Целью настоящей работы было уточнение возможности влияния гидротермальной обработки на свойства глинистого сырья широко используемого в производстве керамических материалов.
Для исследований был использованы каолины Просяновского, Глуховецкого, Кыштымского и Журавлинологского месторождений и ряд полиминеральных глин. Предварительная автоклавная обработка (запарка) глинистого сырья производилась в различных условиях:
- в относительно равновесных условиях при температуре 1840С и давлении пара 1 МПа в течение 6 часов в проходном автоклаве. Одна партия каолинов была предварительно обработана раствором соды с концентрацией карбоната натрия в пересчете на твердое вещество в количестве - 0,2%.
- в неравновесных условиях при давлении пара 1 - 4 МПа (быстрый подъем и резкий сброс давления при водном охлаждении гидротермальной бомбы). Выдержка при максимальном давлении осуществлялась в течение 2-х часов.
Установлено, что в независимости от равновесности условий гидротермальной обработки имеет место существенное структурно-модифицирующее воздействие на характеристики глинистого сырья.
Рентгенофазовый анализ исходного и модифицированного сырья позволил установить, что предлагаемая обработка некоторым образом меняет структуру глин и каолинов. Установлено что, в материалах идут два конкурирующих процесса: первый из которых - упорядочение кристаллической структуры вещества, на РФА это сопровождается увеличением интенсивности отражений и их расщеплением. Второй процесс это разрушение структуры или диспергация, который на РФА сопровождается сглаживанием пиков и смещением их в сторону больших бреговских углов. При этом изменяется индекс кристалличности каолинов Ик (см. табл. 1), рассчитанный по методике, предложенной Хинкли [3].
По данным гранулометрии, выполненной на лазерном анализаторе частиц «Micro Sizer 201», имеют место изменения и в характере распределения частиц, общие для всех глинистых материалов. При этом происходит уменьшение содержания частиц размером более 10-20 мкм вследствие их диспергации по наиболее дефектным зонам. Уменьшается также весовая доля частиц менее 1 мкм, что, вероятно, связано с использованием этих кристаллов в качестве материала для совершенствования (достройки) структуры каолина при гидротермальном воздействии. Существенно увеличивается количество частиц размером около 3-4 мкм. Можно предположить, что при гидротермальной обработке процессы диспергации связаны со структурными изменениями и разрушением по наиболее дефектным, напряженным зонам, расстояние между которыми и составляет 0,1-10 мкм.
Таблица 1. Результаты комплексных исследований каолинов
|
Каолин |
Давление автоклавирования, МПа |
Индекс кристал-личности по Хинкли |
Средний размер частиц, мкм |
Пределы текучести, Па |
Прочность единичных контактов, Н .10-12 |
|
|
Условно статический |
Условно динамический |
|||||
|
просяновский |
Исх. |
0,94 |
6,88 |
4,8 |
17,8 |
191 |
|
1,0 |
0,88 |
7,06 |
4 |
14 |
190 |
|
|
2,5 |
1,20 |
6,84 |
1,7 |
4,7 |
106 |
|
|
4,0 |
1,06 |
6,58 |
1,1 |
1,7 |
18 |
|
|
глуховецкий |
0 |
0,68 |
7,82 |
6,8 |
32,5 |
539 |
|
1,0 |
1,24 |
7,57 |
2,3 |
26,5 |
396 |
|
|
2,5 |
1,13 |
7,48 |
0,5 |
3,5 |
50 |
|
|
4,0 |
1,08 |
7,56 |
0,1 |
1,4 |
31 |
|
|
кыштымский |
0 |
0,42 |
8,95 |
2,3 |
6,2 |
175 |
|
1,0 |
0,68 |
8,77 |
1,4 |
3,2 |
47 |
|
|
2,5 |
0,9 |
9,09 |
0,57 |
1,7 |
50 |
|
|
4,0 |
0,61 |
8,87 |
0,57 |
1,1 |
21 |
|
|
журавлинологский |
0 |
0,43 |
9,7 |
6 |
41,5 |
746 |
|
1,0 |
0,27 |
9,61 |
4,5 |
22,5 |
473 |
|
|
2,5 |
0,52 |
9,57 |
2 |
6,5 |
207 |
|
|
4,0 |
0,57 |
9,4 |
0,05 |
0,5 |
30 |
|
В соответствии с моделью, предложенной Урьевым Н.Б. [4], оценивалась величина прочности единичных контактов, формирующихся между частицами в глинистых шликерах (табл. 1, 2).
