Влияние добавки ванадиевого шлака на процессы структурообразования стеновой керамики из техногенного сырья

УДК 666.7:658.567.1:669.1

А.Ю. СТОЛБОУШКИН1, канд. техн. наук; Г.И. БЕРДОВ2, д-р техн. наук; В.Н. ЗОРЯ1, инженер; О.А. СТОЛБОУШКИНА1, канд. техн. наук; А.А. ПЕРМЯКОВ1, канд. геол.-мин. наук

1 Сибирский государственный индустриальный университет

2 Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет

Влияние добавки ванадиевого шлака на процессы структурообразования стеновой керамики из техногенного сырья

Приведены результаты исследований по влиянию ванадийсодержащих отходов на процессы спекания керамического черепка из шламистой части отходов обогащения железных руд. Установлено, что добавка ванадиевого шлака приводит к изменению объемной окраски керамических изделий, а оксид ванадия, содержащийся в нем, интенсифицирует процессы спекания в заключительную стадию затвердевания силикатного расплава и служит катализатором в минералообразовании керамики на основе железорудных отходов, наиболее характерными из которых являются цепочечные силикаты авгита, мелилита и волластонита. Методами петрографического анализа, сканирующей электронной микроскопии, спектрального анализа и рентгеновской дифрактометрии изучена структура и фазовый состав керамических материалов на основе шламов железорудных отходов с корректирующими добавками. Введение добавок приводит к формированию черепка с выраженной стеклокристаллической структурой, характеризующейся пористой текстурой. При этом поровое пространство полностью или частично заполнено криптокристаллическим веществом, что увеличивает прочность керамики.

Ключевые слова: техногенное сырье, ванадиевый шлак, железорудные отходы, спекание, стеновая керамика.

A.Yu. STOLBOUSHKIN1, Candidate of Technical Sciences; G.I. BERDOV2, Doctor of Technical Sciences; V.N. ZORYA1, Engineer, O.A. STOLBOUSHKINA1, Candidate of Technical Sciences, A.A. PERMIAKOV1, Candidate of Geological and Mineralogical Sciences

1 Siberian State Industrial University

2 Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering

The impact of vanadium slag addition on structure forming processes in wall ceramics made of technogenic material

Results of the study of influence of vanadium-containing waste on the processes of sintering of a ceramic body from the slurry part of waste of the iron ore enrichment are presented. It is established that the addition of vanadium slag leads to changing the volumetric coloration of ceramic products, and vanadium oxide contained in it intensifies the processes of sintering into the final stage of the silicate melt curing and serves as a catalyst in mineralization of ceramics on the base of iron ore waste, the most typical of which are chain silicates of augite, melilite and wollastonite. Methods of petrographic analysis, scanning electronic microscopy, spectral analysis and X-ray diffractometry are used for studying the structure and phase composition of ceramic materials on the basis of slimes of iron ore waste with corrective additives. The introducing of additives leads to formation of a ceramic body with an expressed glass- crystalline structure characterized by porous texture. In this case the pore space is fully or partly filled with a cryptocrystalline substance that increases the strength of ceramics.

Keywords: technogenic resources, vanadium slag, iron ore wastes, sintering, wall ceramics.

Стратегическим направлением развития производства строительных материалов является расширение сырьевой базы за счет использования нетрадиционного сырья и промышленных отходов [1]. Сегодня необходимость рационального использования ресурсов и сохранения экологического равновесия в природе находит понимание у большинства специалистов отрасли [2, 3].

При производстве стеновых керамических материалов из малопластичного неспекающегося техногенного сырья наряду с новыми методами их получения часто необходима корректировка состава шихты для формирования прочной структуры изделий. Согласно модели формирования микроуровневой структуры керамических матричных композитов [4] для достаточного внутреннего насыщения гранул из отходов пиропластич-ной связкой и развития жидкофазного спекания при температуре обжига не более 1000—1050оС целесообразно искусственное обогащение техногенного сырья добавкой легкоплавкой глины или плавня.

Проведенные исследования по улучшению декоративных свойств стеновой керамики на основе шла-мистых железорудных отходов показали выраженный эффект одновременно и окрашивающей и структурирующей добавки при использовании пятивалентного оксида ванадия, обеспечившего спекание черепка и практически «клинкерные» характеристики керамики [5].

