Исследование основных физико-технических свойств керамических материалов с использованием глины Южно-Башмаковского месторождения

Строительная практика в настоящее время показала, что без постоянного анализа местных минеральных ресурсов, как сырья промышленности строительных материалов, не возможен прогресс всей строительной отрасли. Материальной основой строительства являются местные строительные материалы, разработка и совершенствование которых — важная научно-практическая задача отраслевых строительных институтов и строительных вузов.

Многообразие минерального сырья на территории Пензенской области и, в частности глин, делает актуальной задачу разработки видов и номенклатуры керамических изделий для выпуска в регионе. Строительный комплекс является одной из базовых высокорентабельных отраслей промышленности способной на основе местной минерально-сырьевой базы обеспечить стабильное развитие фирм и организаций, использующих глины и другие виды минерального сырья.

Для изучения основных физико-технических свойств глины для изготовления керамических материалов использовали глину Южно-Башмаковского месторождения (Башмаковский район Пензенской области).

Установленны основные физико-технических свойства и химический состав глин позволили выбрать эффективные добавки в шихту.

Месторождение расположено в 0,8 км юго-восточнее р.п. Башмаково, где имеются железная дорога на г. Москву и автодорога, вся необходимая инфраструктура для добычи сырья и производства строительной продукции.

Объем запасов один из наиболее значительных- 1326 тыс. м3. Запасы утверждены в 1987 г. (номер протокола ТКЗ № 394).

Полезная толща не обводнена и вскрыша не требует значительных затрат на съем.

Горнотехнические условия благоприятны для разработки месторождения открытым способом.

Средние показатели физико-механических свойств глин следующие: Число пластичности сырья — 18,6. Гранулометрический состав фракций в % по массе: 0−0,001 — 34,09−45,08%; 0,001−0,005 — 8,5 -14,10%; 0,005- 0,01 — 6,73−14,76%; 0,01- 0,06 — 20,87−40,04%.

Глины соответствуют ГОСТ и относятся по содержанию Al2O3 в прокаленном состоянии к группе кислого сырья; по содержанию Fe2O3 к группе с высоким содержанием красящих окислов. Распределение проб глинистого сырья по группам пластичности представлены в табл. 1.

Таблица 1.

Распределение проб глинистого сырья по группам дисперсности представлены в табл. 2. облицовочный черепица глина прессование Таблица 2.

Физико-механические свойства сырья представлены в табл. 3.

Таблица 3.

По степени пластичности сырье почти целиком (96,5%) относится к I классу (с числом-пластичности 15,8−26,3). По размерам включений все пробы относятся к группе с мелкими включениями.

Сырье относится к группе легкоплавкого с температурой плавления 1200−12 600С, сырье относится к группе неспекающегося и к группе низкотемпературного спекания. При оптимальной температуре обжига 900−10 000С водопоглощение черепка по массе более 6% и составляет 8,9−9,8%.

На основе установленных основных физико-технических свойств глин Южно-Башмаковского месторождения предложены корректирующие добавки в шихту для обеспечения керамике свойств в соответствии с ГОСТ. В качестве добавок использовали наиболее эффективные, повышающие физико-механические характеристики керамики:

• — доменный шлак Липецкого металлургического комбината в количестве 5%, 10%, 15% от массы шихты;
• — легкоплавкая глина Махалинского месторождения в количестве 10%, 20%, 30% от массы шихты;
• — доломитовая мука в количестве 3%, 5%, 7% от массы шихты;
• -легкоплавкое стекло марки ТФ 4 с удельной поверхностью 1500 г/см2 в количестве 3%, 5%, 7% от массы шихты;
• — молотый кварцевый песок с удельной поверхностью 1500 г/см2 Ухтинского месторождения в количестве 3%, 5%, 7% от массы шихты;

Влажность шихты составляла 6%, давление прессования — 50 МПа. Режим обжига: подъем температуры — 4,5 часа, выдержка при температуре 920 °C — 1,5 часа и остывание.

Результаты исследования составов и свойств шихты приведены в табл. 4.

Таблица 4.

Показатель твердости по Моосу составов № 1, № 2 (табл. 4) — 6. Прогнозируемая морозостойкость более 100 циклов. Нами на основе анализа параметров технологии предложено формование облицовочной плитки и черепицы из глины Южно-Башмаковского месторождения методом полусухого прессования, так как этот способ наиболее экономически эффективен, в технологии используется пластическая масса с влажностью 8−10%, в то время как при пластическом формовании влажность шихты составляет 18%.

Выводы

Южно-Башмаковское месторождение глины Пензенской области по установленным наиболее значимым технико-экономическим показателям максимально пригодно для производства облицовочной плитки и черепицы и является наиболее перспективным месторождением.

Глины Южно-Башмаковского месторождения наиболее пластичны и содержат в своем составе большее количество оксида алюминия, что обеспечивает лучшие технические характеристики керамической продукции.

Глины Южно-Башмаковского месторождения Пензенской области с предложенными компонентами шихты и сырьевыми компонентами пригодны для производства облицовочной плитки и черепицы по технологии полусухого прессования керамических изделий соответствующих требованиям ГОСТ.

Установлены основные физико-механические свойства материалов для производства облицовочной плитки и черепицы :

• — Прочность при сжатии, МПа — 39,1−37,4;
• — Прочность при изгибе, МПа — 17,4−17,9;
• — Водопоглощение, масс % - 7,3−8,3;
• — Твердости по шкале Мооса — 6;
• — Морозостойкость более 100 циклов.

В Южно-Башмаковском месторождении глин Пензенской области имеются достаточные запасы глины, которые могут обеспечить сырьем завод по производства облицовочной плитки и черепицы производительностью с общим объемом добычи глины 37 тыс. тонн в год, обеспечивая выпуск 1 млн. кв. м облицовочной плитки в год и 200 тыс. кв. м черепицы в год в течение 50 лет.

Библиографический список

• 1. Саденко С. М., Мороз М. Н., Белякова Е. А., Белякова В. С. Анализ параметров и оценка разведанных месторождений глин Пензенской области с целью изучения возможности производства керамических материалов // Современные научные исследования и инновации. 2015.
• 2. Калашников В. И., Мороз М. Н., Саденко С. М., Белякова Е. А., Москвин Р. Н., Белякова В. С. Эффективные глиношлаковые строительные материалы с использованием глины Южно-Башмаковского месторождения // Современная техника и технологии. 2015.