Отправить статью по E-mail Оценка глинистого сырья западного Казахстана
- Авторы: Чумаченко Н.Г.1, Калинина М.Г.1, Бурахта В.А.2, Беккалиев Н.М.2
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Западно-Казахстанский инновационно-технологический университет
- Выпуск: Том 13, № 3 (2023)
- Страницы: 59-64
- Раздел: СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ
- URL: https://journals.eco-vector.com/2542-0151/article/view/611068
- DOI: https://doi.org/10.17673/Vestnik.2023.03.08
- ID: 611068
Цитировать
Полный текст
Аннотация
В статье приведены результаты расчетной оценки глинистого сырья Западного Казахстана Погодаевского и Таскалинского месторождений. Расчет выполнен по химическому составу глин, ориентируясь на образование легкоплавких тройных алюмосиликатных эвтектик. По расчетным данным построены кривые динамики образований расплава, по которым определена возможная степень спекания, интервалы спекания и рекомендуемая температура обжига. Сделан прогноз по изменению свойств глинистого сырья при введении 2 % щелочных оксидов. Определены оптимальные направления использования этих глин и параметры обжига.
Полный текст
На территории Казахстана, так же как и в Российской Федерации, наиболее распространенным природным сырьем для производства строительных материалов являются глины. Глины относятся к осадочным горным породам. Основные свойства глин, такие как пластичность, гранулометрический состав, связующая способность и др., определяются прежде всего минеральным составом. Большинство месторождений глинистого сырья имеет полиминеральный состав как по глинистым минералам, так и по составу примесей и включений.
Вид и количество глинистых минералов, примесей и включений определяют свойства глинистого сырья и направления использования глин. Наибольший объем глинистого сырья расходуется для производства керамического кирпича [1, 2]. Для каждого вида керамических материалов и изделий определены требования к глинистому сырью [3]. Также известны требования к глинам для производства портландцементного клинкера.
Для выбора направлений использования глинистого сырья в первую очередь необходимо определить стандартные свойства, знать химический и минеральный состав. Состав шихт, параметры обжига можно устанавливать экспериментально, варьируя рецептурой и параметрами обжига. Этот этап достаточно длительный.
Современные методы [4, 5] позволяют провести оценку глинистого сырья оперативно, используя данные по химическому и минеральному составу глин [6].
В Западном Казахстане достаточно активно изучаются свойства глинистого сырья Погодаевского и Таскалинского месторождений для производства клинкера портладцемента [7]. Химический состав этих глин представлен в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав глинистого сырья [6]
Вид глинистого сырья | Содержание осксидов, мас. % | |||||||
SiO2 | Al2O3 | Fe2O3 | CaO | MgO | SO3 | Потери при прокаливании | Сумма, р. | |
Глина Погодаевского месторождения | 44,351 | 38,928 | 1,683 | 0,516 | 4,014 | 1,149 | 9,359 | 100,00 |
Глина Таскалинского месторождения | 48,126 | 39,028 | 0,316 | 0,483 | 0,386 | 0,635 | 11,026 | 100,00 |
По [2] данные глины по содержанию Al2O3 относятся к основному глинистому сырью. По содержанию красящих оксидов глина Таскалинского месторождения относится к группе с весьма низким содержанием красящих оксидов (менее 1 %), а глина Погодаевского месторождения – к группе со средним содержанием красящих оксидов.
Для прогнозирования процессов, протекающих при обжиге глин, применили расчетные методики [3, 4]. Расчетные характеристики глины Погодаевского месторождения по данным химического анализа, представленным в табл. 1, приведены в табл. 2.
