Содержание к диссертации
Введение
1. Керамические теплоизоляционные строительные материалы 8
1.1. Виды и свойства керамических теплоизоляционных материалов и изделий 8
1.2. Способы получения керамических теплоизоляционных строительных материалов . 10
1.3. Методы поризации при получении теплоизоляционных строительных материалов 14
1.4. Способы формирования свойств твердой матрицы пористой строительной керамики 22
1.5. Способы формирования структурной прочности поризованных глиносодержащих композиций до обжига 23
1.6. Постановка цели и задач исследований 27
2. Характеристика исходных материалов, методы исследований и методология работы 31
2.1. Объекты исследований 31
2.1.1. Глины и глиносодержащие породы 31
2.1.2. Полевошпатсодержащие отходы 44
2.1.3. Высококальциевая зола сухого отбора 48
2.1.4. Высококальциевый шлак 56
2.1.5. Добавочные материалы 57
2.2. Методы исследований 59
2.2.1. Методы исследования сырья 59
2.2.2. Методы исследований формирования свойств пористой керамики 62
2.2.3. Специальные методы исследования сырья и готовых изделий 63
2.3. Структурно-методологическая схема работы 64
3. Физико-химические процессы формирования фазового состава и свойств теплоизоляционных керамических материалов 66
3.1. Формирование фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики при низкотемпературном вспенивании до обжига 66
3.2. Формирование фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики при обжиге в зависимости от состава шихт 76
Выводы по главе 87
4. Разработка составов и технологии изготовления теплоизоляционных керамических строительных материалов 89
4.1. Влияние компонентного состава на технологические свойства поризованных смесей до обжига 89
4.2. Влияние компонентного состава на технологические свойства поризованных смесей после обжига 98
4.3. Свойства теплоизоляционных керамических материалов из смесей оптимальных составов 106
4.4. Технология изготовления и применения теплоизоляционных керамических материалов рекомендуемых составов 112
4.4.1. Технология изготовления блочных теплоизоляционных материалов 112
4.4.2. Технология применения поризованного щебня и песка в конструкции теплоизоляции перекрытия 116
4.5. Опытно-промышленные испытания теплоизоляционных керамических строительных материалов 119
Выводы по главе 121
Общие выводы 123
Литература 126
Приложения 135
- Методы поризации при получении теплоизоляционных строительных материалов
- Способы формирования структурной прочности поризованных глиносодержащих композиций до обжига
- Формирование фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики при обжиге в зависимости от состава шихт
- Влияние компонентного состава на технологические свойства поризованных смесей после обжига
Введение к работе
Актуальность работы Керамические теплоизоляционные материалы, обладающие сочетанием легкости и малотеплопроводности, био- и коррозионной стойкости, негигроскопичности и несгораемости, являются наиболее перспективными для современного строительства. Керамические материалы представляют интерес с точки зрения технологической возможности их изготовления. При их производстве применимы все известные в технологии керамики методы подготовки сырья, формования, сушки и обжига. Поэтому их изготовление может быть организовано на базе действующих предприятий по производству керамических материалов, либо на вновь построенных с применением типового оборудования.
Однако, вопросы выбора сырья, подбора компонентного состава смесей и способов их поризации требуют дальнейших исследований.
Одним из способов получения высокопористой строительной керамики является способ, при котором выделение газообразных продуктов происходит при взаимодействии дисперсного алюминия с гидроксидами натрия или кальция при низких температурах до обжига. Причем гидроксид кальция в состав масс обычно вводится в виде гашеной извести. Более перспективным представляется способ, при котором необходимый для взаимодействия с дисперсным алюминием гидроксид кальция получался бы в процессе изготовления материала из компонентов, выполняющих функциональную роль в массах, например из высококальциевой золы от сжигания бурых углей, которая содержит оксид кальция в свободном состоянии.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с программой "Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники" (2002 - 2004 г.) подпрограмма "Архитектура и строительство".
