Особливості використання незбагачених каолінів у виробництві санітарних керамічних виробів - Автореферат

Ефективність вказаного процесу |лиття| залежить від багатьох чинників|факторів|, найважливішим з|із| яких є|зявляється,являється| склад і властивості сировинних матеріалів та мас на їх основі. Можливість одночасного вирішення проблеми створення такого матеріалу на основі каоліну-сирцю, розвитку сировинної бази його виробництва, поглиблення наукових уявлень про звязок складу і кристалохімічної структури каолінів з реологічними властивостями фарфорових мас та споживчих властивостей матеріалу на їх основі визначають актуальність теми дисертаційної роботи. Вказана проблема не може бути вирішена без розвитку фізико-хімічних засад технології отримання санітарних керамічних виробів з використанням нетрадиційних видів сировини на основі оцінки рівня взаємозвязку “склад-структура-властивості” та його спрямованого регулювання. Мета і задачі дослідження: Розробка способів інтенсифікації технології виробництва санітарних керамічних виробів шляхом використання незбагаченого лужного каоліну, який має мінералогічний склад, кристалохімічну будову і гідрофільно-гідрофобні властивості поверхні достатні для формування потрібної коагуляційної та конденсаційної структури. Для досягнення поставленої мети|цілі| вирішувались|розвязати| задачі|слід|з: - здійснити порівняльний аналіз хіміко-мінералогічного складу, кристалохімічної структури і властивостей поверхні основних видів вітчизняних каолінів;-дослідити вплив кристалохімічної структури каолінів на властивості поверхні та структурно-механічні характеристики водних дисперсійна їх основі;Реалізація такого підходу не може бути здійснене без досліджень особливостей процесів структуроутворення мас на основі лужного каоліну-сирцю та розробок відповідних технологічних параметрів виробництва санітарних керамічних виробів. %), лужних оксидів (4,4 мас|.% ) при значно меншій у порівняні зі збагаченими каолінами (глухівецьким і просянівським) кількості|супроти| Al2O3 (17,64 мас|.% ).За дисперсним складом дубрівський каолін-сирець містить 75,8 мас.%|||п|зявляється,являється||вміст частинок фракції |п||зявляється0063-0,1мм |. |установлено||||Основними мінералами в дубрівському| каоліні-сирці за даними рентгенофазового| аналізу є (мас.%)|зявляється,являється|: каолініт |утримується| 30-35, мікроклін 20-23, альбіт| 2-2,5, мусковіт 2-3, кварц 38-42. Порівняльний аналіз ступеня|міри| дифузійності піків на рентгенограмах дубрівского| каолініту порівняно з просяновським (характеризується найбільш досконалою структурою)| показав, що інтегральна напівширина ряду|лави,низки| піків відповідно складає 42 і 32 % |в,|Ступінь структурної досконалості (кристалічності) оцінений кількісно за допомогою індексу впорядкованості (Д.Хінклі), складає для дубрівського каолініту - 1,0, для просянівського-1,6| і глуховецького - 1,5|, що підтверджує достатньо високу ступінь досконалості структури останніх на відміну від дубрівського (табл.1). Наприклад, для складу маси КД7, який був обраний в якості оптимального найбільш ефективне введення додатку в такій комбінації : сода-0,07 мас.% рідке скло-0,15мас.% метакрил-14-0,01мас.%, що сприяє зниженню, Рк2 з 5,0 до 4,1 Па, зм* з 0,27 до 0,23,Па·с, Ш з 18,5 до18,1с-1 та з 1,25 до 1,2У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливу науково-практичну задачу-розроблено спосіб інтенсифікації технології виробництва санітарних керамічних виробів шляхом використання незбагачених лужних каолінів (на прикладі Дубрівського родовища) в якості комплексної сировини. Встановлено, що за хіміко-мінералогічним складом дубрівский лужний каолін-сирець є сировиною поліфункціональної дії і містить в своєму складі(мас.%):|утримує| каолініт 30-35, мікроклін 20-23, альбіт| 2-2,5мас, мусковіт 2-3, кварц 38-42 та може бути використаний в якості основного компоненту маси для виробництва санітарних керамічних виробів. Наявність у досліджуваних каолінів різних ступенів впорядкованості кристалічної структури однозначно в зворотньому порядку впливає на властивості їх поверхні (ліофільно-ліофобний баланс і енергетичний стан). Співставлення індексу кристалічності і таких показників, як ефективної питомої поверхні (2,62 м2/г), змочування по воді (1,11), коефіцієнту ліофільності (2,41)|, теплот змочування по воді (9,7 КДЖ/кг) та уявного тангенса кута|рогу,кутка| діелектричних втрат (0,250) показало наявність досконало чіткої, функціональної залежності між цими показниками. Вперше визначені кількісні показники структурно-реологічних властивостей для мас з|із| традиційних сировинних матеріалів: :умовна динамічна (бінгамівська|) межа текучості Рк2, (Па) - 3,9-4,8; найменша пластична (бінгамівська|) вязкість ,(Па·с) - 0,22-0,26; пластичність по Воларовичу (с-1)-17,7-18,5; показник тіксотропного| зміцнення - 1,4-1,2 і визначено методи направленого корегування процесами структуроутворення в масах на основі дубрівського каоліну(використання комплексних розріджувачів).