Strategic direction of building materials development is the expansion of raw materials base through the use of unconventional raw materials and industrial wastes. Today the need for rational use of resources and maintenance of ecological balance is understood by the most of industry experts.

In production of ceramic wall materials made of low-plastic non-sintering technogenic resources along with new methods for their production modification of the charge composition is often required for firm product structure forming. According to the model of ceramic matrix composites micro-level structure formation [1] for sufficient internal saturation of pellets made of wastes with piroplastic binder and development of liquid-phase sintering at firing temperature of no more than 1000—1050oC artificial enrichment of technogenic raw material by adding fusible clay or flux is reasonable.

Research on improvement of decorative properties of new wall ceramics made of slimy iron wastes had shown the apparent effect of both coloring and structuring additive using pentavalent vanadium oxide providing sintering of the crock and practically «clinker» characteristics of ceramics [2].

The aim of the present work was to study the impact of vanadium containing wastes on sintering processes in ceramic crock made of slimy part of iron ore tailings.

The study was conducted at the example of slimy part of iron ore wet magnetic separation tails after enrichment

ï-A

март 2014

73

Целью настоящей работы являлось изучение влияния ванадийсо-держащих отходов на процессы спекания керамического черепка из шламистой части отходов обогащения железных руд.

Исследование проводилось на примере наиболее массовых промышленных отходов Кузбасса: шла-мистой части хвостов мокрой магнитной сепарации после обогащения железных руд (ОЖР), которые являются тонкодисперсным (средний размер частиц составляет 15— 50 мкм), малопластичным (число пластичности составляет 3—4), не-спекающимся техногенным сырьем. Описание химического и минерального состава железорудных отходов Абагурской обогатительно-агломерационной фабрики (Новокузнецк) приведено в [6].

В работе в качестве корректирующих добавок был выбран ванадиевый шлак Нижнетагильского металлургического комбината (холдинг Evraz Group). Выбор шлака был обусловлен тем, что присутствующий в нем V2O5 вызывает значительное снижение вязкости щелочно-силикатных стекол, образуя со щелочами легкоплавкие соединения — ванадаты. Такие соединения оксид ванадия образует даже с оксидами SiO2, Al2O3, и CaO [7]. Так, все смеси SiO2 с V2O5 при соотношении оксидов от 3:1 до 1:3 плавятся при температурах ниже 800оС. По способности резко снижать температуру размягчения щелочных силикатных стекол V2O5 превосходит все другие оксиды элементов со степенью окисления +5.

Исследованная проба ванадиевого шлака представляла собой бурый тонкодисперсный порошок, легко разрушающийся в лабораторных бегунах. Химический состав шлака представлен в табл. 1.

В отличие от металлургических шлаков в ванадиевом практически нет рентгеноаморфной фазы, состав его представлен в основном сложными соединениями со структурой шпинели (Fe, Mg, V, Т^3_х04. Потери при прокаливании составляют 8,6%.

Керамические образцы диаметром 45 мм и высотой 45—50 мм формовались методом полусухого прессования. Влажность пресс-порошка составляла 8—9%. Режим прессования двухступенчатый с односторонним приложением нагрузки, давление прессования 15 МПа. Обжиг проводился в лабораторной муфельной печи при температуре 1050оС.

Составы керамических смесей и экспериментальные данные физико-механических свойств полученных образцов приведены в табл. 2.

Ванадиевый шлак, как и пенток-сид ванадия, приводит к изменению

Рис. 1. Микрофотографии керамического черепка на основе шламистой части железорудных отходов с добавкой 10 мас. % ванадиевого шлака. Шлиф, проходящий свет, 25х: николи + (а); 100х, николи + (b, d), николи II (с): 1 - поры; 2 - мелилит; 3 - авгит; 4 - пироксен; 5 - гематит Fig. 1. Micrographs of the ceramic crock made of slimy part of iron ore wastes with 10 wt. % addition of vanadium slag. Section, transmitted light, 25x: nicols + (a), 100x, nicols + (b, d), nicols II (с): 1 - pores; 2 - melilite; 3 - augite; 4 - pyroxene; 5 - hematite