Таблица 2
Расчетные характеристики глины Погодаевского месторождения
Расчетные эвтектики | Фигуративные точки | Содержание эвтектического расплава, % | Химический состав, мас. % | Температура плавления эвтектик, оС | Доля температуры, оС | Температура плавления, оС | |||||||||||||||
SiO2 свободное | SiO2 общее | SiO2 расчёт-ное | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Na2O | K2O | R2O | Органика | ППП +SO3 | |||||||||
Исходный состав | 100,00 |
| 44,35 | 44,35 | 38,93 | 1,68 | - | 0,52 | 4,01 | - | - | - | - | 10,51 |
|
|
| ||||
Промежуточный | 89,49 |
| - | 44,35 | 38,93 | 1,68 | - | 0,52 | 4,01 | - | - | - | - |
|
|
|
| ||||
Состав для расчета | 100,00 |
| - | 49,55 | 43,50 | 1,88 | - | 0,59 | 4,48 |
|
|
|
|
|
|
|
| ||||
K1 | 1 | 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
N1 |
| 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
K1+N1 | 2 | 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
K2 |
| 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
N2 |
| 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
K2+N2 | 3 | 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
F1 |
|
|
|
|
|
|
|
| - |
|
|
|
|
|
|
|
|
| |||
K2+N2+ F1 | 4 | 0 |
|
|
|
|
|
| - |
|
|
| - |
|
|
|
|
| |||
C1 |
| 2,54 | - |
| 1,58 | 0,37 | - | - | 0,59 | - | - | - | - |
|
| 1170 | 29,7 |
| |||
K2+N2+ F1+ C1 | 5 | 2,54 | - |
| 1,58 | 0,37 | - | - | 0,59 | - | - | - | - |
|
| 1170 | 29,7 |
| |||
М1 |
| 22,08 |
|
| 13,57 | 4,03 |
|
|
| 4,48 |
|
|
|
|
| 1345 | 297 |
| |||
K2+N2+ F1+ C1 + М1(состав эвтектического расплава) | 6 | 24,62 | - |
| 15,15 | 4,40 | - | - | 0,59 | 4,48 |
|
|
|
|
|
| 326,7 | 1327 | |||
Нерастворившийся остаток | - | 75,38 | - | - | 34,40 | 39,10 | 1,88 | - | - | - | - | - | - |
|
|
|
|
| |||
Плавление Fe2O3 | - | 1,88 | - | - | - | - | 1,88 |
|
|
|
|
|
|
|
|
| 29,4 | 1562 | |||
…+ Fe2O3 | 7 | 26,50 | - | - | 15,15 | 4,40 | 1,88 | - | 0,59 | 4,48 | - | - |
|
|
|
| 356,1 | 1344 | |||
Алюмосиликатный остаток | - | 73,50 |
|
| 34,40 | 39,10 | - | - | - | - | - | - | - |
|
|
| 1357 | 1847 | |||
Расплав | 8 | 100,00 | - | - | 49,55 | 43,50 | 1,88 | - | 0,59 | 4,48 | - | - | - |
|
|
| 1713,3 |
| |||
Как видно из расчетных данных (см. табл. 2) и динамики образования расплава (рис. 1), из-за малого содержания модифицирующих ионов первичный расплав может образоваться только при температуре 1170 °С за счет эвтектического расплава в системе СаО-Al2O3-SiO2 в количестве 2,54 %. Наличие в глине достаточно высокого содержания MgO (4,01 %) приведет к образованию эвтектического расплава в системе MgO-Al2O3-SiO2, но при более высокой температуре. Полное спекание, как это видно из рис. 1, возможно при температурах выше 1400 °С.
Рис. 1. Динамика образования расплава для глины Погодаевского месторождения
Анализ большой выборки глинистого сырья, исследованного в различных регионах, показывает, что в большинстве глин присутствуют щелочные оксиды в количестве до 2 %, а соотношение между Na2O и К2О распределяется как 2:1 (табл. 3).
