Сырье для производства кирпича
Основное сырье — легкоплавкие глины (огнеупорность по ГОСТ 9169—75 ниже 1350 °С) в плотном, рыхлом и пластическом состоянии, а также трепельные и диатомовые породы, отходы добычи и обогащения угля, золы ТЭС.
Вторичные или осадочные легкоплавкие глины имеют большей частью желтые и бурые оттенки. Их химический состав, % по .массе: оксид кремния SiOj 60—80; глинозем АЬОз вместе с диоксидом титана TiOj 5—20; оксид железа FejOj вместе с FeO 3—10; оксид кальция СаО 0—25; оксид магния MgO О—3; серный ангидрид 8Оз 0—3; оксиды щелочных металлов NasO+KzO 1—5; ППП до 15%.
Оксид кремния находится в связанном состоянии в составе глинообразующих минералов и в свободном состоянии в виде кварцевого песка, тонких пылевидных частиц, реже в виде кремния. С увеличением количества песка уменьшаются усадка и прочность изделия. Тонкодисперсные фракции повышают чувствительность глин к сушке.
Оксид алюминия находится в глине в составе глинообразующих минералов и слюдянистых примесей. С повышением его содержания, как правило, повышается пластичность глины, возрастает прочность сформованных, сухих и обожженных изделий, увеличивается их огнеупорность.
Диоксид титана влияет на окраску изделий.
Оксид железа способствует образованию после обжига красноватого цвета изделиям. При его содержании более 3 % и наличии восстановительной среды оксид железа снижает температуру обжига изделий.
Присутствие частиц известняка размером 1—2 мм приводит при обжиге к образованию оксида кальция, который под влиянием влаги воздуха гасится, увеличиваясь в объеме («дутик»), а при большом содержании даже к разрушению изделия. Присутствие в глине сульфата кальция — причина образования на обожженных изделиях белых налетов.
Оксиды щелочных металлов находятся в глинах в составе слюд и полевых шпатов, а в примесях в виде растворимых солей. Являются плавнями, при сушке изделия мигрируют на поверхность, а после обжига спекаются, придавая ему большую прочность. Растворимые соли образуют на поверхности изделия белесоватый налет.
Органические примеси находятся чаще всего в коллоидном состоянии, связывают большое количество воды, повышают пластичность глин, а при сушке сырца являются причиной воздушной усадки и образования трещин. Органические примеси придают изделиям при обжиге более темный цвет. Эти примеси, химически связанная вода в водных кристаллогидратах и алюмосиликатах, а также СО г карбонатов — удаляются из изделия при термической обработке.
Легкоплавкие глины обычно состоят из нескольких минералов, преимущественно монтмориллонитовой и гидрослюдистой групп, а также с примесью минералов каолинитовой группы. Глинистые породы на их основе отличаются высокой степенью дисперсности (<0,005 мм), пластичности, сильно набухают, высыхают медленно и наиболее чувствительны к сушке и обжигу. Гидрослюдистые глины, содержащие иллит K2O-MgO-4Al2O3-7Si02-2НгО, отличаются средней дисперсностью и пластичностью. Каолинитовые глины, состоящие из минералов каолинита, диккита, накрита с одинаковым химическим составом Al2O3 •2SiO2•2H2O, слабо набухают в воде, мало чувствительны к сушке и обжигу.
По гранулометрическому составу или распределению зерен в глинистой породе (% по массе) глины разделяют на высокодисперсные с содержанием более 85 % частиц размером менее 0,01 мм и более 60 % частиц менее 0,001 мм; дисперсные с содержанием 40— 85 % частиц менее 0,01 мм и 20—60 % частиц менее 0,001 мм; грубодисперсные, если соответственно тех же фракций менее 40 % и менее 20 %. Чем более дисперсно-глинистое сырье, тем оно пластичнее. По содержанию крупнозернистых включений размером более 0,5 мм различают группы глинистого сырья (%): с низким их содержанием — не более 1, со средним — 1—5, с высоким — более 5. Мелкими считают включения менее 2 мм, средними — 2—5, крупными более 5 мм.