Цель работы Разработка составов и технологии получения теплоизоляционных керамических материалов на основе композиций глин с техногенным силикатным сырьем.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи: исследование составов и свойств сырья и оценка его пригодности для получения теплоизоляционных керамических материалов; исследование физико-химических процессов формирования фазового состава и структуры пористой керамики; разработка составов и технологии изготовления блочных теплоизоляционных керамических материалов из смесей глин с техногенным сырьем; проведение опытно-промышленных испытаний и разработка практических рекомендаций для изготовления и применения теплоизоляционных керамических строительных материалов. Научная новизна работы
Установлено, что составы спекающихся двухкомпонентных масс из каолинит-монтмориллонитовой глины или аргиллитов (легкоплавкого глинистого сырья) с волластонитом в количестве 2 % и поликомпонентных смесей из глиносодержащих пород с кварц-полевошпатовым соре ким песком или высококальциевым шлаком и с высоко кальциевой золой в количестве 15 -45 % при содержании стеклобоя в них 20 - 25 % можно использовать как базовые для получения пористой керамики, а свойства плотной керамики можно применять для прогнозирования свойств пористой керамики. Прогнозируемая прочность при сжатии пористой керамики, по сравнению с прочностью плотной керамики, меньше в 80 - 100 раз, а температура обжига выше на 20-30 С.
Установлено, что высококальциевая зола, содержащая 8 - 9 % свободного оксида кальция, в количествах от 15 до 45 % пригодна в качестве компонента масс для пористой керамики. При смешивании масс с водой свободный оксид кальция золы взаимодействует с водой с образованием необходимого для реакции с дисперсным алюминием гидроксида кальция. В процессе обжига керамики оксид кальция принимает участие в формировании волластонита, упрочняющего перегородки между порами.
З Установлено, что формирование прочности поризованных глиносодержащих смесей до обжига при использовании в их составах гидроксида натрия обусловлено образованием гидроалюмосиликата натрия. Формирование прочности поризованных глиносодержащих смесей с высококальциевой золой обусловлено образованием гидросиликатов кальция и демпфирующим действием глинистого компонента в твердеющей системе зола-глина-вода. При этом минимальное количество глинистого компонента с числом пластичности 19 - 29 в смесях с высококальциевой золой для бездеструктивного твердения составляет 20-25 %, максимальное - 75 - 80 %.
Практическая ценность работы
1 Разработаны составы смесей с использованием в них гидроксида натрия или высококальциевой золы для низкотемпературного вспенивания и технология изготовления блочных теплоизоляционных керамических материалов с прочностью при сжатии 1,3 - 5,2 МПа при плотности 320 - 750 кг/м3.
2 Разработана технология применения поризованного щебня и песка в конструкции теплоизоляции перекрытия (свидетельство РФ № 6816 на полезную модель), позволяющая в 2,08 раза повысить сопротивление теплопередаче слоя теплоизоляции, в 1,7 раза снизить массу 1 м2 утепления и расширить возможность применения сгораемых теплоизоляционных материалов (лигнина) в конструкциях.
3 Предложены оптимальные количества 2н раствора гидроксида натрия (30 %) и жидкого стекла (0,5 — 1,0 %) с бутадиенстирольным латексом (0,2 %) или гипса строительного (2 %) для обеспечения прочности поризованных двухкомпонентных смесей из аргиллитов с добавкой волластонита в количестве 2 %. Предложены оптимальные количества (15 - 45 %) высококальциевой золы, содержащей 8 - 9 % свободного оксида кальция, для обеспечения прочности поризованных поли компонентных смесей.
Реализация результатов работы Проведены опытно-промышленные испытания смесей двух составов для блочных теплоизоляционных керамических строительных материалов (акт прилагается) на Усть-Абакане ком кирпичном заводе (Хакасия) с прочностью при сжатии 2,8 - 4,8 МПа при плотности 510 - 690 кг/м3.
Разработан технологический регламент на технологию изготовления блочных керамических теплоизоляционных материалов и технологию применения поризованного щебня в конструкции теплоизоляции перекрытия.
Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на химико-технологическом факультете Томского политехнического университета при изучении курсов "Основы технологии новых материалов" и "Химическая технология керамики и огнеупоров".
