Керамический кирпич объемного окрашивания с использованием попутных пород бокситовых и титановых руд
Землянский В. Керамический кирпич объемного окрашивания с использованием попутных пород бокситовых и титановых руд // Строительные материалы. 2003 . №2. C. 50-51
Керамические стеновые материалы " лицевой кирпич и камни предназначены для кладки и облицовки наружных стен зданий и сооружений.
Одной из причин незначительного производства лицевого кирпича является то, что ранее оно осуществлялось по пути использования светложгущихся тугоплавких и огнеупорных глин, запасы которых весьма ограниченны.
Производство стеновых материалов в республике было сосредоточено в г. Ухта. Здесь расположены и функционируют три завода, выпускающие керамический кирпич. Проблему стеновых материалов в республике эти предприятия не решили, несмотря на наличие свободных мощностей. При этом высококачественный керамический кирпич для массового индивидуального строительства имеет ограниченное использование из-за высоких цен. Производство кирпича разных расцветок, форм и размера для строительства современных архитектурных объектов взамен привозного дорогостоящего лицевого кирпича крайне необходимо.
Для получения окрашенного минеральными добавками керамического кирпича были проведены исследования по использованию попутных пород бокситовых и титановых руд Среднего Тимана на основе природных гидратов глинозема и кремнийтитанатов.
Исходным сырьем для производства продукции в ООО "Ухтинский завод глиняного кирпича" приняты глины Куратовского месторождения, разведанные на северо-восточном крыле Ухтинской антиклинали. Согласно исследованным физико-техническим свойствам глина Куратовского месторождения, по данным диаграммы А.И. Августиника, попадает в область кирпично-черепичных глин. В качестве минерального красителя для получения лицевого кирпича объемного окрашивания светлых тонов использована местная попутная порода титановых руд Ярегского месторождения тяжелой нефти " нефтебитуминозный титансодержащий песчаник.
Впервые в мире в 1937-39 гг. на территории Ухтинского района был освоен термошахтный способ добычи тяжелой нефти, сопровождаемый извлечением на поверхность в терриконы попутно добываемых камнеподобных глинистых и изверженных горных пород (аргиллиты, алевролиты, титансодержащие песчаники, диабазы). Титансодержащий песчаник содержит 90"94% минеральной составляющей и 6-10% органической (тяжелая нефть).
Химический состав минеральной части песчаника включает, мае. %: SiO2 - 78-80; ТiO2 - 8-12; Аl2О3 - 2-2,5; Fе2О3 " 1"2,5. Химический состав органической части этой породы содержит, маc. %: парафино-нафтеновые углеводороды " 64,5"65,5; смолы - 29; асфальтени - 3,7. Минеральная часть породы состоит из, маc. %: кварца " 75"77; рутила (анатаз-кварцевый лейкоксен) " 16"17; сидерита - 0,5-1,5; глинистых минералов " 3"5. Гранулометрический состав минеральной части породы: размер зерен, % - 0,63-0,063 мм -80"90; плотность минеральной части, г/см3 - 2,7-2,75; прочность при сжатии, МПа - 30-40 [1].
При проведении экспериментальных работ в предварительно высушенное и измельченное до полного прохождения через сито 1 мм глинистое сырье добавляли измельченный до полного прохождения через сито 0,315 мм титаносодержащий песчаник от 5-20%, тщательно перемешивали для получения однородной массы, увлажняли до относительной формовочной влажности 20%. Из приготовленных сырьевых смесей (табл. 1) формовали образцы, которые высушивали до постоянной массы при температуре 105-110"С, а затем обжигали в электрической печи при температуре 1000"С. Полученные результаты исследований представлены в табл. 1.
Таблица 1
Компоненты, маc. % |
Плотность, кг/см2 |
Водопоглощение, % |
Прочность при сжатии, МПа |
Морозостойкость, циклы |
Ожидаемая марка кирпича по ГОСТ 530-95 |
Глина- 100 |
1,82 |
15 |
17,1 |
25 |
150 |
Глина - 95 Песчаник - 5 |
1,84 |
16,7 |
19,4 |
35 |
175 |
Глина - 90 Песчаник - 10 |
1,94 |
17,3 |
22,4 |
35 |
200 |
Глина - 85 Песчаник - 15 |
1,91 |
18 |
21,7 |
35 |
175 |
Глина - 80 Песчаник - 20 |
1,87 |
18,3 |
17,6 |
25 |
150 |
Лейкоксен нефтебитуминозного титансодержащего песчаника представляет собой непрочные агрегаты игольчатого рутила, анатаза и кварца. При температурах процесса спекания в 1000-1050"С анатаз переходит в рутил, игольчатые кристаллы которого обладают повышенной микропрочностью и, равномерно распределяясь в стеклофазе, способствуют ее упрочнению. Оптимальное содержание песчаника в керамической массе, по данным табл. 1, составляет 10 маc. %. Механическая прочность при сжатии достигает 21"23 МПа, увеличиваясь на 20"25% по сравнению с прочностью образцов из красножгущейся глины и обеспечивая получение продукции марок М175-200. По внешнему виду цвет образцов " бежевый. Высолов на поверхности изделий не наблюдается.
