Использование фарфоровых камней Човдарского месторождения Азербайджана в составе шихты фарфоро-фаянсового производства

УДК 553.6.04.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ФАРФОРОВЫХ КАМНЕЙ ЧОВДАРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЗЕРБАЙДЖАНА В СОСТАВЕ ШИХТЫ ФАРФОРО-ФАЯНСОВОГО ПРОИЗВОДСТВА

© И.Дж. Алиев1

Национальная академия наук Азербайджана,

AZ1001, Азербайджанская Республика, г. Баку, ул. Истиглалийят, 10.

На основе исследований упруго-вязко-пластичных свойств керамических масс с различным содержанием фарфорового камня Човдарского месторождения разработана оптимальная рецептура керамической массы. Характер деформационного поведения коагуляционных структур показывает, что наилучшими формовочными свойствами обладает масса, изготовленная без добавки кварцевого песка по рецептуре IV. Установлено, что такую рецептуру можно использовать в производстве изделий тонкой керамики. Ил. 1. Табл. 4. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: фарфоровый камень; керамика; кварц; шихта; каолин.

USING PORCELAIN STONES FROM CHOVDAR FIELD (AZERBAIJAN) IN FEED COMPOSITION OF WHITEWARE

PRODUCTION

I.J. Aliyev

National Academy of Sciences of Azerbaijan, 10 Istiglaliyyat St., Baku, Republic of Azerbaijan, AZ1001.

Optimal formulation of ceramic body has been developed based on the study of elastic- viscous-plastic properties of ceramic bodies with the different content of the porcelain stone from Chovdar deposit. The deformational behavior of coagulation structures shows that the mass produced according to formulation IV, i.e. without quartz sand, possesses the best molding properties. It is determined that this formulation can be used in the production of fine ceramics. 1 figure. 4 tebles. 4 sources.

Keywords: porcelain stone; ceramics; quartz; feed; kaolin.

Потребность Азербайджана в каолино-огнеупорном сырье для фарфоро-фаянсового производства и других отраслей в настоящее время целиком удовлетворяется за счет завоза его из других экономических районов (каолины, кварцевые пески и полевые шпаты из Украины, бентонитовые глины из Средней Азии, пегматиты из Карелии и т.д.). В конечном итоге это приводит к лишним затратам. Для развития керамической промышленности страны целесообразно использование местных видов минерального сырья. С этой целью проведено исследование возможности использования фарфорового камня Човдарского месторождения в составе шихты фарфоро-фаянсового производства.

На Човдарском месторождении к фарфоровым камням относятся продукты гидротермально-метасоматического изменения кислых и среднекислых эффузивных пород верхнебайосской вулканогенной толщи - риолиты, риодациты, кварцевые плагиопор-фиры, их туфы, туфобрекчии и др. [1].

В зависимости от состава исходных пород в месторождении образовались метасоматиты с различными минеральными составами. Поэтому фарфоровые камни из отдельных участков месторождения имеют свои отличительные черты как по внешнему виду, так и по минеральному составу. Так, например, фарфоровые камни участков Човдардаг, Гафла Гала,

Гарамурад и др. имеют каолинитово-анхимоно-минеральный, кварц-каолинитовый минеральный тип, тогда как в Чайкендском и Паядересинском участках выделяют кварцево-серицитовый, каолинит-серицит-кварцевый, серицит-кварц-пирофил-литовый, а в Мяракском - полевошпатово-кварцевый минеральные типы [2].

Определенный минералогический интерес представляет Гарамурадский кварц-каолинитовый минеральный тип. Именно на этом сырье было проведено испытание по введению минералов в состав керамической массы.

Минеральный состав, содержание кремнезема, глинозема, щелочей, а особенно мелкозернистая структура определяют керамические свойства фарфоровых камней и обеспечивают получение при обжиге плотного керамического черепка, при этом повышается степень прозрачности и белизны изделий.

Отличие фарфоровых камней от обычного традиционного керамического сырья (каолинов, огнеупорных глин и др.) заключается в том, что в их составе содержатся почти все основные компоненты (кремнезем, глинозем, щелочи) в тонкодисперсном виде и в пропорциях, достаточно близких к составу стандартных керамических масс, поэтому фарфоровые камни можно считать новым нетрадиционным видом керами-

1Алиев Имран Джафарали оглу, соискатель, ведущий научный сотрудник, тел.: 810994125100141 (доп. 110), +9940505242141, e-mail: imran-kirna@mail.az

Aliyev Imran Jafarali oglu; Doctoral candidate; Leading Researcher, tel.: 810994125100141 (ext. 110), +9940505242141, e-mail: imran-kirna@mail.az

ческого сырья. Химический состав фарфоровых камней почти всегда отмечается излишком кремнезема и нехваткой глинозема и щелочей, поэтому в керамическую массу добавляют некоторое количество полевого шпата (или глинозема), каолина и глины для придания ей пластичности и вязкости (само по себе сырье непластично).