Автор защищает: основные закономерности формирования фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики до термической обработки и при обжиге; особенности влияния компонентного состава смесей на свойства поризо ванных смесей до и после обжига; результаты исследования физико-механических свойств полученных теплоизоляционных керамических строительных материалов; разработанные двухкомпонентные составы на основе аргиллитов и поликомпонентные золосодержащие составы теплоизоляционных керамических материалов; - разработанную технологию изготовления блочных керамических материалов и технологию применения поризованного щебня в конструкции теплоизоляции перекрытия.
Апробация работы Материалы диссертации доложены и обсуждены на 9 научно-технических конференциях регионального, всероссийского и международного уровня, в том числе: Всероссийск. науч.-техн. конф. с междунар. участием "Достижения науки и техники - развитию Сибирских регионов" (г. Красноярск, 1999 г.); Науч. - техн. конф. "Современные строительные материалы" (г. Новосибирск, 2000 г.); Всероссийской науч.-практич. конф. с междунар. участием "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов (инновационный и инвестиционный потенциалы)" (г. Красноярск, 2000 г.); 3-ей Всеросс. науч. - практич. конф. с междунар. участием (г. Красноярск, 2001 г.); 4-ой Всеросс. студ. нач.-практ. конф. "Химия и химическая технология в XXI веке" (г. Томск, 2003 г.); III Всероссийской науч.-практич. конф. "Экология и ресурсо- и энергосберегающие технологии на предприятиях народного хозяйства" (г. Пенза, 2003 г.); 4-ой региональной науч.-практич. конф. "Интеллектуальные ресурсы ХТИ — филиала КГТУ - Хакасии" (г. Абакан,2003 г.); Восьмого симпозиума им. Академика М.А. Усова студентов и молодых ученых "Проблемы геологии и освоения недр" (г. Томск, \У> 2004 г.); Международной науч. практич. конф. "Проблемы и достижения строительного материаловедения" - (г. Белгород, 2005 г.).
Публикации По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 5 статей и 1 авторское свидетельство на полезную модель.
Структура работы Диссертация состоит из введения, 4 глав, основных выводов, списка литературы из 133 наименований и приложений. Работа изложена на 144 страницах машинописного текста, содержит 38 таблиц и 47 рисунков.
Методы поризации при получении теплоизоляционных строительных материалов
При получении теплоизоляционных материалов применяют ряд способов создания пористой структуры.
Способ введения добавок, выгорающих при обжиге, основан на применении в шихте порошка каменного угля или кокса, гранулированного торфа или сгораемого мусора, лигнина, древесных волокон и опилок [1, 19, 20]. В зарубежных странах в качестве выгорающих добавок получил распространение гранулированный пенополистирол плотностью 12 кг/м и размером гранул 0,5 - 2,0 мм [16].
При обжиге изделий из масс с выгорающими добавками происходят сложные взаимосвязанные друг с другом процессы. Параллельно и накладываясь один на другой, происходят процессы горения органических добавок и процессы в обжигаемом материале. Предполагается [1, 19], что одна часть углерода топлива (опилок) сгорает сразу же до С02. Другая - в начале процесса горения образует СО, как непосредственно из углерода, так и путем частичного восстановления некоторого количества СОг до СО вследствие недостаточного притока кислорода. По мере выгорания органической добавки и возрастания пористости повышается температура обжига и увеличивается скорость диффузии газов в материале, вследствие чего интенсифицируется процесс горения. При этом создаются условия для развития беспламенного горения СО как в толще изделий, так и на их поверхности. Содержащиеся в диатомитовом или глинистом сырье карбонаты во время обжига диссоциируют, и образующийся при этом углекислый газ участвует в генеративном горении запрессованного в изделия топлива.
Применение выгорающих добавок позволяет точно регулировать среднюю плотность полученных керамических изделий, способствует более равномерному обжигу, сокращает расход топлива на сушку и обжиг. Хорошо зарекомендовали себя добавки древесных волокон и опилок, так как они армируют глину, повышая сопротивление разрыву и образованию крупных трещин при сушке отформованных изделий.
