Введение к работе
Актуальность темы. Строительная керамика – большая группа керамических изделий, применяющихся при строительстве жилых, общественных и промышленных зданий и сооружений. Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются глины. В последнее время развернулись научно-исследовательские работы, направленные на усовершенствование технологии и повышение качества керамических изделий, получаемых методом пластического формования. По результатам всестороннего изучения процессов и явлений, происходящих во время сушки свежесформованных керамических образцов, можно обеспечить снижение длительности технологического цикла, а также повысить качество изделий. Для этого нужно изучить природу поверхностных сил взаимодействия глинистых частиц с водой. Правильная оценка пластичности и структурно-механических свойств возможна лишь при уяснении физико-химической сущности процессов, протекающих в глинах при увлажнении, поэтому вопрос о характере взаимодействия воды с твердой фазой системы глина-вода является одним из основных, имеющий большое практическое и теоретическое значение.
Глина и сырье, используемое в керамической промышленности, являются высокодисперсными системами. При затворении их водой и придании массе определенной пластичности образуется коллоидная система. В технологии производства керамических материалов дообжиговые свойства глин и добавок, используемых в производстве, играют одну из ключевых ролей. Существует множество способов определения отдельных свойств глин, но на данный момент не существует единого метода определения таких основных параметров глинистых материалов, как пластичность, критическая влажность, градиент влажности, усадка, чувствительность к сушке, формовочная влажность, что существенно замедляет работу заводских лабораторий.
Таким образом, рассмотрение процесса формирования керамической шихты, а так же процессов сушки целесообразно рассматривать с точки зрения коллоидной химии в сочетании с определением технологических параметров сырья.
В данной работе изучались электроповерхностные явления глиняных масс с содержанием различных добавок природного сырья (диатомита, речного песка, известняка и глины с повышенным содержанием высокодисперсного кальцита) для производства керамических изделий, в частности керамического кирпича на базе существующего предприятия ОАО «Керамика синтез».
Работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Национальная технологическая база на 2007-2010 год» (Программа 53)
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
Определены электрокинетические потенциалы глиняных масс и выявлена их взаимосвязь с сушильными свойствами глинистых минералов.
-
Проведено комплексное исследование глинистых минералов месторождений Шеланга, Жуково и Берлек.
-
Разработана универсальная методика определения формовочной влажности, усадки, критической влажности, градиента влажности, чувствительности к сушке, а так же пластичности сырья и шихт, используемых в керамической промышленности.
-
Разработан способ регулирования сушильных свойств глинистого сырья по коллоидно-химическим свойствам материалов.
Практическая значимость.
В настоящее время промышленность керамических материалов бурно развивается. Стройиндустрия предъявляет все более высокие требования к керамическим материалам. Поэтому возникает необходимость вовлечения в производство новых месторождений глинистых минералов. Эта задача может быть эффективно решена путем целенаправленного регулирования технологических параметров по коллоидно-химическим свойствам исходного сырья.
-
По результатам анализа электрокинетических потенциалов глиняных масс предложены составы шихт для изготовления керамического кирпича из глин месторождения Шеланги РТ.
-
Разработана методика прогнозирования критической влажности глинистых материалов по их электрокинетическим потенциалам.
-
Предложен способ регулирования технологических параметров в производстве керамического кирпича.
-
Разработана программа расчета пластичности глиняных масс по кривой сушки.
Цель работы. Разработать способ регулирования сушильных свойств глинистого сырья по коллоидно-химическим свойствам исходных материалов.
Задачи:
-
Определить электрокинетический потенциал глинистых материалов.
-
Разработать методику определения дообжиговых технологических свойств сырья используемого в керамической промышленности (формовочная влажность, усадка, критическая влажность, градиент влажности, чувствительность к сушке, а так же пластичность сырья и шихт).
-
Определить взаимосвязь между сушильными свойствами шихты и технологическими режимами ее переработки в керамические изделия.
На защиту выносится следующие результаты:
1. Результаты измерений электрокинетических потенциалов глинистых масс месторождения Шеланга РТ.
2. Методика расчета критической влажности по величине -потенциала.
3. Способ регулирования технологических параметров по составу и коллоидно-химическим свойствам исходного сырья.
4. Программа расчета дообжиговых технологических свойств сырья используемого в керамической промышленности (формовочная влажность, усадка, критическая влажность, градиент влажности, чувствительность к сушке, а так же пластичность сырья и шихт).
Апробация работы
Основные результаты работы обсуждались на научно-практическом семинаре «Перспективы развития химической и нефтехимической промышленности в Республике Татарстан» (г.Казань, 2007), на V Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Химическая технология неорганических веществ и материалов» 2005 г., на научной сессии КГТУ за 2008 год, на VI Всероссийской студенческой научно-технической конференции «Химическая технология неорганических веществ и материалов» 2007 г.
Личный вклад автора
Скворцов А.В. определил электрокинетические потенциалы глиняных масс и выявил взаимосвязь электрокинетического потенциала с сушильными свойствами глинистых минералов, позволяющую прогнозировать сушильные свойства материалов. Разработал универсальную методику определения формовочной влажности, усадки, критической влажности, градиента влажности, чувствительности к сушке, а так же пластичности сырья и шихт, используемых в керамической промышленности. Разработал способ регулирования сушильных свойств глинистого сырья по коллоидно-химическим свойствам материалов. Разработал программу расчета пластичности при помощи построения кривой сушки. Лично проводил экспериментальное подтверждение данных аспектов.
Публикации автора
По теме диссертации опубликовано 7 работ, в виде статей – 3 (в том числе из списка, рекомендованных ВАК – 2), тезисов докладов – 4.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 95 источников и 13 приложений; изложена на 200 страницах, содержит 86 рисунков и 26 таблиц.
Достоверность результатов
Достоверность полученных результатов базируется на большом объеме выполненных экспериментов и подтверждена совпадением теоретических и экспериментальных данных. Построенные кривые сушки и определенные с их помощью технологические характеристики сырья коррелируют со значениями электрокинетического потенциала, а также имеют непосредственную связь с исследованиями РКФА и ICP-спектрометрии сырья.