Основний зміст роботи

У результаті виконання дисертаційної роботи вирішено важливу науково-практичну задачу-розроблено спосіб інтенсифікації технології виробництва санітарних керамічних виробів шляхом використання незбагачених лужних каолінів ( на прикладі Дубрівського родовища) в якості комплексної сировини. Внаслідок проведення системних досліджень зроблено такі висновки: 1. Встановлено, що за хіміко-мінералогічним складом дубрівский лужний каолін-сирець є сировиною поліфункціональної дії і містить в своєму складі(мас.%):|утримує| каолініт 30-35, мікроклін 20-23, альбіт| 2-2,5мас, мусковіт 2-3, кварц 38-42 та може бути використаний в якості основного компоненту маси для виробництва санітарних керамічних виробів. Його частки в базисі мають розмір 0,7-1,1 мкм, а по товщині 0,01-0,08 мкм.Ступінь структурної досконалості ( індекс впорядкованості по Д.Хінклі) невисокий як і розраховано із співвідношення інтенсивностей II0 і III складає відповідно 1,0,проти 1,6 у просянівського та 1,5 у глухівецького каолінів.

2. Наявність у досліджуваних каолінів різних ступенів впорядкованості кристалічної структури однозначно в зворотньому порядку впливає на властивості їх поверхні ( ліофільно-ліофобний баланс і енергетичний стан). Співставлення індексу кристалічності і таких показників, як ефективної питомої поверхні (2,62 м2/г), змочування по воді (1,11), коефіцієнту ліофільності (2,41)|, теплот змочування по воді (9,7 КДЖ/кг) та уявного тангенса кута|рогу,кутка| діелектричних втрат (0,250) показало наявність досконало чіткої, функціональної залежності між цими показниками. Зменшення впорядкованості пов,язанні зі збільшенням поверхневої активності і навпаки.

3. Наявність відмінностей у властивостях поверхні досліджувальних каолінів в значній мірі впливає і процес формування коагуляційної структури водних дисперсійна їх основі. При практично однаковій кількості води ( 49,0-51,1 мас.%) значення модулів швидкої (61·10-7Па), повільної (71·10-7Па) деформації і вязкості (240·10-9 Па·с) для дисперсії дубрівського каоліну в 1,5-2 рази вищі ніж у просянівського і глухівецького.

4. Встановлена математична залежність між вмістом|вмістом,утриманням| компонентів мас для виробництва санітарних керамічних виробів і основними технологічними властивостями шликерів. Знайдена оптимальна область складів мас з|із| поліпшеними кераміко-технологічними властивостями, обмежена вмістом компонентів (мас.%): незбагачений лужний каолін - 63-67%, збагачений каолін - 15-20%, пластична глина - 5-10%. Такі маси мають стабільні технологічні показники, а їх фільтрувальність зростає в 1,7-2 рази, опір осаду зменшується в 2 рази в порівняно з типовою масою.