Плотность изделий регулируется количеством органических добавок и величиной водозатворения масс. Увеличение прочности изделий достигается способом, обеспечивающим образование пор с плотной внутренней поверхностью [20, 21]. В соответствии с одним из предлагаемых способов выгорающие добавки (например, опилки) перемешивают с измельченными плавнями (техническая сода, поташ и природный или искусственный сульфат натрия) до их равномерного распределения, а затем с органическими гидрофобизирующими веществами (битумной эмульсией). После этого их смешивают с остальными компонентами шихты. Гидрофобная оболочка на поверхности частиц плавня предотвращает их растворение во влажной глине и высаливание при сушке на поверхность керамического изделия. При обжиге керамическая масса спекается прежде всего вблизи частиц выгорающих добавок, оплавляя стенки пор. Применение этого способа обеспечивает повышение прочности керамики в 2 - 4 раза [20, 21].
Для образования пористости в материале способом пенообразования приготовленный из сырья шликер смешивается с технической пеной [1, 2, 4]. Получение однородной и устойчивой пеномассы обеспечивается при соответствии свойств шликера и пены определенным требованиям. Так, плотность шликера должна находиться в пределах 1280 - 1330 кг/м3, консистенция шликера должна соответствовать погружению в него стандартного конуса на глубину 10 - 12 см, температура его не должна превышать 25 - 30 С. Техническая пена не должна разрушаться (оседать) в течение 30 мин, плотность ее должна находиться в пределах 50 - 65 кг/м3 [1].
Пену получают путем взбивания (интенсивного перемешивания) в лопастных мешалках смеси, состоящей из воды, пенообразователя, активатора пенообразования и стабилизатора пены. Наиболее широко применяется смолосапониновый и клееканифольный пенообразователи, дающие большой объем устойчивой пены [22 - 25], реже используются моющие средства [26]. При получении тугоплавких теплоизоляционных материалов опробованы пенообразователь ИС-1 (на основе аминола) с добавками сульфата алюминия и 10 % - ного раствора поливинилового спирта. Однородная структура пены достигается при перемешивании в течение 2-4 мин, кратность пены составляет 7-9 [27]. Необходимая плотность изделий обеспечивается при более высокой (примерно в 2 - 2,5 раза более высокой) плотности вспененной массы (таблица 1.2) [1].
Способы формирования структурной прочности поризованных глиносодержащих композиций до обжига
Массы на основе глин, подвергаемые поризации при обычной температуре, содержат воду, поэтому их можно рассматривать как глинистые суспензии, причем как концентрированные дисперсные или вязкопластичные системы. В связи с этим для анализа возможных способов формирования структурной прочности до обжига поризованных глиносодержащих композиций, можно использовать, на наш взгляд, общие положения коллоидно химического регулирования свойств глинистых суспензий и тиксотропного упрочнения керамических шликеров.
Коллоидно-химическое регулирование физико-химических свойств глинистых суспензий осуществляется за счет изменения молекулярной природы глинистых частиц или свойств водных пленок на их поверхности [70].
Известно [10], что при введении воды в глинистые массы вокруг глинистых частиц и адсорбированных ими ионов образуются оболочки плотно-и рыхлосвязанной воды, имеющие большое значение в протекании процессов структурообразования дисперсных систем. Толщина оболочки прочное вязан ной воды в глинистых суспензиях измеряется сотнями ангстрем [10]. Эта вода отличается ориентацией молекул и по своим свойствам приближается к твердому телу [71]. Она обладает повышенной (1,2 - 1,4 г/см3) плотностью, значительной вязкостью, упругостью и прочностью на сдвиг. По данным Б.В. Дерягина на расстоянии (40 - 60)-1010 м от поверхности частиц вязкость воды в ультрапорах возрастает в 3 раза [72].
В рыхлосвязанной воде или диффузной оболочке ориентация молекул постепенно уменьшается и свойства этой воды приближаются к свойствам нормальной воды.