Рис. 2. Микрофотографии керамического черепка на основе шламистой части железорудных отходов с добавкой 20 мас. % ванадиевого шлака. Шлиф, проходящий свет, 25х, николи + (а); 100х: николи + (b, d), николи II (с): 1 - поры; 2 - железистая стеклофаза; 3 - реликтовый пирит; 4 - пироксен; 5 - авгит

Fig. 2. Micrographs of the ceramic crock made of slimy part of iron ore wastes with 20 wt. % addition of vanadium slag. Section, transmitted light, 25х, nicols + (a), 100х: nicols + (b, d), nicols II (с): 1 - pores; 2 - ferriferous vitreous phase; 3 - relict pyrite; 4 - pyroxene; 5 - augite

Таблица 1 Table 1

Массовая доля компонентов, %

Mass fraction of components, %

V MnO TiO2 SiO2 MgO CaO

14,24 8,77 9,52 12,65 5,4 2,14

научно-технический и производственный журнал Q'j'pyyrj'SjJ.yj-liyJS 74 март 2014 Ы *

Таблица 3 Table 3

Таблица 2 Table 2

Состав шихты, мас. % Charge mixture composition, wt., % Прочность при сжатии, МПа Compressive strength, MPa Средняя плотность, кг/м3 Average density, kg/m3 Водопоглощение, % Water absorption , % ККК CQC Морозостойкость, цикл Freeze resistance, cycle

Шламистая часть ОЖР - 75 Slimy part of IOW - 75 Суглинок - 25 Clay loam - 25 19,2 1760 15,6 10,9 25

Шламистая часть ОЖР - 75 Slimy part of IOW - 75 Суглинок - 15 Clay loam - 15 Ванадиевый шлак - 10 Vanadium slag - 10 32,5 1802 13,6 11,2 63

Шламистая часть ОЖР - 65 Slimy part of IOW - 65 Суглинок - 15 Clay loam - 15 Ванадиевый шлак - 20 Vanadium slag - 20 63,2 2034 9,7 12,9 90

Химический элемент Chemical element Элементный состав кристаллической фазы участка образца The element composition of crystalline phase of the sample part

Ванадиевый шлак 10 мас. % Vanadium slag 10 wt. % Ванадиевый шлак 20 мас. % Vanadium slag 10 wt. %

Весовой % Weight percent Атомный % Atomic percent Количество атомов Amount of atoms Весовой % Weight percent Атомный % Atomic percent Количество атомов Amount of atoms

C - - - 11,68 21,72 40

O 45,07 63,57 100 33,96 47,4 80

Na - - - 1,44 1,4 2

Mg 9,29 8,5 18 2,42 2,22 5

Al 4,15 3,42 6 4,18 3,46 6

Si 14,61 12,45 25 11,41 9,07 20

K - - - 0,41 0,24 1

Ca 8,44 4,68 5 3,41 1,9 2

Ti - - - 1,72 0,8 1

V 1,06 0,46 1 3,11 1,23 2

Fe 17,38 6,92 13 26,26 10,56 20

окраски образцов, причем с увеличением его содержания до 20 мас. % красящий эффект усиливается до насыщенного коричневого цвета.

Изучение фазового состава и структуры керамических образцов проводилось комплексом методов. Дифрактометрические исследования позволили установить, что основными минеральными фазами керамического черепка являются авгит, гематит, мелилит, кварц и анортит.

В шлифах керамического черепка на основе шлами-стой части железорудных отходов с добавкой 10 мас. % ванадиевого шлака наблюдается поликристаллическая разнозернистая структура, от крипто- до мелкокристаллической, с равномерным распределением пор. Можно отметить характерное заполнение порового пространства криптокристаллическим веществом. Стенки пор покрыты зародышевыми кристаллами, сцементированными стеклофазой. Встречаются железистые минералы в виде сложных минеральных агрегатов. Сферолиты из кристаллов мелилита (рис. 1, Ь) и темные кристаллы гематита пластинчатой формы (рис. 1, ф. Выделяются

(IOW) — the largest scale industrial wastes of Kuzbass that are fine-disperse (with average particle size of 15—50 microns), low-plastic (plasticity index of 3—4), non-sintering technogenic raw material. Description of chemical and mineral composition of iron wastes of Abagurskaya enrichment and sintering plant (Novokuznetsk) is given in the article [2].

