Введение к работе
и ее актуальность.
Каолин является одним из наиболее универсальных видов минерального сырья, используемого в промышленном производстве. Огнеупорность, химическая инертность, высокая дисперсность, большое содержание глинозема, способность сохранять заданную форму, приобретать высокую прочность после обжига - вот далеко не полный перечень свойств каолина, предопределяющий его использование в производствах тонкокерамических изделий, электрофарфора, строительной керамики и др.
Мировое производство каолина составляет более 40 млн. тонн в год, причем, сохраняется устойчивая тенденция роста потребления каолиновых продуктов, расширяется сфера их применения. Только за последнее десятилетие мировое производство каолинов возросло в 1,6 раза.
С распадом СССР, Российская Федерация осталась фактически без сырьевой базы качественных каолинов. Существующие каолиновые производства обеспечивают потребности российских предприятий только на 10%, предлагая не самые высокие сорта каолинов. В основном в промышленности используют каолины широко эксплуатируемых месторождений Челябинской области, таких как Кыштымское, Журавлиноложское, Еленинское, а также высококачественный каолин Просяновского месторождения (Украина). В этой ситуации актуальной задачей является создание полноценной отечественной сырьевой базы каолинов, прежде всего, путем вовлечения в хозяйственный оборот Полетаевского месторождения каолинов, расположенного в Челябинской области. Каолины данного месторождения смогут удовлетворять требованиям стандартов для производства высококачественных керамических изделий, при условии снижения в них содержания оксидных соединений железа (приблизительно в два раза), приводящих к появлению низкотемпературных эвтектик, при термообработке керамических смесей, и как следствие, к снижению качества изделий.
Решение этой проблемы позволит получать на базе Полетаевского месторождения высококачественные марки каолинов со стабильными физико-химическими свойствами.
Целью диссертационной работы является исследование физико-химических свойств каолинов Полетаевского месторождения Челябинской области и керамических материалов на их основе, разработка способов заданного снижения содержания в них оксидных соединений железа.
Основные задачами исследования являлись:
изучение состояния сырьевой базы каолинов в Российской Федерации, странах СНГ и за рубежом;
исследование химического, гранулометрического и минералогического составов каолинов;
исследование физико-механических свойств изделий на основе каолинов Полетаевского месторождения, подвергнутых стадиям сушки и обжига;
разработка способов модифицирования каолинов Полетаевского месторождения, приводящих к стабилизации их физико-химических свойств;
изучение возможности применения обогащенных каолинов Полетаевского месторождения в производстве высококачественных керамических изделий.
На защиту выносятся:
анализ способов (гидротермальный автоклавный, метод кипячения, воздушная сепарация) модифицирования минералогического состава и очистки от железосодержащих соединений каолинов Полетаевского месторождения;
зависимость изменения химического, дисперсного и минералогического составов от выбранного метода модифицирования каолинов Полетаевского месторождения;
зависимость механических свойств изделий от физико-химических свойств различных, в том числе, модифицированных каолинов Полетаевского месторождения;
обоснование целесообразности модифицирования каолинов Полетаевского месторождения для производства керамики.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые установлено, что гидротермальный автоклавный способ модифицирования каолинов Полетаевского месторождения позволяет снизить содержание в них оксидных соединений железа в ~ 2 раза;
впервые показано, что метод кипячения каолинов Полетаевского месторождения в 10 мас.% водном растворе НС1 позволяет снизить содержание в них оксидных соединений железа в ~ 1,5 раза;
показано, что в составе каолинов Полетаевского месторождения, в отличие от других месторождений, оксидные соединения железа (III) присутствуют в виде индивидуальной фазы y-FeOOH (минерал лепидокрокит);
впервые предложены составы керамических масс на основе каолинов Полетаевского месторождения для изготовления керамического гранита и тонкой керамики.
Практическая значимость работы состоит в следующем:
разработан и апробирован в лабораторных условиях метод воздушной сепарации обогащения каолинов Полетаевского месторождения, обеспечивающий высокую степень извлечения каолинового продукта из породы;
разработаны альтернативные составы керамических масс для изготовления керамического гранита, где впервые используется каолин Полетаевского месторождения. По результатам проведенных исследований поданы заявки на два патента РФ («Керамическая масса», регистрационный номер 2012103130 и «Керамическая масса для изготовления керамического гранита», регистрационный номер
2012103132), авторы: Викторов В.В., Солодкий Н.Ф., Клепиков М.С., Щербаков А.А., Рукавишников В.В.;
3. установлено, что для каолинов Полетаевского месторождения, содержащих более 45% каолинита, применение замкнутого цикла при обогащении методом воздушной сепарации, обеспечивает получение каолинов различной дисперсности, с извлечением до 63% готового продукта;
Личный вклад соискателя состоит в проведении отбора проб каолинов, экспериментальных исследований и выявлении закономерностей полученных результатов, активном участии при обсуждении результатов, в написании статей.
Публикации и апробация работы
Основные результаты и положения диссертационного исследования докладывались и обсуждались на VII Всероссийской научной конференции «Керамика и композиционные материалы» (г. Сыктывкар, 2010); Всероссийской конференции «Химия твердого тела и функциональные материалы» (г. ЕкатеринбургУрОРАН, в2010ив2011 г.г.)
По теме диссертации опубликовано 7 научных работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендуемых ВАК, тезисы 3 докладов на Всероссийских конференциях, 1 справочное пособие.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка цитируемой литературы из 99 наименований. Работа изложена на 105 страницах, содержит 29 таблиц и 23 рисунка.