Сырье для производства керамических материалов оценивается по следующим показателям:
- пластичности,
- связующей способности,
- чувствительности к сушке,
- воздушной усадке при сушке, огневой при обжиге,
- спекаемости и огнеупорности.
Пластичность глин — их способность под воздействием внешних усилий принимать любую форму без разрыва сплошности и сохранять ее после прекращения этих усилий. Согласно ГОСТ 21216.1—81* пластичность глин характеризуется числом пластичности: Я— =*№т~Wp, где Ч^т — влажность предела текучести, %, являющаяся границей между пластическим и вязкотекучим состоянием системы; Ц7Р — влажность предела раскатывания, %, которая находится на границе между хрупким и пластическим состоянием системы. По степени или числу пластичности глины разделяют на высокопластичные — более 25; среднепластичные— 15—25; умереннопластичные— 7—15; малопластичные — менее 7; непластичные. Чем пластичнее глина, тем больше воды необходимо для получения формовочной массы. Влажность массы составляет, %: из высокопластичных глин 25—30, из среднепластич-ных 20—25 и малопластичных 15—20.
Связующая способность глин определяет их возможность сохранять пластичность при смешивании с непластичными материалами и измеряется количеством нормального песка (ГОСТ 6139—78), при добавлении которого образуется масса с числом пластичности 7. В зависимости от способности глин связывать то или иное количество нормального песка (%) их разделяют на высокопластичные (60—80); пластичные (20—60); низкопластич- ные — тощие (20); камнеподобные — сланцы, сухарные глины (не образуют теста).
Воздушной усадкой (линейной или объемной) глинистого сырья называют изменение линейных размеров или объема сформованных из него образцов при сушке
£,=[(/,-/2)100]:/,,
где /| и /г — расстояние между метками по диагонали образца до и после сушки.
Чувствительность глины к сушке характеризуется коэффициентом чувствительности Кч, определяемым по формуле
/C4=AV,C:V,,
где AVec — усадка единицы объема образца, высушенного до воздушно-сухого состояния; V, — объем пор, отнесенный к единице объема образца.
По степени чувствительности к сушке глины разделяют на следующие классы: при /CiSjl — глины малой чувствительности; /(,= = 1 —1,5 — глины средней чувствительности; /Сч^1,5 глины высокочувствительные (глины с /Сч=0,5 и менее также относятся к высокочувствительным, так как отличаются очень низкой трещиностойкостью).
Огневой усадкой называют изменение линейных размеров высушенных изделий после их обжига н определяют по формуле
1о=[(/а-/3):/з]100,
где /2 и /з — расстояние между метками после сушки и после обжига изделия.
Спекаемость глин — их способность при обжиге уплотняться с образованием твердого камнеподобного тела (черепка). Классификация глин по температуре спекания: низкотемпературная с температурой спекания до 1100°С, среднетемпературная соответственно 1100— 1300 "С; высокотемпературная свыше 1300 °С. Разность между температурой спекания Тс и началом деформации 7"д (спекания) называют температурным интервалом спекания Т*=ТС+ТЛ. Интервал спекания глин, применяемых в кирпичном производстве, обычно составляет 50 — 100 "С. Керамические стеновые материалы пластического формования обжигают при 900—980 °С, а полусухого на 50— 100°С выше.
Огнеупорность глин — их свойство противостоять не расплавляясь воздействию высоких температур. Глины делят на огнеупорные с показателем огнеупорности свыше 1580 °С, тугоплавкие —1350—1580 °С и легкоплавкие — до 1350 °С. Кирпич-сырец пластического прессования из трепелов и диатомитов обладает небольшой воздушной и огневой усадками, выдерживает быструю сушку, однако в ряде случаев недостаточно морозостоек и требует дополнительных технологических мероприятий для устранения этого недостатка, например при полусухом прессовании обработку в стержневых смесителях.