As a corrective additive for this work vanadium slag of Nizhny Tagil Metallurgical Plant (Evraz Group Holding) was selected. The slag selection was determined by presence of V2O5 which causes significant reduction in viscosity of alkaline silicate glass, forming fusible compounds — vanadates with alkalis. Such compounds vanadium oxide forms even with SiO2, Al2O3, h CaO oxides [3]. Thus, all mixtures of SiO2 with V2O5 at oxides ratio from 3:1 to 1:3 melt at temperatures below 800oC. By its ability to reduce the softening point of the alkali silicate glasses dramatically V2O5 surpasses all other oxides of elements with the oxidation rate +5.

Examined samples of vanadium slag represent brown fine-disperse powder, easily destroyed in laboratory runners. Chemical composition of the slag is shown in Table 1.

h]

март 2014

75

Рис. 3. Микрофотографии керамического черепка на основе шламистой части железорудных отходов с добавкой 20 мас. % ванадиевого шлака. Шлиф, проходящий свет, 200х, николи II (а), николи + (Ь); иммерсионный объектив, аншлиф, отраженный свет, 1000х (с), 1500х (d): 1 - пироксен; 2 - железистая стеклофаза; 3 - поры; 4 - гематит; 5 - шпинель Fig. 3. Micrographs of ceramic crock made of slimy part of iron ore wastes with 20 wt. % addition of vanadium slag. Section, transmitted light, 200х, nicols II (a), nicols + (Ь) immersion lens, section, polished section, reflected light, 1000х (с) 1500х (g): 1 - pyroxene; 2 - ferriferous vitreous phase; 3 - pores; 4 - hematite; 5 - spinel

1 2 3 4 5 5 7 9 10

Ълмая шкала 220 ими. Курсор: 0.000 кэЕ

Рис. 4. Микрофотографии керамического черепка на основе шламистой части железорудных отходов с добавкой 10 мас. % ванадиевого шлака. Сканирующий электронный микроскоп

Fig. 4. Micrographs of the ceramic crock made of slimy part of iron ore wastes with 10 wt. % addition of vanadium slag. Scanning electron microscope

пироксеновые агрегаты с характерной поляризациеи при скрещенных николях (поз. 4, рис. 1, с, сС).

Увеличение содержания ванадиевого шлака до 20 мас. % приводит к формированию черепка с более выраженной стеклокристаллической структурой, ха-

Unlike metallurgic slags vanadium slag has almost no radio-amorphous phase, its composition is represented mainly by complex compounds of spinel structure (Fe, Mg, V, Ti)3-xO4. Calcination losses make up 8,6%.

Ceramic samples with diameter of 45 mm and height of 45—50 mm were molded by dry pressing. Humidity of press powder was 8—9%. Pressing mode was two-step with single-way load application, compaction pressure of 15 MPa. Firing was carried out in laboratory muffle furnace at 1050oC.

Composition of ceramic mixtures and experimental data on physical and mechanical properties of obtained samples are shown in Table 2.

Vanadium slag, as well as vanadium pentoxide, causes change of samples color, and, increasing content up to 20 wt. % coloring effect is amplified to saturated brown.

Study of ceramic samples phase composition and structure was carried out by set of methods. Diffractometric studies revealed that the main mineral phases of ceramic crock are augite, hematite, melilite, quartz and anor-thite.

In the sections of ceramic crock made of slimy iron ore wastes with the addition of 10 wt. % of vanadium slag polycrystalline anisomerous structure ranged from crypto- to fine-crystalline with even pore distribution is observed. Typical filling of the pore space by cryptocrystalline substance may be noted. Pore walls are covered with nucleus crystals cemented by vitreous phase. Ferrous minerals in form of complex mineral aggregates are found. Spherulites of melilite crystals (Fig. 1, b) and dark hematite platelet-shaped crystals (Fig. 1, d). Pyroxene aggregates with characteristic polarization are allocated when nicols are crossed (item 4, Fig. 1, c, d).