Пригодность различных типов глинистых минералов для производства тонкокерамических изделий определяли путем изучения их коллоидно-химических и реологических свойств. Исследование влияния свойств фарфоровых камней Човдарского месторождения на упруго-вязко-пластичные свойства фаянсовой и фарфоровой масс проводили в аналитических лабораториях Института геологии и Института неорганической и физической химии Национальной академии наук Азербайджана, а также на Бакинском фаянсовом и Гянджинском фарфоровом заводах, где используется привозимое из Украины (Просяновское месторождение) сырье - обогащенный каолин. С целью замены последнего в составе керамической шихты местным сырьем исследовали фарфоровые камни кварц-каолинитового минерального типа Гарамурад-ского участка Човдарского месторождения.

Керамическая масса представляет собой глинистое тело с небольшим содержанием воды, то есть является высококонцентрированной дисперсной системой, образующей коагуляционные структуры. Такие твердообразные тела характеризуются упруго-вязко-пластичными свойствами, изучение которых дает возможность оценивать их формовочные способности, управлять процессами их пластической обработки и формования, научно оценивать свойства керамических масс [3; 4].

Химические составы привозного просяновского каолина и човдарского фарфорового камня кварц-каолинитового минерального типа приводятся в табл. 1. Из таблицы видно, что исследуемый фарфоровый камень Човдарского месторождения по химическому составу в необогащенном виде близок к обогащенному просяновскому каолину. Из этого следует, что про-

сяновский каолин может быть заменен човдарским фарфоровым камнем.

Для изучения структурно-механических свойств фарфорового камня измеряли его важные показатели: пределы прочности, предельные напряжения сдвига, модули упругости, вязкости, начиная с наибольшей предельной вязкости неразрушенной структуры и кончая наименьшей вязкостью предельно разрушенной структуры, пластические вязкости и соответствующие им условные пределы текучести.

Были использованы количественные методы изучения реологических свойств. Упруго-вязко-пластичные свойства масс определены на приборе с параллельно сдвигающейся пластинкой типа прибора Д.М. Толстого, дающего кривые деформации - время при постоянной нагрузке ds / dT при P = const.

Величины упруго-вязко-пластичных свойств керамических масс рассчитывали на основании графической обработки кривых ds / dT при P = const по формулам:

P

E =--условно-мгновенный модуль упругости;

E = -

P

E„ - E

- модуль эластичности;

Л о =

P - P 1 1 kl

(—) KOH dz

- наибольшая пластическая вязкость;

P - Pk 2

г]т =—TJkkL - наименьшая пластическая вязкость;

de dz

Я = -

E

e2 + E2

- эластичность;

Рт - пластическая прочность.

Исследуемую пробу фарфорового камня Човдар-ского месторождения в растертом виде вводили в состав шихты при соотношении компонентов, отраженном в табл. 2. Анализ результатов исследований упруго-вязко-пластичных свойств керамических масс по рецептуре I позволяет констатировать следующее.

Таблица 1

Химический состав просяновского каолина и човдарского фарфорового камня кварц-каолинитового минерального типа

Компонент Просяновский каолин Човдарский фарфоровый камень

необогащенный обогащенный необогащенный

SiO2 68,3 49,96 50,26

AI2O3 23,7 38,19 32,30

TiO2 0,13 0,30 0,33

Fe2O3 0,88 0,44 0,27

FeO - - 0,47

CaO 0,51 0,26 0,68

MgO 0,11 0,05 0,66

Na2O 0,09 следы 0,06

K2O 0,39 следы 0,10

П.П.П. 6,24 13,51 13,88

SO3 следы 0,13 0,15

I 99,99 100,04 99,16

e

o

Таблица 2

Состав керамических масс_

Масса, %

Компонент производственная по рецептуре

I II III IV

Каолин 35 - - - -

Фарфоровый камень - 35 35 65,0 66,0

Глина 29 29 29 30,0 30,0

Кварцевый песок 34 34 32 - -

Бентонит 2 2 3 2,5 2,5

Пегматит - - 1 2,5 1,5

Несмотря на общую тенденцию коагуляционной структуры керамической массы к сильному снижению пластической прочности Рm, характер кривой течения по сравнению с исходной меняется мало (рисунок). На

10 20 30 Р.Па.с.

Кривые dc / dTP = const

кривых течения в пределах малых напряжений наблюдается развитие только упругих деформаций без перехода к вязкому течению. Видимо, наличие большого количества SiO2 как в составе фарфорового камня, так и по рецептуре способствовало образованию низкопрочной коагуляционной структуры с плохой формуемостью. Величина пластической прочности Pm

(по значению которой можно судить о нормальной формовочной консистенции массы в сравнении с исходной системой) снижается с 1,63-105 до 0,66-105 Па-с

Анализ кривых d£ / dT керамической массы по рецептуре II показал, что такое соотношение компонентов также способствует образованию низкопрочной коагуляционной структуры с малой эластичностью: А составляет 0,35-0,4 (эластичность хорошо формующихся шихт обычно находится в пределах 0,6-0,65).