Толщина оболочек прочно- и рыхлосвязанной воды определяется не только содержанием и видом глинистых минералов, их дисперсностью и степенью совершенства кристаллической решетки, но и природой обменных реакций, которые у частиц разных глинистых минералов протекают различно. Так известно [71], что обменные реакции у частиц каолинита протекают только на внешних поверхностях кристаллов по их боковым сколам и отчасти базальньш поверхностям (рисунок 1.3 а) в связи с тем, что частицы каолинита имеют жесткую кристаллическую решетку, и доступ находящихся в растворе ионов в межслоевое пространство исключен. В результате емкость поглощения каолинита небольшая и составляет 3 — 15 мг-экв. на 100 г [73]. Гидрослюды имеют также жесткую кристаллическую решетку, но их базальные поверхности несут отрицательный заряд, который возникает благодаря нескомпенсированности зарядов внутри кристаллической решетки при замещении Si4+ на А13+, а А13+ ионами более низкой валентности. Вследствие этого ионный обмен у гидрослюд протекает не только по сколам, но и по всей площади базальных плоскостей (рисунок 1.3 б). Емкость поглощения гидрослюд выше емкости поглощения каолинита и составляет 10-40 мг-экв. на 100 г. У монтмориллонита изоморфные замещения происходят в меньшей степени, чем у гидрослюд, потому что базальные поверхности имеют несколько меньший отрицательный заряд, чем базальные поверхности гидрослюд, но вследствие подвижного характера кристаллической решетки для обменных реакций оказываются доступными не только внешние, но и все внутренние поверхности структурных слоев (рисунок 1.3 в). Величина емкости обмена для монтмориллонита составляет 80-150 мг-экв. на 100 г [71]. и рыхлосвязанной воды [74], пропорциональна их степени гидратации в растворе [71]. Поэтому содержание прочносвязаннои воды увеличивается с ростом валентности катионов и соответствует ряду: катион + катион + катион" ". Содержание же рыхлосвязанной воды вокруг глинистых частиц изменяется в зависимости от состава обменных катионов по обратному ряду: катион"1" катион2"1" катион + [71]. Образование мощных оболочек связанной воды вокруг глинистых частиц обусловливает распад микроагрегатов. Уменьшение оболочек связанной воды вокруг глинистых частиц способствует обратному явлению - процессу коагуляции частиц, образованию микроагрегатов.
Причем, как вытекает из приведенного материала, влияние обменных катионов на содержание в глинистых суспензиях связанной воды особенно велико в случае, когда в глинистой фракции содержится монтмориллонит, входящий в состав большинства глин, вследствие распространенности в природе их полиминеральных видов.
Приведенные данные объясняют изменение вязкости глинистых суспензий в зависимости от их влажности и значения рН, определяемого добавками НС1 и NaOH [75, 76], и наличия катионов Са в растворе [77]. С повышением содержания Na+ и Н4" вязкость суспензий снижается, с увеличением содержания Са вязкость их, а следовательно, загустеваемость и тиксотропная прочность (прочность в состоянии покоя), повышаются. Отсюда вытекает важный вывод, заключающийся в том, что для достижения наилучшей поризации глиносодержащих композиций, достигаемой при минимальных значениях вязкости суспензии, необходимо обеспечить рН суспензии за счет применения кислот и щелочей. А для достижения структурной прочности поризованных глиносодержащих суспензий до обжига необходимо обеспечить наличие в них ионов Са , которые можно ввести с сырьевыми компонентами такого вида, как высококальциевые золы и шлаки ТЭЦ, волластонит. Волластонит к тому обеспечивает повышение структурной прочности поризованной массы за счет армирующего эффекта.
Формирование фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики при обжиге в зависимости от состава шихт
Исследования по формированию фазового состава и свойств твердой матрицы пористой керамики до обжига проводились в направлениях, отличающихся применением видов добавочных материалов для обеспечения прочностных свойств пор изо ванных смесей и видов компонентов (гидроксида натрия или высококальциевой золы, выделяющей гидроксид кальция при смешивании ее с водой) в смесях для низкотемпературного вспенивания.
Для проведения исследований использовались образцы диаметром и высотой 25 мм, изготовленные полусухим прессованием при давлении 25 МПа из смесей глиносодержащих пород с выбранными компонентами. Причем при использовании аргиллитов в качестве глинистого компонента смешивали их черную и желтую разности, обеспечивающие, как было показано в предыдущем разделе, наличие каолинита и монтмориллонита в смесях, необходимых для формирования свойств керамики при наиболее низкой температуре обжига. Образцы из смесей глиносодержащих пород с добавками волластонита подвергались сушке и выдержке в течение 7 сут. Образцы из смесей глиносодержащих пород с добавками гидроксида натрия или высококальциевой золы выдерживались в эксикаторе над водой в течение этого же времени.