Increase in content of vanadium slag to 20 wt. % leads to formation of crock with stronger glass crystal structure, characterized by porous texture (Fig. 2). Pore space is completely or partially filled with cryptocrystalline substance in which minerals of pyroxene group, augite, in particular, can be traced (item 5, Fig. 2, d).

Pyrite burnout pseudomorphosis with formation of new minerals such as wustite (Fe1-xO), troilite (FeS) and magnetite (Fe3O4) is observed at Fig. 2 (item 3). Data on petrographic studies of sections coincide with the results of X-ray phase analysis, diagnosing significant content of augite and hematite mineral phase. These are the minerals that are the main carriers of isomorphic admixture of vanadium and that increase strength properties of ceramics.

The study of sections and polished sections makes it possible to conclude that the cause of high firing shrinkage

научно-технический и производственный журнал Q'j'prjyfj'ijj^jlj^js 76 март 2014 M

растеризующейся пористои текстурой (рис. 2). Поровое пространство полностью или частично заполнено криптокристаллическим веществом, в котором можно обнаружить минералы пироксеновой группы, в частности авгит (поз. 5, рис. 2, С).

На рис. 2 (поз. 3) наблюдается псевдоморфоза выгорания по пириту с образованием новых минералов: вюстита ^е1-хО), троилита (FeS) и магнетита ^е3О4). Данные петрографических исследований шлифов совпадают с результатами рентгено-фазового анализа, диагностирующего значительное содержание минеральной фазы авгита и гематита. Именно эти минералы являются главными носителями изоморфной примеси ванадия и повышают прочностные свойства керамики.

Изучение шлифов и аншлифов позволяет сделать заключение, что причиной высокой огневой усадки, обусловливающей спекание черепка и придающей коричневую окраску керамическим образцам, является железистая стеклофаза (рис. 3, а, Ь).

При большем увеличении в иммерсии (рис. 3, с, С) можно заметить в стеклофазе распределенную фазу гематита, имеющую красноватый оттенок, и формирование зародышевых кристаллов шпинели выраженной огранки с включениями кальциевых ферритов. Очевидно, именно формирование железистых минералов упрочняет сте-клофазу и придает ей темно-коричневый оттенок.

Исследование керамических образцов при помощи растрового электронного микроскопа выявило различия в структуре материала в зависимости от количества ванадиевого шлака в составе шихты (рис. 4, 5). При добавке 10 мас. % ванадиевого шлака преобладает агломе-ратовая структура с зернами минералов выраженной огранки, имеющих острые или оплавленные углы. Например, шестигранная форма кристалла характерна для флогопита, ромбовидная — для авгита (рис. 4, Ь, с).

В образцах с содержанием 20 мас. % ванадиевого шлака преобладает монолитная структура с участками из ограненных и скелетных кристаллов и затвердевшего расплава в виде стекла, имеющего развитую поровую текстуру с замкнутыми порами сферической или неправильной формы, сформировавшимися в результате процессов газовыделения при обжиге материала (рис. 5, а). При большем увеличении можно заметить, что затвердевший агрегат имеет порфировую структуру, обусловленную формированием новых минеральных фаз (рис. 5, с), Очевидно, образующийся расплав после кристаллизации объединяет реликтовые зерна минералов и новообразованные кристаллы авгита, мелилита и гематита в единое целое и обеспечивает высокие прочностные показатели материала (более 60 МПа).

Результаты спектрального анализа (рис. 4, 5, табл. 3) показали, что введение в шихту ванадиевого шлака, как и пентоксида ванадия, приводит к образованию оплавленной структуры и с увеличением его содержания в составе шихты количество расплава увеличивается (рис. 5, с).

Одними из кристаллических новообразований в керамическом черепке являются цепочечные силикаты авгита, мелилита и волластонита. Такой вывод можно сделать на основании анализа соотношения атомов Si и О

Рис. 5. Микрофотографии керамического черепка на основе шламистой части железорудных отходов с добавкой 20 мас. % ванадиевого шлака. Сканирующий электронный микроскоп

Fig. 5. Micrographs of the ceramic crock made of slimy part of iron ore wastes with 20 wt. % addition of vanadium slag. Scanning electron microscope

which causes sintering of the crock and gives brown color to ceramic samples is ferriferous vitreous phase (Fig. 3, a, b).