Прочность единичных контактов снижается по мере повышения давления гидротермальной обработки более чем на порядок. В наибольшей степени гидротермальная стабилизация оказывает влияние на журавлинологский каолин, который по данным работы [5] отличается наиболее несовершенной кристаллической решеткой. Эта методика может быть использована и для оценки качества полиминерального глинистого сырья, для которого определение индекса кристалличности Хинкли весьма затруднительно.
Исследовалось влияние запарки на пластические и реологические свойства глинистых масс и шликеров.
Характеристики пластичных масс определялись с использованием консистометра Хеплера. Установлено, что для каолинов и каолиновых глин запарка приводит к уменьшению пластической прочности масс. Свойства полиминеральных запесоченных глин после гидротермальной обработки существенно не изменяются.
Изучение реологических характеристик осуществлялось с использованием ротационного вискозиметра «Rheotest-2»при плотности суспензий 1270 кг/м3. Установлено, что с ростом давления обработки глинистых материалов текучесть суспензий на их основе существенно улучшается, снижаются условно-статический и условно-динамический пределы текучести (табл. 1, 2).
Таблица 2. Результаты комплексных исследований глин
|
Глина |
Давление автоклавирования, МПа |
Средний диаметр частиц, мкм |
Пределы текучести, Па |
Прочность единичных контактов, Н .10-12 |
|
|
Условно статический |
Условно динамический |
||||
|
веселовская |
Исх. |
4,74 |
3,4 |
6 |
98,3 |
|
1,0 |
4,77 |
2,3 |
4,9 |
66,9 |
|
|
2,5 |
4,66 |
2 |
3,7 |
38,6 |
|
|
городищенская |
Исх. |
9,36 |
0,57 |
0,59 |
41,9 |
|
1,0 |
9,01 |
0,57 |
0,57 |
11,1 |
|
|
2,5 |
9,94 |
0,1 |
0,38 |
13,5 |
|
|
владимировская |
Исх. |
5,45 |
6,8 |
9,3 |
115,7 |
|
1,0 |
4,49 |
0,05 |
1,3 |
11,0 |
|
|
2,5 |
5,12 |
0,05 |
0,3 |
1,8 |
|
|
кембрийская |
Исх. |
7,14 |
2,56 |
3,8 |
45,3 |
|
1,0 |
6,98 |
1,71 |
2,2 |
40,0 |
|
|
2,5 |
6,52 |
0,05 |
0,03 |
8,7 |
|
Анализировалось так же влияние введения разжижителей жидкого стекла и соды на реологические свойства суспензий. Максимальную степень разжижения шликерам обеспечило автоклавирование с предварительной добавкой соды и последующей добавкой 0,2% жидкого стекла. При производстве санитарно-керамических изделий это дает возможность уменьшить в 2 раза количество разжижающей добавки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
- Евтушенко Е.И. Активационные процессы в технологии строительных материалов.- Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2003.- 209 с.
- Евтушенко Е.И. Сыса О.К. Структурная модификация глинистого сырья в гидротермальных условиях // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Технические науки.- 2006.- №2.- С. 82-86
- Куковский Е.Г. Особенности строения и физико-химические свойства глинистых минералов.- К.: Наук. думка, 1966.- 132 с.
- Практикум по технологии косметических средств: коллоидная химия поверхностно-активных веществ и полимеров. - Под редакцией В.Е. Кима и А.С. Гродского. - М.: Топ-Книга, 2002. - 143с.
- Масленникова Г.Н., Солодкий Н.Ф., Солодкая М.Н., Шамриков А.С. Использование каолинов различных месторождений в производстве тонкой керамики // Стекло и керамика.- 2004.- № 8.- С. 14-24.