Результаты исследований упруго-вязко-пластичных свойств массы по III рецептуре показали, что характер кривой течения по сравнению с исходной не меняется. На кривых течения в пределах напряжений наблюдается развитие только упругих деформаций. С увеличением напряжения сдвига обнаруживается небольшой участок вязкого течения, который ростом напряжения переходит в область вязкости (см. рисунок). Пластическая прочность выше, чем у массы по рецептуре II - Pm -1,33-105 Па-с, однако эластичность понижена - 0,5-0,55.

По рецептуре IV наблюдается образование твер-допластичной коагуляционной структуры. На кривых течения при достаточно малых напряжениях, не превышающих предел текучести Р1( , имеет место истинно упругая деформация. Увеличение напряжения, превышающее Рк, способствует образованию развитой пластической деформации. Пластическая прочность Рm составляет 1,33-105 Па-с.

Упруго-вязко-пластичные свойства керамических масс по четырем рецептурам представлены в табл. 3. Как видно из таблицы, упруго-вязко-пластичные свойства керамических масс, изготовленных по рецептуре IV, очень близки к таковым производственной керамической массы, что указывает на их наилучшие формовочные свойства.

Исследование деформационного поведения коа-

Таблица 3

Упруго-вязко-пластичные свойства керамических масс_

Масса Pm105, Па-с %%10"8, Па-с ^m%10"8, Па-с Эффективная вязкость

Производственная 1,63 0,07 0,046 0,075

По рецептуре I 0,66 0,054 - 0,030

По рецептуре II 0,73 0,033 - 0,032

По рецептуре III 1,33 0,057 0,037 0,055

По рецептуре IV 1,33 0,060 0,043 0,062

Таблица 4

Керамические показатели масс__

Масса Влажность, % Усушка, % Усадка, % Механическая прочность, кг/см2 Водопогло-щение, %

при 1180оС при 1250оС при 110оС утилый обжиг политой обжиг утилый обжиг политой обжиг

Производственная 21,0 4,5 8,0 10,1 74,0 321,8 583,8 15,7 10,8

Опытная

(с использованием 21 5,4 8,8 10,1 70,0 331,9 572,4 16,4 11,4

фарфорового камня)

гуляционных структур вполне дает возможность оценивать свойства масс в процессе обработки.

В центральной лаборатории завода была изготовлена керамическая масса со следующими соотношениями компонентов: глина ВГО-2 (Веселовская глина огнеупорная) - 30%; фарфоровый камень - 66%, бентонит - 2,5%, пегматит - 1,5%.

Керамические показатели массы с фарфоровым камнем Човдарского месторождения представлены в табл. 4. Как видно из таблицы, опытная масса по многим параметрам близка к производственной массе. Таким образом, в результате исследования упруго-вязко-пластичных свойств керамических масс с различным содержанием фарфорового камня Човдарско-

го месторождения установлено, что его можно использовать в качестве сырья для производства тонкой керамики. Для одного из видов местного сырья -фарфоровых камней Гарамурадского участка Човдар-ского месторождения - определен оптимальный состав (рецептура) шихты керамической массы.

Таким образом, использование фарфорового камня в промышленности, особенно в производстве изделий тонкой керамики, дозированное введение его в состав фарфоровой массы дает возможность значительно ограничить использование привозного сырья -каолина, полевых шпатов, кварца и др., а также сократить затраты на перевозку.

Статья поступила 19.11.2014 г.

Библиографический список

1. Алиев И.Дж. Закономерности формирования и локализации месторождений фарфорового камня (на примере Малого Кавказа). В кн.: Полезные ископаемые Азербайджана. Баку: Изд-во БГУ, 1998.

2. Алиев И.Дж. Фарфоровые камни. В кн.: Геология Азербайджана. Т. VI. Полезные ископаемые. Баку: МаАа-РгеББ, 2005.

3. Кременчуцкая М.Б., Тихомирова О.П., Шейх-заде Ф.М. Структурно-механические свойства ангренского каолина // Стекло и керамика. 1981. № 3. С. 19-20.

4. Ничипоренко С.П. Основные вопросы теории процессов обработки и формования керамических масс. Киев: Изд-во АН УССР, 1960.

УДК 622.276

ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОГО РЕЖИМА ЭКСПЛУАТАЦИИ ДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА

© Н.А. Буглов1, А.В. Карпиков2, П.С. Гриб3

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния величины депрессии на пласт на скорость его обводнения. Получены зависимости общего количества извлекаемых запасов нефти от скорости водонагне-тания.

Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: депрессия; пласт; заводнение; дебит; тренажер.

1Буглов Николай Александрович, кандидат технических наук, зав. кафедрой нефтегазового дела, тел.: (3952) 405158, e-mail: bna@istu.edu

Buglov Nikolai, Candidate of technical sciences, Head of the Oil and Gas Department, tel.: (3952) 405158, e-mail: bna@istu.edu

2Карпиков Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405659, e-mail: burenie@istu.edu

Karpikov Alexander, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Oil and Gas Department, tel.: (3952) 405659, e-mail: burenie@istu.edu

3Гриб Петр Сергеевич, старший преподаватель кафедры нефтегазового дела, тел.: (3952) 405659, e-mail: petr.irk@mail.ru Grib Petr, Senior Lecturer of the Oil and Gas Department, tel.: (3952) 405659, e-mail: petr.irk@mail.ru