5. Вперше визначені кількісні показники структурно-реологічних властивостей для мас з|із| традиційних сировинних матеріалів: :умовна динамічна (бінгамівська|) межа текучості Рк2, (Па) - 3,9-4,8; найменша пластична (бінгамівська|) вязкість ,(Па·с) - 0,22-0,26; пластичність по Воларовичу (с-1) -17,7-18,5; показник тіксотропного| зміцнення - 1,4-1,2 і визначено методи направленого корегування процесами структуроутворення в масах на основі дубрівського каоліну(використання комплексних розріджувачів).

6. З використанням методу математичного планування визначені оптимальні концентрації комплексних розріджувачів на основі (соди, рідкого скла, влр, таніну та метакрилу-14). В залежності від виду останніх вони складають для маси оптимального складу (КД7): сода-0,07% рідке скло 0,15% метакрил-14-0,01%. Використання комплексних розріджувачів дозволяє забезпечити показники фільтраційних властивостей мас на основі дубрівського каоліну на рівні: коефіциент набору черепку 0,192, та структурно-механічні: Рк2 - 4,1 Па, зм* - 0,23 Па·с, Ш - 18,1с-1 та - 1,2.

7. В результаті формування структури кераміки із мас на основі каоліну-сирцю в процесі сушки досягається висока механічна міцність (4,44 проти 2,68 у типової маси), що сприяє зниженню браку при транспортуванні та інших технологічних операціях. Встановлено, що підвищена в 1,5 разу механічна міцність маси оптимального складу в абсолютно-сухому стані повязана з особливостями структури дубрівського каоліну і обумовлена |слідуючими|ланцюжковим| розташуванням глинистих частинок|часток,часточок|, та підвищеною ( на 20%) концентрацією вільних ОН-іонів ніж у просянівського.

8. Виявлено особливості структури та фазового складу санітарного фарфору з|із| маси оптимального складу з|із| дубрівським| каоліном (КД7) порівняно з (КТ).Встановлено, що в КД7 голчатий муліт ( в межах псевдоморфоз по польовому шпату),міститься у більшій кількості, ніж в КТ і представлений більшими кристалами розміром 0,7 мкм проти 0,1 мкм. Відмінність фазового складу санітарного фарфору з маси КД7 та КТ підтверджено результатами | рентгенівського кількісного аналізу, вміст муліту відповідно складає 24% і 20%.

9. Визначено, що за технологічними властивостями розроблені маси характеризуються підвищеною механічною міцністю в абсолютно-сухому стані, для них характерно повне спікання при температурі 12500С (водопоглинання дорівнює нулю) і підвищена порівняно з виробничою масою термічна стійкість (кількість теплозмін 14 проти 2).

10. Техніко-економічна ефективність використання незбагачених каолінів, як комплексної полімінеральної сировини в складах мас для виробництва санітарних керамічних виробів базується на зменшенні собівартості продукції за рахунок скорочення витрати збагачених каолінів| на 8-10 мас.| %, гідрослюдисто-каолінітової глини на 10-11 мас.| % та інтенсифікації технологічного циклу виробництва за рахунок |скорочення в 2 рази загального|спільний| циклу формування санітарних керамічних виробів та збільшення механічної міцності напівфабрикату в 1,5 рази, що сприяє значному скороченню технологічного браку|шлюбу| ( до 10%) при збережені необхідного рівня експлуатаційних властивостей. Розроблені доповнення до типового технологічного регламенту по|спроможність| промисловому використання незбагачених каолінів| в якості природної комплексної сировини у виробництві санітарних керамічних виробів. Річний економічний ефект від впровадження розробок становить 97,334 тис.грн при обєму випуску 82 тис.шт.виробів.

1. Даценко Б.М., Палиенко Е.А. Разработка составов быстрофильтрующихся масс для санитарных керамических изделий//Сборник научных трудов “Строительство и техногенная безопасность”. 1999. С. 162-165.

