Лицевой и клинкерный кирпич из кремнистого сырья Шевченковского месторождения

УДК 666.7

А.А. НАУМОВ, канд. техн. наук

Академия строительства и архитектуры Донского государственного технического университета

Лицевой и клинкерный кирпич из кремнистого сырья Шевченковского месторождения

Представлены результаты исследований по определению возможности получения из опоковидного сырья Шевченковского месторождения лицевого и клинкерного кирпича способом полусухого прессования. Определено, что только при измельчении опоки менее 0,25 мм с последующей грануляцией массы значительно улучшаются физико-механические и декоративные свойства образцов. Установлено, что получение указанных изделий красного и желтого цветов возможно при добавлении в массу корректирующих добавок. Температурный интервал обжига для получения лицевых изделий - 1020-1050°С, клинкерных - 1050-1080°С. В состав масс для получения клинкерного кирпича дополнительно вводится тугоплавкая глина Владимировского месторождения.

Ключевые слова: кремнистое сырье, клинкерный кирпич, лицевой керамический кирпич, полусухое прессование, температура обжига.

Для цитирования: Наумов А.А. Лицевой и клинкерный кирпич из кремнистого сырья Шевченковского месторождения // Строительные материалы. 2017. № 4. С. 14-17.

A.A. NAUMOV, Candidate of Sciences

Academia of Civil Engineering and Architecture, Don State Technical University

Facing and Clinker Brick from Siliceous Raw Material of the Shevchenko Deposit

Results of the study of possibilities to produce facing and clinker brick from opoka-like raw materials of the Shevchenko deposit by a semi-dry pressing method are presented. It is determined that only when grinding the gaize to less than 0.25 mm followed by granulation of the mass, the physico-mechanical and decorative properties of samples are significantly improved. It is established that the production of these products of red and yellow colour is possible when introducing correcting additives in the mass. A temperature interval for burning of facing products is 1020-1050°C, for clinker products is 1050-1080°C. To produce clinker brick, high-melting clay of the Vladimirskoe deposit is additionally introduced in the mass composition.

Keywords: siliceous raw material, clinker brick, facing ceramic brick, semi-dry pressing, burning temperature.

For citation: Naumov A.A. Facing and clinker brick from siliceous raw material of the shevchenko deposit. Stroite'nyeMaterialy [Construction Materials]. 2017. No. 4, pp. 14-17. (In Russian).

Известно, что запасы огнеупорного и тугоплавкого глинистого сырья истощаются и все больший интерес проявляется к использованию нетрадиционного минерального сырья для производства качественной стеновой керамики [1—7]. В Ростовской области достаточно большие запасы кремнистого сырья [8, 9], одним из которых является опоковидное сырье Шевченковского месторождения, разведанное в 2007—2008 гг. Запасы сырья утверждены на производство рядового керамического кирпича полусухим способом прессования.

Однако в связи со значительным разбросом керамических свойств опоки детальная разведка продолжалась по горизонтам месторождения. Целью поисковых работ было определение возможности получения лицевого и клинкерного кирпича на базе вновь разведанных участков кремнистого сырья.

Исследования показали, что сырье содержит включения гипса в виде кристаллов и плотные каменистые включения. Материал относится к группам среднепла-стичного, среднедисперсного, легкоплавкого, спекающегося сырья, по химическому составу — к кислой группе с высоким содержанием красящих оксидов. По минеральному составу сырье представлено монтмориллонитом и гидрослюдой, отмечается высокое содержание опала, цеолита и сульфатов. Сырье характеризуется высокой чувствительностью к сушке.

Характеристики кремнистого сырья представлены в табл. 1—3 и на рис. 1, 2.

Так как обожженные образцы, изготовленные по традиционной технологии (подсушка сырья и его измельчение менее 3 мм), по внешнему виду не удовлетворяли требованиям, предъявляемым к лицевым изделиям, была изменена технология подготовки пресс-порошка. Экспериментально установлено, что только

при измельчении сырья менее 0,25 мм происходит значительное улучшение физико-механических и декоративных свойств образцов. В этой связи при дальнейших исследованиях сырье измельчали менее 0,25 мм, затем из увлажненных масс получали гранулы диаметром 15 мм, которые после подсушки дробили менее 3 мм.

При использовании новой технологии подготовки структурная прочность сырца из чистой опоки составила 4,5-4,8 МПа. После обжига в интервале 950-1000оС были получены бездефектные образцы однотонного красного цвета, которые имели прочность при сжатии от 25,7 до 27,8 МПа, при изгибе 10,9-11,8 МПа. Водопоглощение образцов составляло от 9 до 12,1%, а морозостойкость не превышала 35 циклов. По внешнему виду образцы имели незначительные посечки, а по-

Таблица 1

Содержание тонкодисперсносных фракций

Размер фракции, мм Более 0,06 0,060,01 0,010,005 0,0050,001 Менее 0,001

Содержание фракций, % 13,5 17,32 1,28 18,18 49,71

Таблица 2 Содержание водорастворимых солей

Ионный состав водной вытяжки, мг-экв. Содержание водорастворимых солей на 100 г пробы, мг-экв.

