Физико-технические свойства глины Корниловского месторождения Томской области | Известия вузов. Физика. 2022. № 7. DOI: 10.17223/00213411/65/7/35

Физико-технические свойства глины Корниловского месторождения Томской области

Проведены исследования физико-химических и технологических свойств глин Корниловского месторождения Томской области. Методами физико-химического анализа определены химический, минеральный и гранулометрический составы, оценены пластичность и огнеупорность глин. Исследованы чувствительность глинистого сырья к процессу высушивания, кажущаяся плотность, водопоглощение, усадка, а также механические характеристики образцов из глинистого сырья. Определены возможности использования глины в различных отраслях промышленности.

Investigation of the properties of overburden clays from the Kornilovskoye deposit of the Tomsk region.pdf Введение Глины благодаря своему составу и свойствам являются ценным минеральным сырьем в различных отраслях промышленности. Производство керамических изделий на многих заводах России ориентировано на применение глинистого сырья, отгружаемого горно-добывающими предприятиями Украины [1], ближнего Зарубежья [2], что способствует удорожанию продукции и не гарантирует стабильность его поставок. Актуальность исследования состоит в решении проблемы импортозамещения глинистого сырья с целью повышения конкурентоспособности керамических изделий, выпускаемых российскими предприятиями. При этом импортные материалы полностью замещаются местным сырьем. Поэтому важным является разработка и исследование глин местных месторождений [3, 4]. При замещении импортного сырья на местное необходимо исследовать физико-химические свойства глин и оптимизировать процессы структурообразования и реологические свойства шихты и шликеров на его основе. Сложность технологического процесса заключается в трудности установления строгой зависимости между свойствами сырья и готовой продукции. Глинистые породы Урала, Сибири были исследованы, в основном, для использования в современных технологиях качественной строительной керамики [5-8]. Для развития производства не только строительной, но и огнеупорной, электротехнической и ряда других керамик актуальным является вовлечение в производство местных глинистых пород Западной Сибири и, в частности, Томской области. В процессе эксплуатации месторождений глинистого сырья существенным является вопрос о возможной целенаправленной переработке вскрышных пород, которые могут представлять практический интерес для производства керамических изделий. Всего на территории Томской области находится восемь месторождений тугоплавких глин, среди которых Корниловское месторождение является перспективным и подготавливаемым к освоению. Запасы глины Корниловского месторождения по данным геологов составляют 1.55 млн тонн [9]. Научный и практический интерес представляют исследования по изучению беложгущейся глины Корниловского месторождения Томской области и определение возможных направлений использования данной глины в технологических процессах огнеупорной, керамической, строительной, электротехнической и нефтегазодобывающей отраслях промышленности. Цель работы - исследование химических и физико-механических свойств глинистого сырья Корниловского месторождения Томской области. Материалы и методы исследований Для исследования были взяты две пробы (условное обозначение Г1 и Г2) глин вскрыши Корниловского месторождения Томской области. Все пробы взяты с одинаковой глубины, составляющей 8 м. Одна проба (Г1) была взята из центральной части участка выработки, а вторая (Г2) - с периметра участка, на максимальном удалении от центра участка. Химический состав проб всех глин определяли методом атомно-эмиссионной спектрометрии на АЭС-ИСП-спектрометре OPTIMA 2000DV. Минеральный состав проб глин определяли по ГОСТ 9169-75 [10]. Дисперсный состав глин определен по п.5.2 Определение содержания тонкодисперсных фракций ГОСТ 21216-2014 [11]. Огнеупорность проб глин была определена по ГОСТ 4069-2020 [12] и п.5.5 Определение огнеупорности ГОСТ 21216-2014 [11]. Метод определения огнеупорности основан на измерении температуры падения пироскопов, изготовленных из испытуемого материала, в условиях нагрева. Наблюдение за падением пироскопа проводилось визуально. За огнеупорность принимают температуру, при которой вершина пироскопа касается подставки. По классификации ГОСТ 9169-75 [10] в зависимости от огнеупорности глинистое сырье подразделяют на группы, приведенные в табл. 1. Таблица 1 Группы огнеупорности глинистого сырья Наименование группы Показатель огнеупорности, °С Огнеупорные 1580 и выше Тугоплавкие От 1350 до 1580 Лекгоплавкие Менее 1350 Подготовка проб на определение пластичности проводилась в соответствии с п.5.3 Определение пластичности фракций ГОСТ 21216-2014 [11]. Исследование сушильных свойств глин проводили согласно п.5.32 Определение чувствительности к сушке фракций ГОСТ 21216-2014 [11]. Для проведения механических испытаний образцов из проб глин были сформованы образцы в виде балочек с размерами 60×30×10 мм. На этих образцах также определена воздушная усадка, проведен обжиг отформованных и высушенных образцов при температурах от 1050 до 1250 оС с дальнейшим установлением общей усадки, водопоглощения и кажущейся плотности. Исследования проводились на основании п. 5.27 Определение спекаемости глин ГОСТ 21216-2014 [11]. Схема режима обжига приведена на рис. 1. Обжиг керамических образцов проводили по следующему температурному режиму: нагрев, выдержка в течение 3 ч при температуре 500 °С и в области максимальных температур, охлаждение в течение 24 ч. Рис. 1. Режим обжига образцов На образцах, обожженных при разных температурах, вместе с изменением линейных размеров определялось водопоглощение и кажущаяся плотность по методике, описанной в [13]. Температурой пережога считали такую температуру, при которой водопоглощение и линейные размеры образцов начинали увеличиваться. Механические испытания обожженных образцов проводили на универсальной испытательной машине «INSTRON» при скорости перемещения подвижной платформы 0.1 мм/мин с автоматической записью диаграммы нагружения в координатах «нагрузка - перемещение» с учетом жесткости системы нагружения. Предел прочности при сжатии и изгибе определяли по ГОСТ Р 58527-2019 [14] и ГОСТ 473.6-81 [15]. Результаты исследований В табл. 2 представлены результаты количественного анализа исследуемых проб глин Корниловского месторождения. В соответствии с данными табл. 2 по содержанию свободного кварца глинистое сырье проб Г1 и Г2 относится к группе с высоким содержанием кремнезема. По содержанию Al2O3 пробы относятся к полукислой группе глинистого сырья. По содержанию красящих оксидов (TiO2 и Fe2O3) в соответствии с ГОСТ 9169-75 [9] глины подразделяются на группы с низким, средним и высоким содержанием красящих веществ. По содержанию TiO2 проба глины Г1 относится к группе со средним содержанием, а проба Г2 - к группе с низким содержанием красящих оксидов (табл. 2). По содержанию Fe2O3 проба глинистого сырья Г1 обладает высоким содержанием красящих оксидов, а проба Г2 относится к глинам с низким содержанием красящих веществ. Таблица 2 Количественный химический анализ проб глин Проба Содержание в % на абсолютно сухую навеску SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 MnO CaO MgO Na2O K2O P2O5 SO3 ППП Г1 61.78 1.29 20.10 5.12 0.06 0.63 0.83 0.40 1.65 0.05