Основным сырьем для производства кирпича в ОАО "Ветлосянские стройматериалы" (г. Ухта) являются глины Сирачойского месторождения. Они относятся к легкоплавким полукислым глинам с высоким содержанием карбонатных и кварцевых включений, дисперсным, умеренно пластичным. Химический состав, мае. %: SiO2 -56,4-62,2; Аl2О3+ТiO2 - 16,3-19,3; Fe2O3 - 6,6-9,5; СаО - 1,1-4,8; MgO - 1,9-2,5; Na2O - 0,4-0,5; К2О - 2,7-3; SO3 - следы - 0,3; п.п.п. " 5"7,9. Глины пригодны для производства кирпича марок по прочности при сжатии 100"150 и морозостойкости марки F15. Для данного сырья в качестве минеральной добавки при объемном окрашивании использованы высокожелезистые низкомодульные попутные породы бокситовых руд, в том числе аллиты, сиаллиты Вежаю-Ворыквинского месторождения Среднего Тимана. Они представляют собой очень прочную, ожелезненную породу темно-вишневого цвета с гнездами хлорита и каолинита, обломками олитового боксита.
Улучшение спекания легкоплавких красножгущихся глин типа сирачойской с использованием низкомодульных бокситов происходит за счет повышения содержания в шихте оксидов железа. Они оказывают влияние на процессы спекания керамической массы путем создания дополнительного количества силикатного расплава, обеспечивая стабильный цвет изделия.
В процессе обжига шихты с железосодержащей добавкой имеет место некоторое связывание оксидов железа оксидом кальция с образованием двухкальциевого феррита. Для получения яркого черепка из красножгущейся глины необходимо повышение температуры обжига изделий.
Определения формовочных и сушильных свойств, спекаемости и показателей физико-технических свойств обожженного черепка производили на образцах-кирпичиках размером 60x30x10 мм, балочках размером 135x25x10 мм и кубах размером 50x50x50 мм. При внешнем осмотре высушенных образцов " кубов и балочек из сирачойской глины в чистом виде высолов на их поверхности не обнаружено, в то время как после обжига они ярко проявляются. С целью предотвращения высолов на поверхности изделий и улучшения декоративных свойств кирпича в шихту была введена минеральная добавка - попутная бокситовая порода в виде порошка фракции менее 1 мм в различных соотношениях. Оптимальная температура обжига составила 1080"С. Результаты исследований приведены в табл. 2.
Таблица 2
Компоненты, мас. % |
Температура обжига, "С |
Усадка, % |
Спекаемость |
Предел прочности, МПа при |
Цвет обожженных образцов |
воздуш- ная |
огне- вая |
плотность, г/см3 |
водопогло- щение, % |
сжатии |
изгибе |
Глина- 100 |
930 |
5,6 |
0,4 |
1,72 |
19,9 |
10,9 |
4 |
Охра темная |
980 |
5,6 |
0,8 |
1,82 |
17,3 |
26,9 |
13,3 |
Оранжевый |
Глина - 90
Бокситовая порода - 10 |
1030 |
6 |
0,8 |
1,78 |
1,84 |
26,8 |
12,4 |
Темно-оранжевый |
1050 |
6 |
1,4 |
1,8 |
17,7 |
29,5 |
12,4 |
Коричнево-красный |
1080* |
5,2 |
2,8 |
1,87 |
17,1 |
44,2 |
14,6 |
Коричневый |
Глина - 80
Бокситовая порода - 20 |
1030 |
5,2 |
0,4 |
1,79 |
19,1 |
26,8 |
12,4 |
Темно-оранжевый |
1050 |
5,8 |
3,8 |
2 |
13,9 |
29,5 |
12,4 |
Коричнево-красный |
1080* |
5,4 |
2,6 |
1,9 |
15,1 |
- |
13,9 |
Коричневый |
Глина - 70
Бокситовая порода - 30 |
1030 |
4,8 |
0,4 |
1,81 |
19,5 |
22,9 |
10,4 |
Коричнево-красный |
1050 |
5,2 |
2,8 |
1,9 |
16,5 |
22,8 |
15,2 |
Коричневый |
* - Образцы-кубы и балочки отформованы из шихты с глиной заводского помола. |
Из подготовленного сырья с размером частиц до 3 мм и добавкой 15% бокситовых пород пластическим формованием были изготовлены в металлической разъемной пресс-форме образцы сырца размером 255x123x70 мм. Образцы, обожженные в силитовой электрической печи, подвергали физико-механическим испытаниям. Результаты исследований представлены в табл. 3.
Таблица 3
Состав шихты мас. % |
Температура обжига, "С |
Плотность, кг/м3 |
Водопоглощение, % |
Предел прочности, МПа при |
Цвет |
Ожидаемая марка по прочности |
кипячением |
через 48 ч при 20"С |
сжатии |
изгибе |
Глина - 85
Боксит красный - 15 |
1080 |
1980 |
14,9 |
13,5 |
21,7 |
9,3 |
Коричневый, высолы |
200 |
Проведенные нами исследования принципиально показали, что ввод в составы керамических масс попутных пород бокситовых и титановых руд способствует получению лицевого кирпича высоких марок по прочности и морозостойкости, утилизации промышленных отходов от карьерного хозяйства, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы строительных материалов на Севере.
Литература
1. А.С. № 1588722, СССР, МКИ2 С04. В 14/12. Сырьевая смесь для изготовления легкого заполнителя. 30.08.90. Бюл. № 32.
|