Са++ Mg++ K++Na+ HCO3- SO4 Cl-

0,68 0,1 1,4 0,28 1,6 0,3 4,36

14

научно-технический и производственный журнал

апрель 2017

Таблица 3

Химический состав

Химический состав, % SiO2 несвяз. С, орган.

SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 TiO2 K2O Na2O ППП сумма

71,69 9,28 5,57 1,13 1,02 0,72 0,74 2,64 0,67 6,26 99,87 25,1 0,02

—г-

10

—г-

20

Рис. 1. Рентгенограмма опоки: Гс лит-тридимитовая фаза

30

- гидрослюда; М -

40 50

монтмориллонит; Кв-

60 70 80 90

кварц; П.Ш. - полевой шпат; Пл - плагиоклаз; О.К.Т. - опал-кристоба-

W,% AL, %

2100 10 9

9 8

2000 8 7

7 6

1900 6 5

5

1800 4 4

3 3

1700 2 1 2 1

1600 0 0

900

1050

1100

950 1000

Температура обжига, ОС Рис. 2. Влияние температуры обжига на: 1- среднюю плотность; 2 - водопоглощение; 3- огневую усадку образцов из опоки

40 17 10

16 9

35 8

15

7

14

30 6

13 5

25 12 4

1020

1080

1050

Температура обжига, ОС Рис. 3. Влияние температуры обжига на: 1 - прочность при сжатии; 2 - прочность при изгибе; 3 - водопоглощение образцов из опоки состава ОПО-1

R R

псж> пизг>

МПа МПа W,% 40 .

35

30

25

17 10

16 9

8

15

7

14

6

13 5

12 4

1020

1050

Температура обжига, ОС

1080

Рис. 4. Влияние температуры обжига на: 1 - прочность при сжатии; 2 - прочность при изгибе; 3 - водопоглощение образцов из опоки состава ОПО-2

R , R ,

сж изг

МПа МПа W,% 40

35

30

25

20 14

13

19 12

11

18 10

9

17 8

7

16 6

5

15 4

1020 1050

Температура обжига, ОС

1080

Рис. 5. Влияние температуры обжига на: 1 - прочность при сжатии; 2 - прочность при изгибе; 3 - водопоглощение образцов из опоки состава ОМО-1

Таблица 4

Состав шихты и характеристика опытных пресс-порошков

R

R

W

%

Шифр масс Состав шихты, по мас. % Влажность пресс- порошка, % Зерновой состав: Размеры сит, мм, Остатки на ситах, % Удельное давление прессования, МПа Воздушная усадка образцов, %

Опока Мел Песок Отходы «ЮНС» ВаС03 2 1 < 1

ОПО-1 95 - - 5 - +0,3 (сверх 100 %) 12,2 40 25 35 25 0,8

ОПО-2 85 - 10 5 - +0,3 (сверх 100 %) 13,4 37 29 34 25 0,8

ОМО-1 75 19 - 5 1 - 13,3 39 30 31 25 0,6

научно-технический и производственный журнал

У "rJt r=Jbr

M' r^il,

апрель 2017 15

Состав шихты и характеристики обожженных при 1050-1080оС образцов клинкерных изделий

Таблица 5

Наименование образца Шифр масс Состав шихты, мас. % Влажность пресс-порошка, % Усадки, % Средняя плотность, кг/м3 Предел прочности, МПа Водопогло-щение, % Морозостойкость, циклы

Опока Тугоплавкая глина Мел Песок Отходы «ЮНС» СО о о я со Воздушная Общая при сжатии при изгибе

Клинкерный кирпич красного цвета ОПО-Кл 65 20 - 10 5 - +0,3 (сверх 100 %) 13,5 1 5,8-6 2010-2050 46,7-58,4 18,9-22,6 5,2-4,6 > 100

Клинкерный

кирпич желтого ОМО-Кл 60 15 19 - 5 1 - 13,7 0,8 4-4,2 2000-2035 54,3-62,1 20,7-25,8 4,8-4 > 100

цвета

сле капиллярного подсоса на их поверхности отмечали белесый налет.

С целью улучшения морозостойкости и внешнего вида образцов при подготовке пресс-порошка в массу вводили тонкий песок, минерализатор — отходы при производстве фосфатных минеральных удобрений [10] и тонкоизмельченный ВаСО3 (для устранения высолов после капиллярного подсоса).

Были подготовлены две опытные массы — ОПО-1 и ОПО-2 (табл. 4). Физико-механические свойства образцов и их зависимость от температуры обжига представлены на рис. 3 и 4.