Ключевые слова

глина, химический состав, минеральный состав, гранулометрический состав, плотность, огнеупорность, усадка, водопоглощение, температура обжига

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Апкарьян Афанасий СааковичИнститут физики прочности и материаловедения СО РАНд.т.н., руководитель филиала НОЦ ТГУ по нанотехнологиям ИФПМ СО РАН, профессор кафедры РЭТЭМ ТУСУРаasaktc@ispms.ru
Саблина Татьяна ЮрьевнаИнститут физики прочности и материаловедения СО РАНк.т.н., науч. сотр. ИФПМ СО РАНsabtat@ispms.ru
Всего: 2

Ссылки

Физико-химические характеристики глины «Веско - Прима». - URL: www.vesco.com.ua (дата обращения: 18.10.2021).
Левицкий И.А., Павлюкевич Ю.Г., Радченко Ю.С. // Труды Белорусского государственного технологического университета. Серия 3. Химия и технология неорганических веществ. - Минск, 2002. - Вып. 10. - C. 182-189.
Мошняков М.Г. // Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова. - 2016. - № 4. - С. 60-65.
Лебедев М.С., Жерновский И.В., Фомина Е.В., Фомин А.Е. // Строительные материалы. - 2015. - № 9. - С. 67-7.1
Щербаков А.А., Солодкий Н.Ф., Викторов В.В. и др. // Вестник ЮУрГУ. - 2011. - № 33. - С. 86-89.
Кащеев И.Д., Турлова О.В. // Стекло и керамика. - 2010. - № 6. - С. 10-12.
Шляхова Г.В., Бочкарева А.В. // Изв. вузов. Физика. - 2020. - Т. 63. - № 7. - С. 108-114.
Вакалова Т.В., Погребенков В.М., Ревва И.Б. // Вестник науки Сибири. - 2012. - № 1(2). - С. 339-347.
Справка о состоянии и перспективах использования минерально-сырьевой базы Томской области. - URL: https: //www.rosnedra.gov.ru/data/Fast/Files/202104/fed658378ef2e95442b5c1f9ad61cb9d.pdf (дата обращения: 22.03.2022).
ГОСТ 9169-75. Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 1976-07-01. - Изд. официальное. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1976. - 7 с.
ГОСТ 21216-2014. Сырье глинистое. Методы испытаний: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2021-03-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2015. - 40 с.
ГОСТ 4069-2020. Огнеупоры и огнеупорное сырье. Методы определения огнеупорности: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2021-03-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2020. - 12 с.
ГОСТ 2409-2014. ОГНЕУПОРЫ. Метод определения кажущейся плотности, открытой и общей пористости, водопоглощения: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2015-09-01 / Федеральное агентство по техническому регулированию. - Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2014. - 10 с.
ГОСТ Р 58527-2019. МАТЕРИАЛЫ СТЕНОВЫЕ. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе: национальный стандарт Российской Федерации: дата введения 2021-01-01/ Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. - Изд. официальное. - М.: Стандартинформ, 2019. - 15 с.
ГОСТ 473.6-81. Изделия химически стойкие и термостойкие керамические. Метод определения предела прочности при сжатии: межгосударственный стандарт: дата введения 1982-07-01. - Изд. официальное. - М.: Издательство стандартов, 1981. - 2 с.
 Физико-технические свойства глины Корниловского месторождения Томской области | Известия вузов. Физика. 2022. № 7. DOI: 10.17223/00213411/65/7/35

Физико-технические свойства глины Корниловского месторождения Томской области | Известия вузов. Физика. 2022. № 7. DOI: 10.17223/00213411/65/7/35