Использование глинистых пород Тувы для производства керамических изделий

Развитие промышленности строительных материалов Республики Тыва, изучение минерально-сырьевых ресурсов и выбор путей наиболее эффективного их использования

Кара-Сал Б. Использование глинистых пород Тувы для производства керамических изделий // Строительные материалы. 2003 . №11. C. 43-45

Для успешного развития промышленности строительных материалов Республики Тыва, в том числе керамического производства, важнейшее значение имеет изучение минерально-сырьевых ресурсов и выбор путей наиболее эффективного их использования.

В настоящее время регион не обладает развитой инфраструктурой строй индустрии, испытывает постоянный дефицит в керамических изделиях (кирпич, камни и керамические плитки).

На территории Республики Тыва имеется несколько крупных месторождений глин и суглинков, которые имеют промышленный запас.

На кафедре строительства Тывинского государственного университета проведен комплекс работ по изучению возможности использования местных глинистых пород для производства различных видов керамических изделий. Всесторонняя оценка глинистого сырья предполагает определение химического, минералогического и гранулометрического составов, технологических характеристик и физико-механических свойств, полученных керамических изделий.

В табл. 1 приведен химический состав глинистых пород Тувы.

Таблица 1

Глинистые породы

SiO2

AI2O3

TiO2

Fe2O3

СаО

MgO

К2О

Na2O

SO3

п.п.п

Тогн С

Глины

Онгар-ховунская

55,15

16,48

0,89

5,01

5,54

2,9

2,18

1,24

0,64

9,62

1195

Красноярская

56,63

15,13

0,97

6,31

5,78

2,85

1,08

1,25

0,87

8,35

1205

Сукпакская

54,54

13,64

0,8

6,22

7,09

0,4

1,8

1,6

0,18

9,18

12,15

Шеминская

61,22

18,24

1,03

7,68

0,6

2,58

2,16

1,55

0,08

4,65

1200

Улуг-ховунская

56,89

16,7

0,82

6,24

3,41

3 2,12

0,91

0,6

6,35

1220

Шуйская

54,02

16,67

0,97

8,26

3,9

3,21

2,01

0,85

0,14

6,57

1205

Суглинки

Бий-хемский

62,72

14,05

0,24

4,73

2,92

1,73

1,03

0,74

0,28

3,47

1250

Шагонарский

59,52

14,63

0,69

7,1

5,05

2,52

0,64

1,02

0,45

8,1

1240

Чаданский

62,49

17,82

0,52

5,21

1,37

2,64

1,94

1,07

0,29

6,02

1235

По содержанию Аl2О3 местные глины и суглинки относятся к полукислым (менее 20%). Для местного керамического сырья характерно высокое содержание железистых соединений (Fe2O3 более 4%). Кроме того, тувинские глины и суглинки отличаются значительным содержанием щелочно-земельных оксидов СаО и MgO, в то же время наиболее ценные щелочные оксиды (К2О и Na2O) для спекания черепка присутствуют в незначительном количестве (до 4%).

По содержанию отдельных компонентов химического состава можно выявить некоторые особенности минералогического состава и свойств глинистых пород. Например, содержание Аl2О3 и низкая температура огнеупорности (менее 1350?С) указывают на преимущество наличия легкоплавких минералов. Это хорошо согласуется с результатами термического и рентгеновского анализов. Установлено, что по минералогическому составу тувинские глины и суглинки делятся на монт-мориллонитовые и гидрослюдистые.

К монтмориллонитовой группе относятся онгар-ховунская, красноярская глины и бий-хемский, шагонарский суглинки. Керамическое сырье Западной Тувы - шеминская, улуг-ховунская, шуйская глины и чаданский суглинок содержат гидрослюду. Наряду с основными глинистыми минералами в местном керамическом сырье присутствуют кварц, полевой шпат и железистые соединения. При воздействии соляной кислоты карбонатные включения обнаружены в красноярской глине и шагонарском суглинке.

Более детальным изучением структуры глинистых минералов с помощью ядерной гамма-резонансной спектроскопии установлено, что монтмориллонит в местных глинистых породах присутствует с нарушенной структурой кристаллов, то есть имеются изоморфные замещения алюминия железом. Подтверждением этого является высокое содержание железа и ранний максимум кривых ДТА ниже 580?С, что характерно для железистых разновидностей монтмориллонита. Соответственно неупорядоченность основного глинообразую минерала влияет на технологические свойства сырья.

Анализ данных гранулометрического состава местного керамического сырья, приведенных в табл. 2, показывает, что высоким содержанием глинистых частиц отличаются породы месторождений Онгар-Хову, Красный Яр, Шеми и Шуи.

Таблица 2

Глинистые породы

Глинистые частицы, % (менее 5 мкм)

Пылеватые частицы, % (15-50 мкм)

Песчаные частицы, % (50-100 мкм)

Число пластичности

Формовочная влажность, %

Глины

Онгар-ховунская

44-56

28-36

16-18

16

18 Красноярская

26-35

36-48

16-24

14

17 Шеминская

38-49

24-30

16-24

15

17 Улуг-ховунская

31-43

29-38

20-28

14

16 Шуйская

38-56

28-36

9-16

16

18 Суглинки

Бий-хемский

14-22

46-54

26-35

8

16 Сукпакский

17-27

42-60

14-22

11

15 Шагонарский

14-24

20-28

40-48

11

15 Чаданский

19-28

27-40

26-38

10

15

Бедны глинистой фракцией бийхемский, шагонарский и чаданские суглинки. В данных породах преобладают пылеватые частицы, которые сильно снижают пластичность массы и вызывают технологические трудности при формовании изделий. Кроме того, именно эти породы сильно запесочены, в них содержание свободного кварца до 42%.

Содержание глинистых частиц хорошо согласуется с величиной числа пластичности. Более пластичные онгар-ховунская, шеминская и шуйская глины при приготовлении массы требуют больше воды и соответственно имеют высокую формовочную влажность. Соответственно именно из указанных глин получаются массы с хорошей формуемостью и при сушке не наблюдается деформаций и трещин, характерных для тощих и сухарных пород. В то же время онгар-ховунская и красноярская монтмориллонитовые глины, имея примерно одинаковое содержание глинистых частиц, как и шеминская и шуйская глины, отличаются повышенной формовочной влажностью. Это связано с вышеупомянутым нарушением структуры породообразующего минерала.

В целом гранулометрический состав местного керамического сырья характеризуется значительными колебаниями глинистых и непластичных частиц, при этом последние в основном преобладают. Тонкодисперсная фракция (менее 5 мкм) сложена в основном монтмориллонитом (50?60%) и гидрослюдой типа иллита (35?40%), тонкодисперсным кварцем (2?5%) и незначительной частью других минералов.

Определение химико-минералогических и фракционных особенностей позволяет прогнозировать поведение глинистой породы при ее технологической переработке. Влияние вещественного состава местных глин и суглинков на качество получаемых керамических изделий выявлено в результате изучения физико-механических свойств, которые представлены в табл. 3.