Здобувачем експериментально визначено кераміко-технологічні параметри розроблених мас.

2. Палиенко Е.А.,Даценко Б.М. Совершенствование технологи производства санитарных керамических изделий, обеспечивающее снижение энергозатрат//Строительные материалы, изделия и санитарная техника. - К.: Знання. 2000. Вип. 15. С. 103-105.

Здобувачем визначено склад і технологію підготовки мас, що дозволило підвищити властивості кераміки із зменшенням енерговитрат.

3. Палиенко Е.А., Даценко Б.М. Влияние добавок на процесс влагоотдачи шликера при отливке санитарных керамических изделий//Строительные материалы, изделия и санитарная техника. К.: Знання. 2003. Вип.18. С. 56-59.

Здобувачем експериментально підтверджено доцільність використання домішок в розроблених складах мас.

4. Палиенко Е.А. Влияние комплексного электролита на реологические и технологические свойства шликера с использованием щелочных необогащенных каолинов//Строительные материалы и изделия. 2004. №1. С. 11-13.

5. Палиенко Е.А. Влияние степени кристалличности на керамико-технологические свойства каолинов//Строительные материалы и изделия. 2004. №2. С. 18-19.

6. Палиенко Е.А., Свидерский В.А., Сай В.И. Улучшение реологических свойств литейных шликеров при введении суперпластификатора С-3//Строительные материалы и изделия. 2004. №3. С. 10-13.

Здобувачем визначено ефективність введення добавки для підвищення реологічних властивостей розроблених мас.

7. Палиенко Е.А. Регулирование реологических свойств литейных фарфоровых масс синтетическими полимерными электролитами//Строительные материалы и изделия. 2004. №5. С. 13-15.

8. Палиенко Е.А., Свидерский В.А., Обоснование эффективности применения дубровского необогащенного каолина прилитье керамических изделий/Строительные материалы и изделия. 2005. №4. С. 32-35.

Здобувачем проведені експерименти та сформульовано висновки щодо ефективності використання незбагачених каолінів при виробництві санітарних керамічних виробів.

9. Палиенко Е.А.. Влияние минералогического состава и температуры термообработки на механическую прочность керамических изделий из массна основе необогащенных каолинов//Строительные материалы, изделия и санитарная техника. К.: Знання. 2005. Вип. 20. С. 40-44.

10. Палиенко Е.А. Структура и фазовый состав керамики из массна основе необогащенных каолинов//Строительные материалы и изделия. 2006. №2. С. 22-25.

11.Палиенко Е.А., Сай В.И., Свидерский В.А. Реологические свойства керамических шликеров с использованием необогащенного каолина//Строительные материалы, изделия и санитарная техника. К.: Знання. 2006. Вип. 22. С. 77-80.

Здобувачем за результатами власних досліджень визначенні реологічні параметри розроблених мас з використанням незбагачених каолінів.

12. Палиенко Е.А. Усовершенствование технологии производства санитарных керамических изделий, обеспечивающее снижение энергозатрат// Збірка тез доповідей учасників науково-технічної конференції “Будівельні матеріали ХХІ-го століття: комфорт житла та енергозбереження”.Київ. 1998. С. 157-158.

13. Палиенко Е.А. Разработка и внедрение составов быстрофильтрующихся масс для санитарных керамических изделий //Сборник тезисов докладов участников ІІ Международной выставки конференции “Керамика-99”. Київ. 1999. С. 62-63.

14. Палиенко Е.А. Исследование реологических свойств глинистых шликеров различного минералогического состава// Збірка тез доповідей учасників ІІІ Міжнародної науково-технічній конференції “Композиційні матеріали”. Київ. 2004. С. 53.

15. Палиенко Е.А. Исследование реологических свойств шликера с использованием щелочного необогащенного каолина для производства санитарных керамических изделий// Збірка тез доповідей учасників І міжгалузевої науково-практичної наради “Сировинна база для виробництва фарфору, фаянсу, будівельної кераміки та скла. Стан та перспективи розвитку”. Гурзуф. 2006. С. 48.