Таблица 3
Расчетные характеристики глины Погодаевского месторождения при восстановлении оксида железа и наличии щелочей
Расчетные эвтектики | Фигуративные точки | Содержание эвтектического расплава, % | Химический состав, мас. % | Температура плавления эвтектик, оС | Доля температуры, оС | Температура плавления, оС | |||||||||||||||
SiO2 свободное | SiO2 общее | SiO2 расчётное | Al2O3 | Fe2O3 | FeO | CaO | MgO | Na2O | K2O | R2O | Органика | ППП +SO3 | |||||||||
Исходный состав | 100,00 |
| 44,35 | 44,35 | 38,93 | 1,68 | - | 0,52 | 4,01 | - | - | - | - | 10,51 |
|
|
| ||||
Промежуточный | 91,99 |
| - | 44,35 | 38,93 | - | 1,52 | 0,52 | 4,01 | 1,92 | 0,74 | - | - |
|
|
|
| ||||
Состав для расчета | 100,00 |
| - | 48,21 | 42,31 | - | 1,66 | 0,57 | 4,36 | 2,08 | 0,81 |
|
|
|
|
|
| ||||
K1 | 1 | 3,55 |
|
| 2,61 | 0,13 | - | - | - | - | - | 0,81 | - |
|
| 710 | 25,2 |
| |||
N1 |
| 9,69 |
|
| 7,15 | 0,46 | - | - | - | - | 2,08 | - | - |
|
| 740 | 71,7 |
| |||
K1+N1 | 2 | 13,24 |
|
| 9,76 | 0,59 | - | - | - | - | 2,08 | 0,81 | - |
|
|
| 96,9 | 732 | |||
K2 |
| 8,65 |
|
| 6,89 | 0,95 | - | - | - | - | - | 0,81 | - |
|
| 985 | 85,2 |
| |||
N2 |
| 26,70 |
|
| 21,02 | 3,60 |
|
|
|
| 2,08 |
| - |
|
| 1050 | 280,4 |
| |||
K2+N2 | 3 | 35,35 |
|
| 27,91 | 4,55 | - | - | - | - | 2,08 | 0,81 | - |
|
|
| 365,6 | 1034 | |||
F1 |
| 3,50 |
|
| 1,40 | 0,44 | - | 1,66 | - | - | - | - | - |
|
| 1073 | 37,6 |
| |||
K2+N2+ F1 | 4 | 38,85 |
|
| 29,31 | 4,99 | - | 1,66 | - | - | 2,08 | 0,81 | - |
|
|
| 403,2 | 1038 | |||
C1 |
| 2,46 | - |
| 1,52 | 0,37 | - | - | 0,57 | - | - | - | - |
|
| 1170 | 28,8 |
| |||
K2+N2+ F1+ C1 | 5 | 41,31 | - |
| 30,83 | 5,36 | - | 1,66 | 0,57 | - | 2,08 | 0,81 | - |
|
|
| 432 | 1046 | |||
М1 |
| 21,49 |
|
| 13,2 | 3,93 | - | - | - | 4,36 | - | - |
|
|
| 1345 | 289 |
| |||
K2+N2+ F1+ C1 + М1(состав эвтектического расплава) | 6 | 62,8 | - | - | 44,03 | 9,29 | - | 1,66 | 0,57 | 4,36 | 2,08 | 0,81 |
|
|
|
| 721 | 1148 | |||
Не растворившийся Алюмосиликатный остаток | - | 37,2 | - | - | 4,18 | 33,02 | - | - | - | - | - | - | - |
|
| 1923 | 715 |
| |||
Расплав | 7 | 100,00 | - | - | 48,21 | 42,31 | - | 1,66 | 0,57 | 4,36 | 2,08 | 0,81 | - |
|
|
| 1436 |
| |||
Если принять эти условия и провести расчет динамики образования расплава (см. табл. 2), то кривая динамики образования расплава глины Погодаевского месторождения переместится в более низкотемпературную зону, как это видно на рис. 1. И при температуре 1034 °С будет образовано более 35 % эвтектического расплава. Кроме этого, в температурном интервале 1100–1180 °С может образоваться пиропластическая масса, способная при достаточном газовыделении вспучиваться. В этом случае из глины Погодаевского месторождения можно организовать производство керамзитового гравия.
Аналогичные расчеты были проведены для глины Таскалинского месторождения. По расчетным данным построена кривая динамики образования расплава, представленная на рис. 2. В исходном составе глины (см. табл. 1) количество оксидов-плавней еще меньше, чем в глине Погодаевского месторождения. Поэтому процесс жидкостного спекания перемещается в более высокотемпературную зону. Даже при наличии 2 % щелочных оксидов пиропластическая масса не формируется и процесс вспучивания данной глины невозможен.
Рис. 2. Динамика образования расплава для глины Таскалинского месторождения
Выводы. 1. Выполнена расчетная оценка глинистого сырья Западного Казахстана двух месторождений.
