Особенности технологии и оценка опоковидных пород для производства стеновой керамики

Строительство и архитектура/4. Современные строительные материалы

Котляр В.Д., Терёхина Ю.В., Устинов А.В.

Ростовский государственный строительный университет, Россия

ОСОБЕННОСТИ ТЕХНОЛОГИИ И ОЦЕНКА

ОПОКОВИДНЫХ ПОРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

СТЕНОВОЙ КЕРАМИКИ

Расширение сырьевой базы промышленности стеновой керамики, является важным фактором ее развития. Исследования, проводимые на протяжении последних лет в Ростовском государственном строительном университете, показали, что кремнистые опал-кристобалитовые породы – опоки, могут служить для многих регионов России серьезной сырьевой базой [1]. Опоковидные породы являются одними из самых распространенных плотных разновидностей кремнистых опал-кристобалитовых пород, характерной особенностью которых является наличие аморфного кремнезёма и повышенная микропористость. Сырьевая база их обширна и на настоящее время мало используется. Вещественный состав опоковидных пород изменяется в достаточно широких пределах. Выделяются типичные или нормальные опоки, с небольшим содержанием глинистой составляющей и карбонатов, опоки глинистые, карбонатные, глинисто-карбонатные и т.д. Различные литологические разновидности опок объединены общим термином - опоковидные породы. Одним из сдерживающих факторов широкого использования опоковидных пород в качестве сырья для производства стеновой керамики, является отсутствие критериев их предварительной оценки исходя из вещественного состава и структурных особенностей. Разработка методики оценки, позволит переоценить многие существующие, разведанные для других целей месторождения.

Опоки и их литологические разновидности, исходя из их структурных особенностей, являются сырьем для получения как условно-эффективных изделий, так и изделий высокой эффективности. Однако ГОСТом 530-2007 опоки не предусмотрены в качестве сырья для стеновой керамики, в отличие от диатомитов и трепелов. Одной из причин этого является то, что опоки, в отличие от диатомитов и трепелов, являются малопластичными, не размокаемыми или трудно размокаемыми в воде породами. Исходя из этого, более приемлемым для них способом производства является прессование изделий. ГОСТ 530-2007 в основном же ориентирован на изделия пластического формования, производимые на импортных комплектных технологических линиях. Не случайно, после принятия данного нормативного документа многие кирпичные заводы полусухого прессования стали производить продукцию по собственным техническим условиям.

На наш взгляд, для производства изделий стеновой керамики пригодно большинство литологических разновидностей опоковидных пород, за исключением окремнелых разновидностей. При этом они могут использоваться как в чистом виде, так и с корректирующими добавками. Пригодность сырья устанавливается по качеству готовых изделий и возможности получения продукции необходимого качества.

Ранее при изучении глинистого сырья для производства керамического кирпича руководствовались требованиями ОСТ 21-78-88 «Сырье глинистое (горные породы) для производства керамических кирпича и камней. Технические требования. Методы испытаний». В настоящее время срок действия данного нормативного документа истек, но взамен не было разработано и утверждено другого регламентирующего документа. В связи с чем, при испытании сырья для производства керамического кирпича, многие специалисты продолжают ориентироваться на требования ОСТ 21-78-88. Некоторые пункты данного документа могут быть применены при оценке опоковидных пород. Ниже приводятся, разработанные нами, основные требования, которых надо придерживаться при оценке опоковидных пород, как сырья для производства стеновой керамики.

1. Содержание химических составляющих, % по массе, должно соответствовать приведённому ниже:

- диоксид кремния (SiO₂) – не более 85, в том числе свободного кварца – не более 25;

- сумма оксидов алюминия и титана (Al₂O₃ + TiO₂) – не менее 5,0;

- сумма оксидов кальция (CaO) и магния (MgO) – не более 20;

- сумма соединений серы в пересчете на SO₃, не более 2,0, в том числе сульфидной серы не более 0,3. При наличии SO₃ более 0,5 %, в том числе сульфидной более 0,3 %, в процессе испытаний должны определяться способы устранения высолов и выцветов на обожженных изделиях путем перевода растворимых солей в нерастворимые;

сумма оксидов железа (FeO+Fe₂O₃) не более 10,0;

сумма оксидов калия и натрия (K₂O+Na₂O) не более 6,0.

2. Показателями технологических свойств опоковидной породы, определяемыми при оценке её качества, являются: естественная влажность, плотность в куске, пористость, минеральный состав, предел прочности при сжатии отпрессованных образцов, огневая усадка, водопоглощение, плотность и прочность обожженных образцов. Необходимо учитывать, что технологические свойства и свойства обожженных образцов во многом зависят от степени измельчения. Рекомендуемая степень измельчения при испытаниях менее 2,5 мм. При этом содержание фракции менее 1 мм должно составлять не менее 70 %.

2.1 Естественную влажность, определяемую по результатам испытаний проб, отобранных на месторождении, не регламентируют.

2.2 Предел прочности при сжатии отпрессованных при оптимальных параметрах образцов, без дефектов прессования, должен быть не менее 1,5 МПа. При лабораторно-технологических испытаниях определяются оптимальные параметры прессования.

2.3 Огневая усадка, характеризуемая линейным сокращением размера образцов, не должна превышать 6 %.

2.4 Водопоглощение обожженного черепка (без признаков пережога), должно быть не менее 6 % и не более 28 %.

2.5 Среднюю плотность образцов, которая для данного сырья обычно составляет 1,2-1,7 г/см³, определяют, но не регламентируют.

2.6 Окончательно все виды кремнистого опоковидного сырья оценивают по результатам заводских испытаний. При этом надо иметь в виду, что ориентироваться надо на кирпич со сквозными пустотами. Это дополнительно снижает среднюю плотность и повышает морозостойкость. Максимальная температура обжига в зависимости от исходного состава сырья может составлять 950-1100 ⁰С.