При проведении исследований исходили из того, что формирование свойств твердой матрицы пористой керамики до обжига обусловливается процессами, протекающими между компонентами масс при их смешивании с водой и последующем затвердевании за счет сушки, выдержки. При этом предполагалось, что нейтральные добавки типа волластонита способны оказывать существенное влияние на прочность сырца за счет физического взаимодействия между частицами глины и этих добавок в процессе его затвердевания, а высококальциевая зола и щелочь — за счет физико- химического и химического взаимодействия с высокодисперсными и химически активными минералами глинистых пород, такими как каолинит, монтмориллонит, гидрослюда, как в процессе смешивания с водой, так и последующего затвердевания.
Предположение о влиянии на прочность сырца физико-химического взаимодействия высококальциевой золы с глинистыми породами сделано на основании наличия у нее способности к затвердеванию за счет проявления вяжущих свойств и вероятности влияния глинистых пород на этот процесс.
Предположение о химическом взаимодействии щелочи с минералами глинистых пород и существенном влиянии результатов этого взаимодействия на свойства глиняных шликеров и твердеющих образцов основывалось на имеющихся в научной и технической литературе данных. Так, растворение глинистых минералов в щелочной среде на примере каолинита рассматривается следующим образом [118 - 120]. Внедрение ОН-иона щелочи в координационную среду атомов А1 и Si алюмосиликатов приводит к разрушению связей Si-O-Al, а затем Si-0-Si с выходом из решетки в раствор оксидов кремния и алюминия: с последующим формированием по конденсационному механизму новой твердой фазы гидроалюмосиликатов натрия гидросодалитоподобного типа: Чем интенсивнее идет процесс растворения минерала, тем быстрее раствор насыщается по отношению к силикат и алюминат-ионам. При достижении определенной концентрации ионов Si4+ и А13+ из раствора в первую очередь выделяются менее растворимые соединения, например, гидроалюмосиликат натрия [120]. Образование гидроалюмосиликата натрия в щелочных средах возможно, так как его структура состоит из чередующихся кремне- и алюмокислородных тетраэдрических групп, дающих связи Si -O-Al, устойчивые в щелочных средах [118-120].состава твердой фазы глинистых пород под влиянием щелочных растворов влечет за собой перестройку структуры и изменение их свойств. Так, при исследовании взаимодействия глинистых грунтов с растворами NaOH обнаружено увеличение процесса агрегации частиц за счет глинистой и пылеватой фракции и опесчанивание грунтов, резкое уменьшение числа пластичности грунтов, переход структуры образцов из коагуляционной в конденсационно-кристаллизационную (по П.А. Ребиндеру), за счет чего грунтом приобретается водоустойчивость и достаточно высокая прочность (0,4 -2МПа)[120]. При выполнении экспериментальных исследований в данной работе получены следующие результаты. Прочность твердеющих образцов полусухого прессования из смесей глин с волластонитом возрастает при увеличении его количества от 0,5 до 8 % (рисунок 3.1), в большей степени (на 13 - 19 %) для смесей на основе аргиллитов, в меньшей (на 4 — 5 %) - на основе монтмориллонит-каолинитовой глины, что очевидно связано с лучшей прессуемостью образцов из смесей на основе аргиллита. Увеличение количества волластонита в смесях более 8 % сопровождается некоторым снижением прочности образцов из этих смесей. Это связано, на наш взгляд, с развитием напряжений на границах частиц волластонита, не претерпевающих усадки, и глинистых частиц, которые испытывают усадку при сушке. С увеличением количества волластонита увеличивается и концентрация напряжений по объему образца. В результате при определенном содержании волластонита, являющегося источником концентрации напряжений в объеме образцов, их прочность при сушке начинает снижаться. При содержании волластонита в глиняных смесях в количествах от 0,5 до 8 % величина напряжений вероятно еще мала, по сравнению с силами взаимодействия глинистых частиц, развивающихся при сушке образцов и обеспечивающих их прочность.