На поверхности образцов обоих составов, обожженных при температуре более 1020оС, белесых высолов не появлялось.

Введение отходов производства удобрений способствовало повышению морозостойкости образцов, но при увеличении температуры обжига более 1050оС отмечалось незначительное их вспучивание.

Введение 10% песка совместно с отходами в состав массы позволило получить бездефектные образцы при обжиге в интервале температуры 1020—1080оС и повысить их морозосто йкость до 100 циклов. При температуре 1080оС отмечается снижение водопоглощения до 6,1% и изменение цвета черепка. Дальнейшее повышение температуры приводило к вспучиванию образцов. В этой связи для устранения вспучивания черепка в массу добавляли тугоплавкую глину Владимировского месторождения марки ВКС-2 в количестве 20% за счет опоки, в результате чего при интервале обжига 1050—1080оС были получены бездефектные образцы красного цвета, по физико-механическим свойствам удовлетворяющие требованиям к клинкерному кирпичу (табл. 5).

Для получения изделий светлых тонов в качестве добавок, осветляющих черепок, использовали мел дисперсный, отходы производства минеральных удобрений, а также модификатор «ЮНС», способствующий осветлению черепка и связыванию водорастворимых солей в процессе обжига [11].

Подготовку масс проводили вышеприведенным способом.

При определении влияния осветляющих добавок на цвет и физико-механические свойства образцов установлено, что однородное изменение цвета черепка происходит при добавлении 20% осветляющих добавок. При температуре обжига 1000оС образцы имеют темно-желтый цвет, с увеличением количества осветляющих добавок до 23—25% цвет черепка изменяется до желтого. Образцы выдержали 100 циклов попеременного замораживания и оттаивания, после чего испытания прекратили.

Состав массы (ОМО-1) и физико-механические показатели обожженных образцов представлены в табл. 4 и на рис. 5.

Рис. 6. Обожженные образцы

Проведенные исследования показали возможность использования данного состава для получения лицевого керамического кирпича желтого цвета (рис. 6). Так как полученные образцы по водопоглощению не удовлетворяют требованиям к клинкерному кирпичу, в массу было введено 15% тугоплавкой глины ВКС-2, которая позволила расширить интервал обжига на 30°С — от 1050 до 1080оС при получении образцов с водопоглощением 4—4,8%. Кроме того, возросли прочностные показатели образцов (табл. 5).

На основании проведенных исследований по использованию опоки Шевченковского месторождения для производства лицевого и клинкерного кирпича полусухого прессования можно сделать следующие выводы:

— исследованный вид сырья может быть использован для получения указанных изделий двух базовых цветов — красного и желтого при условии введения в состав массы добавок, корректирующих его свойства;

— для устранения плотных включений, ухудшающих внешний вид образцов, необходимо измельчение опоки менее 0,25 мм, что позволяет также улучшить спекание черепка;

— при подготовке пресс-порошка все компоненты должны быть тщательно перемешаны до получения гомогенной массы;

— при грануляции пресс-порошка рекомендуется следующий зерновой состав: фракция 3—2 мм — 35— 40%; фракция 2—1 мм — 25—30%; фракция <1 мм — 30— 35%. Влажность пресс-порошка должна составлять от 12,2 до 13,7%, а удельное давление прессования — 23— 25 МПа;

— для получения качественных изделий перед обжигом необходима их подсушка до влажности 6%. Температурный интервал обжига для получения лицевых изделий — 1020—1050оС, для клинкерных изделий - 1050-1080оС.

научно-технический и производственный журнал ГР^^ГГ^Л'^ г I ^ £ Тб апрель 2017 Й - ГЗЙЙЫ^ 9

Список литературы

1. Корнилов А.В. Нетрадиционные виды нерудного сырья для производства строительной керамики // Строительные материалы. 2005. № 2. С. 50—51.

2. Котляр В.Д. Стеновая керамика на основе кремнистых опал-кристобалитовых пород — опок. Ростов н/Д: ЗАО «Ростиздат». 2011. 277 с.

3. Котляр В.Д., Устинов А.В., Ковалёв В.Ю., Терё-хина Ю.В., Котляр А.В. Керамические камни компрессионного формования на основе опок и отходов углеобогащения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 44-48.

4. Корнилов А.В., Пермяков Е.Н. Керамические материалы из местных нетрадиционных видов нерудного сырья // Разведка и охрана недр. 2009. № 10. С. 61-65.

5. Кара-сал Б.К., Сат Д.Х., Серен Ш.В., Монгуш Д.С. Стеновая керамика из нетрадиционных сырьевых материалов // Строительные материалы. 2016. № 4. С. 33-36.