At higher magnification in immersion (Fig. 3, c, d) distributed phase of hematite of reddish tint, and formation of seed crystals of spinel of define faceting with inclusions of calcium ferrites can be seen in vitreous phase. Obviously, it is formation of ferriferous minerals that strengthens vitreous phase and gives it dark brown tint.

Investigation of ceramic samples using raster electron microscope revealed differences in structure of material, depending on the amount of vanadium slag in charge (Fig. 4, 5). When vanadium slag additive makes up to 10 wt. % agglomerate structure with mineral grains of pronounced faceting with sharp or flowed corners prevails. For example, hexagonal form of crystal is typical for phlogopite, diamond-shaped — for augite (Fig. 4, b, c).

In samples containing 20 wt. % of vanadium slag prevailing is monolithic structure with parts of faceted and skeletal crystals and solidified melt in form of glass, having the developed pore structure with closed pores of spherical or irregular shape, formed as a result of processes of gas emission during firing of the material (Fig. 5, a). At higher magnification, it can be seen that solidified aggregate has porphyritic structure, due to new mineral phases formation (Fig. 5, c). Obviously, the melt after crystallization combines relict grains of minerals and newly formed crystals of augite, melilite and hematite in single integrity and provides high strength characteristics of the material (over 60 MPa).

The results of spectral analysis (Fig. 4, 5, Table 3) have shown that introduction of vanadium slag, as well as vanadium pentoxide, into charge causes formation of fused structure, and increase of its content in charge composition leads to increase of quantity of melt (Fig. 5, c).

Some of crystalline growths in ceramic crock are augite, melilite and wollastonite chain silicates. Such a conclusion can be made based on analysis of the Si and O at-

rj научно-технический и производственный журнал

M  март 2014 77

(табл. 3), которое характерно для кремнекислородных тетраэдров SiO4-. Наиболее вероятным носителем ванадия из них является авгит (Ca, Mg, Fe, V)2-Si2O6, что подтверждается рентгенофазовым и петрографическим анализом. Минералы группы мелилита также содержат примесь ванадия и представлены изоморфной смесью двух силикатов: окерманита Ca2(Mg, V)2-Si2O7 и геленита Ca2(Al, V)2SiO7. В процессе спекания оксид ванадия служит катализатором в минералообразовании керамики на основе железорудных отходов. Интенсивно способствует спеканию в заключительную стадию затвердевания силикатного расплава и взаимодействует со щелочами, главным образом с натрием и калием (рис. 5, d).

По результатам проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

— введение ванадиевого шлака в состав шихты на основе шламистых железорудных отходов приводит к значительному росту физико-механических показателей образцов при отсутствии признаков пережога. При 10 и 20% содержании шлака предел прочности при сжатии возрастает соответственно в 1,7 и 3,2 раза, морозостойкость — в 2,5 и 3,6 раза, водопоглощение снижается на 13 и 38%, что свидетельствует о спекании керамического черепка;

— оптимальные составы сырьевой смеси для изготовления стеновых керамических изделий содержат в качестве компонентов шламистую часть отходов обогащения железных руд в количестве 75—85%, природное глинистое сырье — 10—15% и ванадиевый шлак — 5—15% (Патент № 2487844. А.Ю. Столбоушкин, Г.И. Сторо-женко, Г.И. Бердов и др. Опубл. в БИ 2013. № 20);

— ванадиевый шлак содержит оксиды ванадия и железа, выполняющие функцию плавня в силикатных стеклообразующих системах, и в сочетании со шлами-стой частью отходов обогащения железных руд интенсифицирует процессы спекания керамического черепка.

Список литературы

1. Чернышов Е.М. К проблеме развития исследований и разработок в области материаловедения и высоких строительных технологий: основные акценты // Достижения и проблемы материаловедения и модернизации строительной индустрии: Материалы XV Академических чтений РААСН. Международная научно-техническая конференция. Казань: КазГАСУ, 2010. Т. 1. С. 8-9.

2. Гуров Н.Г., Котлярова Л.В., Иванов Н.Н. Расширение сырьевой базы для производства высококачественной стеновой керамики // Строительные материалы. 2007. № 4. С. 62-64.