Предложенные нами критерии оценки опоковидных пород требуют детального обсуждения специалистами – как технологами, так и геологами. Результатом чего должна стать общепринятая методика испытаний данного сырья.

Разработанная нами классификация кремнистых опоковидных пород, как сырья для производства стеновой керамики основанная на особенностях вещественного состава и структуры (таблица 1), позволяет прогнозировать свойства получаемых изделий [2]. Наиболее пригодными литологическими разновидностями опоковидных пород для производства керамического кирпича являются опоки среднеглинистые, глинистые, карбонатные среднеглинистые и глинистые. Актуальной проблемой для внедрения опоковидных пород в производство стеновой керамики, является разработка и апробация технологических схем производства, а также разработка общепринятой методики испытаний данного сырья. Опоковидные породы имеют принципиальные отличия от традиционного глинистого сырья, а также диатомитов и трепелов. Прежде всего, это заключается в том, что данное сырье является камневидным, неразмокаемым или трудноразмокаемым (размокает при измельчении). В связи с этим, по традиционной для глинистого сырья методике испытаний, невозможно определить содержание крупнозернистых включений, достоверно не представляется возможным определить грансостав и пластичность, которая в сильной мере зависит от степени измельчения сырья и т.д.

Результаты лабораторных и опытно-промышленных испытаний показали, что для опоковидного сырья наиболее приемлемым является полусухой способ прессования изделий и полусухой способ подготовки пресс-порошка. Нами разработаны несколько вариантов технологических схем, подтвержденными патентами на полезные модели. На рис. 1 показан один из вариантов технологической схемы, представленной без вспомогательного оборудования и операций, разработанной с учетом технико-экономических факторов.

Таблица 1 - Классификация опоковидных пород, как сырья для производства стеновой керамики

№№ п/п	Вид опоки	Содержание компонентов, %
№№ п/п	Вид опоки	SiO₂ аморф. и терригенные примеси кварца	глинистая составляющая	карбонатный компонент
1	Опока малоглинистая	75-90	10-20	до 5
2	Опока среднеглинистая	60-80	20-35	до 5
3	Опока глинистая	45-65	35-50	до 5
4	Опока малоглинистая карбонатная	60-85	10-20	5-20
5	Опока карбонатная среднеглинистая	45-75	20-35	5-20
6	Опока карбонатная глинистая	30-60	35-50	5-20
7	Опока малоглинистая высококарбонатная	45-70	10-20	20-35
8	Опока среднеглинистая высококарбонатная	30-60	20-35	20-35
9	Смешанная опоковидная высокарбонатно- глинистая порода	15-45	35-50	20-35

Склад сырья должен быть хорошо проветриваемым, т.к. одной из задач выполняемым им, является естественная подсушка сырья. Опоки, в силу их микропористости, достаточно быстро подсыхают. Должна быть предусмотрена перевалка сырья. Запас сырья в запаснике должен составлять на период работы завода в летнее время не менее чем 10 суток, в зимнее время до 3 месяцев. Первичное измельчение осуществляется на щековой дробилке до фракции менее 50 мм. Подсушка сырья осуществляется в сушильном барабане. Однако вокруг сушильного барабана обязательно должен быть устроен обводной конвейер, т.к. показал опыт, в теплый период года подсушка сырья не требуется. При добыче, транспортировке, хранении происходит интенсивная подсушка сырья. При этом в жаркий период, сырье даже пересыхает. Дальнейшее измельчение осуществляется на двух последовательно установленных молотковых дробилках. Каскад дробилок позволяет, с помощью их регулировки, осуществлять помол до заданного фракционного состава – менее 1-3 мм. Влажность сырья при измельчении на молотковых дробилках должна быть такой, чтобы свести пыление к минимуму. Поэтому пересушка сырья весьма не желательна. Молотковые дробилки хорошо измельчают опоковидные породы при влажности до 20 %, при этом пыление практически отсутствует. В смесителе происходит частичная грануляция пресс-порошка, при необходимости доувлажнение и ввод добавок. Влажность пресс-порошка на основе опок может изменяться в широких пределах - от 12 до 28 %. Как правило, интервал формовочной влажности для отдельных разновидностей опоковидных пород составляет 4-12 %. При этом всегда существует оптимальная влажность, при которой достигается максимальное уплотнение и, соответственно, максимальная прочность сырца и обожженных изделий. Прессование кирпича может осуществляться как на механических колено-рычажных прессах, так и на гидравлических. Лучшие результаты достигнуты при прессовании на гидравлических прессах. На них возможно производство как пустотелых (сквозные пустоты до 30-40 %), так и полнотелых изделий. При этом легко регулируются параметры прессования. Предпочтения, безусловно, должны быть отданы пустотелому кирпичу, т.к. помимо технико-экономических соображений, такой кирпич отличается повышенной морозостойкостью. Обжиг отпрессованного кирпича осуществляется при температурах 950-1100 ⁰С.

Характерной особенностью опоковидного сырья является его технологичность. В зависимости от степени измельчения и температуры обжига из одного и того же сырья возможно получение изделий с широкой номенклатурой свойств.

Рис. 1 - Технологическая схема производства керамического кирпича на основе опоковидных пород

Литература

1. Котляр В.Д. , Талпа Б.В. Опоки – перспективное сырье для стеновой керамики // Строительные материалы. – 2007. - № 2. – С. 31-33.

2. Котляр В.Д. Классификация кремнистых опоковидных пород как сырья для производства стеновой керамики // Строительные материалы. – 2009. - № 3. - С. 24-27.