Влияние минералогического и химического состава некоторых глин Украинской ССР на вспучивание их при термообработке

Необходимость всемерного расширения производства легких заполнителей для бетона, особенно керамзита, требует усиления исследовательских работ по изучению свойств сырья, предназначенного для этой цели. Очень важное значение имеет, в частности, дальнейшая разработка вопросов термической обработки глинистого сырья и влияния минералогического состава глин на процессы его вспучивания.

В настоящей работе освещены результаты проведенных в Институте строительных материалов и изделий АСиА УССР исследований по вспучиванию некоторых видов глин, принадлежащих к характерным минералогическим типам. Исследования тесно увязывались с химическим составом глин и искусственных смесей на их основе.

Данные о химическом составе и минералогических типах исследованных глин приведены в табл. 1 (в %).



После опытных обжигов по ускоренному режиму оказалось, что только одна из испытанных в виде без добавок. Оптимальная температура вспучивания его 1140—1160°. При обжиге он интенсивно поризуется. Образующиеся поры пе имеют правильной формы, структура их—неоднородная, ноздреватая. Ячейки в поперечнике достигают 5—10 мм. Имеется большое количество сообщающихся пор. Стенки ячеек и поверхность образцов значительно остеклованы. Цвет образцов—светло-зеленый. Объемный вес их 0,70—0,74 г/см3.

Для получения в процессе вспучивания более тугоплавкой и вязкой массы в крымский кил вводился чистый глинозем 15% к весу).

Увеличение содержания привело к замедлению процессов порообразования и вспучивания, что в свою очередь вызвало уменьшение размера пор в поперечнике с 5—10 до 0,5—2 мм. Большинство пор имеет круглую форму, основная масса их замкнутая, структура более однородная. Остекловывание стенок и поверхности образцов уменьшилось, но не прекратилось.

При ускоренном режиме обжига вспучивание остальных исследованных нами глин (кроме крымского кила) не дало желаемых результатов.

Никифоровская глина имеет химический состав, близкий к оптимальному, однако при термообработке она не поризуется.

Химический состав глии корректировался введением добавок. При этом учитывался состав исходного сырья и оптимальный состав массы, определенный нами ранее на основании экспериментов по вспучиванию глин и сланцев разных месторождений, а также ряда искусственных смесей.

Как оптимальный, был принят еле ДУЮЩИЙ состав:

SiO,9 — 64%

АОз — 22%

Ro + R —14%

На основании заданного оптимального химического состава массы рассчитывались и приготавливались искусственные смеси, данные о которых приводятся в табл. 2.

Все семь видов шихты при температуре 1160—1250° вспучиваются и поризуются. Однако шихты Л» 2, 3 и 4 при обжиге вспучивались плохо. Особенно это относится к шихтам № 2 и 4, главными компонентами которых является глуховецкий каолин. Шихта № 2, вспучиваясь, превращается в мелкопористую белую ячеистую массу. Поры в диаметре имеют величину от долей до 2—3 мм. Стенки между порами плотные, утолщенные, оплавленные. Поверхность образцов интенсивно остеклована. Объемный вес 0,8—0,9 г/см3.

Лучше вспучивались образцы нз шихты № 3, но они также оплавлены с поверхности и внутри, объемный вес их 0,6—0,7 г/см3.

Пронизанная небольшими (меньше 1 мм в поперечнике) круглыми замкнутыми порами. Структура массы однородная, цвет белый. Поверхность образцов оплавлена. близок к единице.

Многие виды шихты, приготовленной на основе глуховецкого каолина с различными добавками (молотый кварцевый песок, кальцинированная сода, окись магния, магнезит, доломит, железный сурик, бурый уголь, древесные опилки), не показали заметного вспучивания.

Только шихта № 2, в которую, помимо корректирующих химический состав массы добавок (песка, соды, окиси магния), был введен и газообразователь в виде двуводного гипса (CaSOi 2HsO), в процессе обжига поризовалась и вспучивалась.

Шихта № 4, в которой 50% глуховецкого каолина были заменены часов-ярской глиной, проявила способность к порообразованию без введения газообразователя. В этом, возможно, проявилась положительная роль добавки монотермита, как породообразующего глинистого минерала часовоярской глины.

Шихты № 5, 6 и 7 хорошо вспучивались и поризовались. Структура полученных образцов—однородная, мелкопористая, стенки ячеек тонкие, поверхность образцов шероховатая, корка тонкая. Вес образцы легкие, объемный вес; в пределах 0,1—0,6 г/г ч3.

Типичная мономориллонитовая мономииеральная глина—крымский вспучиваясь и поризуясь при обжиге, не дает образцов с характерной для керамзита структурой. Как уже говорилось выше, происходит интенсивное остекловывание поверхности образцов и стенок пор, структура ячеек в образцах неоднородная, имеется большое количество крупных, сообщающихся -между собой.

Глина монтморнллонитовон группы— горбскин бентонит, у которой породообразующими глинистыми минералами являются бенделлит и монтмориллонит, при обжиге дает образцы с типичной для керамзита структурой ячеек.

Васильковская и никифоровская глины (сложенные каолиннто-гидрослюдистым минеральным типом) при вспучивании также дали образцы с типичной для керамзита структурой.

При корректировании химического состава пяти из семи исследованных видов шихты вводилась окись магния. Она служила не только эффективным флюсующим материалом, но сыграла также положительную роль в создании оптимальной вязкости испытываемых масс в процессе вспучивания, обеспечивая до статочную их «длинноплавкость».

Глины, в которых содержится гндрослюда уже в значительной степени монтмопиллонизировавшаяся, обладают достаточной степенью вспучиваемостн.

Хорошо вспучиваются также глины гидрослюдисто-каолиинтового минерального типа с преобладанием гидрослюды. Объемный вес образцов из этих глин колеблется от 0,40 до 0,60 г/см3 (в куске).

Степень вспучиваемости глии этого минерального типа уменьшается вместе с увеличением содержания каолинита. Когда каолинит значительно преобладает над гидрислюдой, глины почти полностью теряют способность вспучиваться при принятых температурах обжига.

Хоре вспучиваются глины, в которых, помимо гидрослюды и каолинита, содержатся хлорит и монтмориллонит, а в крупной фракции и сидерит. Соответственно уменьшается степень вспучиваемости пород, глинистая часть которых представлена:

а) гидрослюдой,кварцем,каолинитом;

б) гидрослюдой и кварцем:

в) гидрослюдой, кварцем, кальцитом.

Вспученные образцы из глин этой группы имеют объемный вес в пределах от 0,50 до 1,10 г/см3 (в куске).

Наличие в глинистой части породы смеси гидрослюды типа кварца обеспечивает достаточную степень вспучиваемости породы только при преобладании гидрослюды над кварцем.

Большинство глин и суглинков. глинистая часть которых состоит из смеси кварца, калия и монтмориллонита, обладает вспучиваемости.