Влияние компонентного состава на технологические свойства поризованных смесей после обжига
При проведении исследований исходили из того, что свойства твердой матрицы пористой керамики, так же как и плотной, определяются спекаемостью масс и формированием при обжиге улучшающих свойства керамики фаз. Спекаемость же масс и формирование фазового состава керамики определяются, в свою очередь, их компонентным составом. Поэтому в данном разделе проведены исследования по влиянию выбранных компонентов волластонита, кварц-полевошпатового соре кого песка, высококальциевой золы из бункеров 3-го поля электрофильтров Абаканской ТЭЦ, высококальциевого шлака этой же ТЭЦ и стеклобоя на спекание глинистых пород и процессы фазообразования при обжиге с целью подбора составов спекающихся масс с высокими эксплуатационными свойствами, которые могли бы стать базовыми для изготовления пористой керамики.
Спекание изучали на образцах-цилиндрах, диаметром и высотой 25 мм, изготовленных полусухим способом. Прессование проводили при давлении 25 МПа. При изготовлении образцов применяли двух- и трех компонентные массы. В трехкомпонентные массы, кроме глины и непластичного компонента, вводили плавень (стеклобой). Высококальциевую золу из бункеров 3-го поля электрофильтров (ЗПЗ), содержащую около 96 % частиц размером менее 0,08 мм, использовали как готовый компонент. Глинистые компоненты измельчали до прохождения через сито с размером ячейки менее 0,14 мм, остальные компоненты измельчали до остатка не более 5 % на сите с размером ячейки 0,063 мм. В качестве глинистого сырья в массах применяли монтмориллонит-каолинитовую изыхскую и каолинит-монтмориллонитовую белоярскую глины. Как указывалось в главе 2, глины отличаются минеральным составом, содержанием оксида железа и огнеупорностью. Глина изыхская содержит больше каолинита и почти в 1,5 раза меньше оксида железа, чем глина белоярская. По отношению к действию температуры глина изыхская находится на границе между легкоплавкой и тугоплавкой (Тогн = 1310 - 1360 С), а глина белоярская является легкоплавкой (Тогн = 1180 - 1200 С). Указанные различия обусловливают разницу в спекании самих глин и их смесей с дополнительными компонентами.
Так, при температурах 1050 - 1100 С более легкоплавкая белоярская каолинит-монтмориллонитовая глина спекается активнее монтмориллонит-каолинитовой изыхской (рисунок 2.8). При этом кварц-полевошпатовый соре кий песок, содержащий легкоплавкие минералы в виде альбита и ортоклаза, в количествах до 45 % интенсифицирует спекание легкоплавкой белоярской глины (рисунок 3.7) и обеспечивает высокую прочность образцов при изгибе (/? = 21 МПа). Высококальциевый шлак в количествах 10 — 15 %, волластонит в количествах 45 - 50 % так же улучшают спекание каолинит-монтмориллонитовой глины и повышение прочности при сжатии образцов с 90 до 100 и 150 МПа соответственно. Высоко кальциевая зола ухудшает спекание каолинит-монтмориллониовой белоярской глины при введении ее в любых количествах.
Влияние дополнительных компонентов на спекание монтмориллонит-каолинитовой изыхской глины проявляется следующим образом. Только шлак При введении плавня (стеклобоя) в массы усиливаются процессы взаимодействия компонентов в них. В результате расширяется количественный предел флюсующего действия шлака и проявляется флюсующее действие волластонита, кварц-полевошпатового сорского песка и высококальциевой золы на спекание монтмориллонит-каолинитовой изыхекой глины. При этом спекающий эффект зависит от вида и количества дополнительного компонента и от количества стеклобоя в массах (рисунок 3.8, 3.9). стеклобоя (2) при температуре обжига 1100 С
Хорошая спекаемость керамики достигается при использовании в массах на основе монтмориллонит-каолинитовой глины, волластонита, кварц-полевошпатового сорского песка и высоко кальциевого шлака при изменении количества плавня в них от 10 до 30 % (рисунок 3.9). Образцы из масс с высококальциевой золой, спекаются менее активно. Причем, в случае применения кварц-полевошпатового сорского песка одинаковый спекающий эффект достигается при одновременном увеличении его количества в массах от 5 до 60 % и уменьшении количества стеклобоя от 30 до 10 %.
