч. конф. (г. Москва, ноябрь 2012 г.). — Москва : Буки-Веди, 2012. — С. 110-113. — URL: https://moluch.ru/conf/tech/archive/55/2940/ (дата обращения: 04.10.2024).
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 |
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:
Абдрахимов, Д.В. Степень спекания глинистых материалов / Д.В. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова, В.З. Абдрахимов // Стекло и керамика. – 1999. – №6. – С. 25-27.
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.