Повышение эффективности переработки сырьевых ресурсов

Стрельников В.И.

Украинская инженерно-педагогическая академия

Важную роль в составе масс для получения электротехнического фарфора играют полевошпатовые материалы: собственно полевой шпат и пегматит. При этом специальным требованиям электрокерамического производства в наибольшей степени отвечает калиевый полевой шпат, обеспечивающий высокий уровень электрических характеристик. Многолетней практикой и исследованиями подтверждено, что только при соотношении в шпате содержания оксидов калия к оксидам натрия (K₂O : Na₂O) равным 3 и более фарфор имеет требуемые электроизоляционные параметры. Наряду с этим калиевые полевые шпаты (ортоклаз и микроклин) обладают высокой вязкостью расплава и снижают степень деформации изделий в процессе обжига, т.е. регламентируют и технологические аспекты производства крупногабаритных изоляторов.

Довольно широко в производстве электрофарфора используются пегматиты: горная порода, состоящая из кристаллов полевого шпата (до 70 %) в смеси с кварцем. Однако, соотношение таких кристаллов сильно колеблется от партии к партии и поэтому следует применять только обогащенный пегматит более постоянного состава.

Зачастую у исходных пегматитов украинских месторождений соотношение щелочных оксидов, так называемый «калиевый модуль», намного меньше требуемого.

Сырьем высокой кондиции наши заводы ранее обеспечивались в основном из России. В настоящее время на Украину налажены поставки полевошпатовых концентратов из Турции, Норвегии. Импортное сырье чаще всего используют современные высокотехнологичные заводы, например «Днепрокерамика». Решить проблему дефицита такого сырья для изоляторных заводов можно и за счет комплексных природных материалов, например отечественных щелочных каолинов Екатериновского и Дубровского месторождений. Однако, такое исходное сырье содержит одновременно каолин, полевой шпат и кварц, так же необходимо подвергать обогащению для стабилизации вещественного состава.

Значительный интерес представляют и кварц-полевошпатовые пески, накапливающиеся при отделении каолиновой составляющей на каолиновых комбинатах, например Просяновском.

Для лабораторных исследований возможности использования кварц-полевошпатовой составляющей было проведено обогащение малой партии каолина-сырца и выделено 30 кг полевошпатового концентрата.

Комплексный анализ включал проверку концентрата на чистоту спека, оценку гранулометрического состава, термографический, рентгеноструктурный и химический анализы. По чистоте спека концентрат отвечает требованиям ГОСТ 7030 – 75, после обжига при 1350º материал образует расплав светло-серого цвета, чистый без загрязнений.

Данные дисперсного анализа показали, что материал имеет 97 % зерен размером менее 1 мм, причем 70 % это зерна (20 ÷ 45) · 10^-3 мм, и может использоваться, минуя стадию предварительного грубого дробления, что так же немаловажно для экономии энергоресурсов.

Рентгеноструктурный анализ свидетельствует о том, что в ориентированном препарате пробы в воздушно-сухом состоянии содержится до 68 % микроклина K₂O · Al₂O₃ · 6SiO₂, в меньшем количестве кварц – до 14 %, каолинит – 11 % и мусковит – 7 %.

Химический анализ подтвердил, что исследуемый полевошпатовый концентрат имеет высокий калиевый модуль ~ 19 при сумме K₂O и Na₂O около 12 %, содержание оксида железа до 0,06 % и отвечает почти всем требованиям стандартов. Нежелательное отклонение наблюдается только по содержанию доли свободного кварца и повышенным потерям при прокаливании. Последнее характерно практически для всех концентратов, получаемых обогащением комплексных сырьевых материалов, в том числе и каолинов.

Применимость полевошпатового концентрата, полученного из каолина Просяновского месторождения, в массе электротехнического фарфора оценивали на партии стандартных образцов для типовых испытаний по ГОСТ 20419 – 83 «Материалы керамические электротехнические».

Приготовление массы в количестве 60 кг осуществляли в лабораторной шаровой мельнице по общепринятой технологии раздельно-совместного помола. Готовый шликер очищали от примесей железа, ситовали на вибросите с сетками 018 и 016, обезвоживали на фильтр-прессе. Далее коржи массы подвергали двойному промину с вакуумированием и формовали специальные заготовки для проведения испытаний.

На стадии изготовления стандартных образцов проверяли так же технологические свойства массы. Кажущаяся плотность обожженных образцов достигает 2,64 · 10 ³ кг/м³, открытая пористость при этом в интервале температур от 1300 до 1350º отсутствует, общая усадка массы составляет ~ 17,25 %, воздушная – 9,85 %.

Масса по чувствительности к сушке идентична производственной, пластичность и механическая прочность на изгиб в сухом состоянии за счет введения более тонкоизмельченного компонента несколько выше аналогов.

Термографическим анализом массы установлено, что эндотермические эффекты присутствуют при температурах характерных всем видам фарфоровых масс.

Экзотермический эффект при 975º в массе на опытном полевошпатовом концентрате принадлежит реакциям образования кристаллов муллита, хотя и смещен в область более высоких (обычно 950º) температур.

Комплекты стандартных образцов для испытаний на растяжение и изгиб обжигали в периодической и в туннельной печах при 1320º С совместно с изоляторами. Прочность при изгибе составила 120 – 124 МПа, при растяжении 52 – 53 МПа, при норме (соответственно) не менее110 МПа и не менее 55 МПа. Изгибающую нагрузку прикладывали к образцам, имеющим сечение диаметром 10 мм. По данным рентгеноструктурного анализа в опытном фарфоре основной кристаллической фазой является муллит и корунд, кварца ~ 2 %.

Таким образом, исследованиями подтверждена возможность использования полевошпатовой составляющей, находящейся в продуктах отмывки Просяновского каолина. Такой концентрат может быть использован как в чистом виде та и в подшихтовке к пегматитам с низким «калиевым модулем». Организация процесса обогащения отвалов на комбинате позволит более рационально перерабатывать полезные ископаемые страны.