- Расчетами и графической оценкой установлено следующее:
а) Глины Таскалинского и Погодаевского месторождений в чистом виде, без корректирующих добавок, нельзя рекомендовать для производства спекшейся строительной керамики – керамического кирпича, черепицы, керамической плитки, так как они не содержат нужного для процесса спекания количества оксидов-плавней.
б) При введении в глину Таскалинского месторождения 2 % щелочей процесс спекания смещается в низкотемпературную зону. При температуре около 1000 °С возможно производство частично спекшейся, пористой керамики, а при температуре обжига 1150–1200 °С – производство полностью спекшихся керамических изделий.
в) Динамика образования расплава в глине Погодаевского месторождения без корректирующих добавок аналогична глине Таскалинского месторождения с небольшим смещением в низкотемпературную зону. При введении в глину Погодаевского месторождения 2 % щелочей количество эвтектического расплава становится более 50 % и может привести к образованию пиропластической массы, способной вспучиваться. В данном случае глину с такой добавкой можно рекомендовать для производства керамзитового гравия.
- Для определения перспектив использования глин каждого конкретного месторождения необходимо при исследовании выполнять полный химический анализ, включая содержание не только SiO2, Al2O3, CaO, MgO, FeO (или Fe2O3 и органики), но и Na2O, K2O.
4. Расширить возможности природного сырья можно за счет направленной корректировки глин техногенным сырьем – промышленными отходами.
Об авторах
Наталья Генриховна Чумаченко
Самарский государственный технический университет
Email: uvarovang@mail.ru
доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой производства строительных материалов, изделий и конструкций
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244Мария Григорьевна Калинина
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: uporova97@mail.ru
аспирант кафедры производства строительных материалов, изделий и конструкций
Россия, 443100, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 244Вера Алексеевна Бурахта
Западно-Казахстанский инновационно-технологический университет
Email: burakhta@mail.ru
доктор химических наук, профессор, проректор по научной работе и международным связям
Казахстан, 090000, г. Уральск, пр. Достык-Дружба, 194Нурлан Мейрамович Беккалиев
Западно-Казахстанский инновационно-технологический университет
Email: nurlan_b-90@mail.ru
магистр технических наук, старший преподаватель кафедры нефтегазового дела и отраслевых технологии
Казахстан, 090000, г. Уральск, ул. Ихсанова, 44Список литературы
- Семёнов А.А. Тенденции развития кирпичной промышленности и кирпичного домостроения в России // Строительные материалы. 2018. № 8. С. 49–51. doi: 10.31659/0585-430X-2018-762-8-49-51.
- Чумаченко Н.Г., Тюрников В.В., Калинина М.Г. Отвалы и захоронения из отходов Сокского карьера карбонатных пород // Градостроительство и архитектура. 2022. Т. 12, № 4. С. 60–66. doi: 10.17673/Vestnik.2022.04.8.
- ГОСТ 9169-2021. Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация.
- Natalia Chumachenko, Vladimir Turnikov, Vladimir Kuzmin Using the calculation method for low-melting clay assessment // MATEC Web of Conferences Volume 196 (2018) XXVII R-S-P Seminar, Theoretical Foundation of Civil Engineering (27RSP) (TFoCE 2018) Rostov-on-Don, Russia, September 17–21, 2018 doi: 10.1051/matecconf/201819604014.
- Чумаченко Н.Г. Возможности программного комплекса для оценки минерального алюмосиликатного сырья // Вестник Приволжского территориального отделения Российской академии архитектуры и строительных наук: сб. науч. тр. Вып. 20. Н. Новгород: ННГАСУ, 2017. С. 207–212.
- Чумаченко Н.Г., Петрова Е. В., Безгина Л. Н. Исследование стабильности химического состава глинистого сырья Самарской области // Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии: сборник статей [Электронный ресурс] / под ред. М.И. Бальзанникова, К.С. Галицкова, А.К. Стрелкова; СГАСУ. Самара, 2016. С. 18–22.
- Бурахта В.А., Джубаналиева А.М. Исследование химического состава сырья Западно-Казахстанской области для использования в производстве портландцемента // Хабаршы: Вестник ЕНУ им. Л.Н. Гумилева, 2017. Ч. I, № 2 (117). С. 141–145.
Дополнительные файлы