3. Котляр В.Д., Устинов А.В., Ковалев В.Ю. и др. Керамические камни компрессионного формования на основе опок и отходов углеобогащения // Строительные материалы. 2013. № 4. С. 44-46.

4. Столбоушкин А.Ю. Получение качественной стеновой керамики на основе неспекающегося малопластичного техногенного сырья // Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании: Сб. трудов Международная научная конференция. М.: МГСУ, 2011. Т. 2. С. 175-180.

5. Столбоушкин А.Ю. Улучшение декоративных свойств стеновых керамических материалов на основе техногенного и природного сырья // Строительные материалы. 2013. № 8. С. 24-29.

6. Столбоушкин А.Ю., Стороженко Г.И. Необходимость и перспективы утилизации шламистых железорудных отходов Кузбасса в технологии стеновых керамических материалов // Строительные материалы. 2009. № 4. С. 77-80.

7. Аппен А.А. Химия стекла. Л.: Химия, 1974. 352 с.

oms ratio (Table 3), which is typical for SiO4- silicon-oxygen tetrahedra. Augite (Ca, Mg, Fe, V)2-Si2O6 is the most probable carrier of vanadium, that is confirmed by X-ray phase and petrographic analysis. Minerals of melilite group also contain admixture of vanadium and are presented by isomorphic mixture of two silicates: akermanite Ca2(Mg, V)2-Si2O7 and helenite Ca2(Al, V)2-SiO7. During sintering vanadium oxide serves as a catalyst in the mineral forming of ceramics made of iron wastes. It intensively promotes sintering into the final stage of solidification of silicate melt and reacts with alkalis, mainly with sodium and potassium (Fig. 5, d).

Based on the results of research the following conclusions can be made:

— introduction of vanadium slag into charge made of slimy iron wastes leads to a significant increase in physical and mechanical properties of samples with no signs of over-baking. At content of slag of 10 and 20% compressive strength increases respectively in 1,7 and 3,2 times, freeze resistance in 2,5 and 3,6 times, water absorption is reduced by 13 and 38 percent, that indicates sintering of ceramic crock;

— optimal composition of the raw mixture for wall ceramic products contains slimy part of iron ore enrichment wastes in the amount of 75—85%, natural clay — 10—15% and vanadium slag — 5—15% as components (Patent number 2487844. A.Yu. Stolboushkin, G.I. Storozenko, G.I. Berdov etc. Published at BI in 2013, № 20);

— vanadium slag contains iron and vanadium oxides, performing the function of flux in silicate glass-forming systems, and in aggregate with the slimy part of iron ore tailings intensifying processes of sintering of ceramic crock.

References

1. Chernyshev E.M. To the problem of fundamental and applied research in field of material science and high-tech constructional processes: the main emphasis. Achievements and problems of material science and modernization of construction industry: Materials of the XVth Academic readings of RAACES — International Scientific and Technical Conference. Kazan: KSUAE, 2010. V. 1, pp. 8-9 (In Russian).

2. Gurov N.G., Kotlyarova L.V., Ivanov N.N. Expanding the resource base of high quality wall ceramic production. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2007. No. 4, pp. 62-64 (In Russian).

3. Kotlyar V.D., Ustinov A.V., Kovalev V.Yu. Ceramic stones produced of flasks and coal enrichment wastes by means of compression molding. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2013. No. 4, pp. 44-46 (In Russian).

4. Stolboushkin A.Yu. Production of wall ceramics of high quality based on non-sintering low plastic technogenic resources. Integration, partnership and innovation in construction science and education: Papers of International scientific conference. Moscow MGSU 2011. No. 2, pp. 175-180 (In Russian).

5. Stolboushkin A.Yu. Improving decorative properties of ceramic wall materials produced of technogenic and natural resources Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2013. No. 8, pp. 24-29 (In Russian).

6. Stolboushkin A.Yu., Storozenko G.I. Need and prospects of Kuzbass slimy iron ore wastes disposal in ceramic wall materials production technology. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2009. No. 4, pp. 77-80 (In Russian).

7. Appen A.A. Khimiyastekla[Chemistry of glass]. Leningrad: Khimiya, 1974. 352 p. (In Russian).

78

март 2014

jVJ