Отходы углеобогащения обладают недостаточно стабильными свойствами, но могут использоваться как основное сырье в производстве кирпича и керамических камней. Содержание оксидов в зависимости от месторождения, %: SiO2 55—63; А12О3 17—23: Fe2O3 + + FeO 3—11; СаО до 3,8; R2O до 2,7; содержание угля в пересчете на С 5—25. Отходы углеобогащения гравитационного процесса крупностью более 1 мм и флотационного крупностью менее 1 мм Донецкого, Кузнецкого, Карагандинского, Печерского, Экибастуз-ского и других бассейнов относятся к группе с содержанием 60—70 % глинистых минералов.
Золы ТЭС состоят в основном из кислого алюмосиликатного стекла, аморфизированного глинистого вещества, кварца, полевого шпата, муллита, магнетита, гематита и остатков топлива. По нормам допустимое содержание остатков горючих в золе-уносе ТЭС должно находиться, % от массы золы: бурых углей и сланцев менее 4, каменных углей 3—12, антрацита 15—25 (подробнее см. п. 3.3.3). В производстве кирпича золу с удельной поверхностью 2000—3000 с.м2/г используют в качестве основного сырья и в качестве отощающей и выгорающей добавки. В связи с повышенной влажностью и наличием шлака золу отвала перед подачей в производство необходимо подсушивать в естественных условиях и измельчать шлаковые включения. Удельная теплота сгорания золы в зависимости от содержания несгоревших частиц топлива 4200—12500 кДж/кг (1000—3008 ккал/кг). 8 глиняную массу вводят 15.—45 % золы ТЭС. Предпочтение следует отдавать золам с низким содержанием CaO+MgO и температурой размягчения до 1200 "С. Золы бурых углей вследствие низкого содержания несгоревших частиц, а также высококальциевые золы не оказывают положительного влияния на свойства керамической массы и готовых изделий.
Корректирующие добавки. В глинистое сырье вводят отощители, пластификаторы, флюсующие (плавни), топливосодержащие, регулирующие высолы на его поверхности. В большинстве случаев введение добавки оказывает комплексное влияние.
Кварцевый песок — распространенный отощитель. При обычных температурах обжига изделий он не взаимодействует с расплавом и тем самым способствует устойчивости изделий при сушке и обжиге.
Древесные опилки армируют глиняную массу, улучшают формовочные свойства, повышают трещиностойкость при сушке, однако снижают прочность изделий и повышают их водопоглощение. Более эффективно применять 5—10 % опилок в сочетании с минеральными отощителями.
Отвальные и гранулированные шлаки черной и цветной металлургии, топливные шлаки снижают чувствительность сырца к сушке, повышают трещиностойкость и улучшают процесс обжига.
Пластифицирующие добавки используют для придания малопластичному (тощему) глинистому сырью необходимой формуемости, улучшения сушильных свойств и получения прочных изделий. В качестве пластифицирующих и одновременно обогащающих добавок применяют высокопластичные, тонкодисперсные, огнеупорные или тугоплавкие глины, отходы добычи и обогащения углей, бентонитовые глины, а также органические и ПАВ, электролиты. СДБ, технический лигнин, триэта-исламин, введенные в количестве 0,1 — 1 % массы сухой глины повышают пластичность сырья благодаря образованию на поверхности глинистых частиц адсорбционных пленок, играющих роль смазки. Наиболее эффективный способ введения пластифицирующих добавок — в виде шликера или суспензии вместе с водой затворения.
Флюсующие добавки способствуют появлению жидкой фазы при обжиге изделий при более низких температурах в результате образования с компонентами основного сырья низкотемпературных эвтектик. В качестве флюсующих добавок используют тонкомолотый бой стекла, шлаки, пиритные огарки и др.
К окрашивающим добавкам относят тонкомолотые светложгущиеся глины, марганцевые, железные и фосфорные руды, карбонатные породы и др. Подготовка добавок сводится к измельчению или просеиванию их до заданного зернового состава.