6. Стороженко Г.И., Столбоушкин А.Ю., Мишин М.П. Перспективы отечественного производства керамического кирпича на основе отходов углеобогащения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 57-61.

7. Зубехин А.П., Яценко Н.Д. Теоретические основы инновационных технологий строительной керамики // Строительные материалы. 2014. № 1-2. С. 88-92.

8. Талпа Б.В. Перспективы развития минерально-сырьевой базы для производства светложгущейся стеновой керамики на Юге России // Строительные материалы. 2014. № 4. С. 20-23.

9. Ашмарин Г.Д., Ласточкин В.Г., Илюхин В.В., Минаков А.Г., Татьянчиков А.В. Инновационные технологии высокоэффективных керамических строительных изделий на основе кремнистых пород // Строительные материалы. 2011. № 7. С. 28-30.

10. Гуров Н.Г., Наумов А.А., Юндин А.Н. Повышение морозостойкости керамического камня полусухого прессования минеральной модифицирующей добавкой // Строительные материалы. 2012. № 5. С. 78-80.

11. Гуров Н.Г., Котлярова Л.В., Иванов Н.Н. Производство керамического кирпича светлых тонов из красножгущегося глинистого сырья // Строительные материалы. 2005. № 9. С. 58-59.

References

1. Komilov A.V. Nonconventional types of nonmetallic raw materials for production of construction ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2005. No. 2. pp. 50-51. (In Russian).

2. Kotlyar V.D. Stenovaya keramika na osnove kremnistykh opal-kristobalitovykh porod — opok [Wall ceramics based on siliceous opal-cristobalite rocks — molding]. Rostov-on-Don: Rostizdat. 2011. 277 p. (In Russian).

3. Kotlyar V.D., Ustinov A.V., Kovalev V.Yu., Terekhina Yu.V., Kotlyar A.V. Ceramic stones of compression moulding on the basis of gaizes and coal preparation waste. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 44—48. (In Russian).

4. Kornilov A.V., Permykov E.N. Ceramic materials out of local nontraditional types of non-ore raw materials. Razyedka i okhrana nedr. 2009. No. 10, pp. 61—65. (In Russian).

5. Kara-sal B.K., Sat D.Kh., Seren Sh.V., Mongush D.S. Wall ceramics from non-traditional raw materials. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2016. No. 4, pp. 33—36. (In Russian).

6. Storozhenko G.I., Stolboushkin A.Yu., Mishin M.P. Perspectives of domestic production of ceramic bricks on the basis of waste of coal enrichment. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2013. No. 4, pp. 57—61. (In Russian).

7. Zubekhin A.P., Yatsenko N.D. Theoretical bases of innovative technologies of building ceramics. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 1—2, pp. 88—92. (In Russian).

8. Talpa B.V. Prospects of development of mineral resources for production of the light-burning wall ceramics in the south of Russia. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2014. No. 4, pp. 20—23. (In Russian).

9. Ashmarin G.D., Lastochkin V.G., Ilyukhin V.V., Minakov A.G., Tat'yanchikov A.V. Innovative technologies of high-efficiency ceramic building products based on siliceous breeds. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2011. No. 7, pp. 28—30. (In Russian).

10. Gurov N.G., Naumov A.A., Yundin A.N. Improvement of frost resistance of semidry pressing ceramic stone with a mineral modifying additive. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2012. No. 5, pp. 78—80. (In Russian).

11. Gurov N.G., Kotljarova L.V., Ivanov N.N. Production of a ceramic brick of light tones from the burning down is red clay raw materials. Stroitel'nye Materialy. [Construction Materials]. 2005. No. 9, pp. 58—59. (In Russian).

Химическая технология керамики

ЧШШЧЕЧ.К W 11 XHO IQI иц kl I'MLMhH

Авторы - коллектив ученых РХТУ им. Д.И. Менделеева, под редакцией И.Я. Гузмана

Издание 2-е, исправленное М: РИФ «Стройматериалы». 2012 г. 494 с.

В пособии освещены вопросы современного состояния технологии основных видов керамических изделий строительного, хозяйственно-бытового и технического назначения, а также различных видов огнеупоров. Книга соответствует программе общего курса химической технологии керамики и огнеупоров при наличии также курсов соответствующих специализаций. Подробно изложены характеристика сырья, проблемы подготовки керамических масс и их формование, особенности механизмов спекания, а также дополнительные виды обработки керамики: металлизация, глазурование, декорирование, механическая обработка.

Описаны механические, деформационные, теплофизические, электрофизические свойства керамических изделий, в том числе при высокой температуре. Учебное пособие рассчитано на студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов» и специалистов, работающих в области технологии керамики и огнеупоров.

Тел./факс: (499) 976-22-08; 976-20-36 www.rifsm.ru

МГ^ШШЬгШ и.

научно-технический и производственный журнал

апрель 2017

17