Керамический кирпич объемного окрашивания с использованием попутных пород бокситовых и титановых руд

О керамических стеновых материалах

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.