Фізико-хімічні основи виготовлення модифікованої стінової кераміки при знижених температурах випалу

Abstract

UK: У дисертаційній роботі подані теоретичні та експериментальні дослідження з отримання стінової кераміки при знижених температурах випалу на основі активованої алюмосилікатної сировини, модифікованої Na-Fe-вмісними сполуками. На основі аналізу науково-технічної літератури і попередньо проведених експериментів обґрунтовано вибір модифікаторів та створення необхідних умов для зниження температури випалу стінової кераміки з 970 до 850–870ºС і досліджено механізми впливу. Виконано композиційну побудову систем керамічних мас із зниженою температурою випалу та експериментально встановлено закономірності впливу модифікаторів на фізико-механічні властивості, технологічні особливості виготовлення стінової кераміки. Досліджено процеси структуроутворення. На основі розроблених складів отримана керамічна цегла марок 100–200, середньої щільності 1350–1600 кг/м3, з морозостійкістю 25–50 циклів. Економія природної сировини становить від 30 до 100 %. Наведено результати дослідно-промислових випробувань і техніко-економічні показники розроблених стінових матеріалів

RU: В диссертационной работе представлены теоретические и экспериментальные исследования получения стеновой керамики при пониженных температурах обжига за счет модификации активированного алюмосиликатного сырья Na-Fe-содержащими соединениями. Разработанные физико-химические основы получения низкообжиговой стеновой керамики базируются на закономерностях прохождения твердофазных реакций и реакций с участием жидкой фазы. В предложенных керамических массах между тугоплавкими частицами расположены активированные алюмосиликатные частицы ультрадисперсного размера, между которым находятся Na-Fe-содержащие соединения, что способствует образованию низкотемпературных эвтектических расплавов в многокомпонентных оксидных системах: Na 2O–Al 2O3–SiOSiOSiO2, что обусловливает, снижение температуры обжига. Выявлены закономерности влияния совместного действия механохимической активации алюмосиликатного сырья природного и техногенного происхождения с добавлением Na-Fe-содержащих добавок техногенного происхождения на процессы обжига стеновых керамических материалов. Это позволяет снизить температуру обжига кирпича-сырца с 950–970 до 850–870ºС. В исследуемых низкообжиговых системах керамических масс физико-химическими методами анализа (РФА, РЭМ) определено, что в процессе формирования структуры керамического черепка флюсующее действие в контактных зонах оказывают соединения, содержащие катионы натрия, железа, обуславливающие интенсивное образование в них расплавов с последующей кристаллизацией при более низких температурах в виде ферросилилита, эгерина, альмандина (для системы «суглинок – отходы углеобогащения – Na-Fe-содержащий красный шлам») и в виде альбита, энстатита, микроклина, ферросилита (для системы «суглинок – ил – Na-Fe-содержащий продукт газоочистки»), мональбита, альбита кальциевого, геленита (для системы «побочные продукты обогащения ильменитовой руды – ил – Na-Fe-содержащий отход газоочистки»). Микроструктура полученных материалов представлена, в основном: частицами размером 5–20 мкм, между которыми находятся мелкие частицы размером 0,4–2 мкм, контактирующими через мостики; порами размером 0,2–2 мкм. Для композиционно построенных систем керамических масс исследованы и установлены закономерности изменения физико-механических свойств в зависимости от соотношения и вида компонентов. Исследованы технологические особенности разработанных систем, определены оптимальные технологические параметры формования: оптимальная формовочная влажность и удельное давлении прессования. Разработаны технологические решения производства стенового керамического кирпича при пониженных температурах обжига на основе природного и техногенного сырья, марок 75–200, средней плотностью 1350–1600 кг/м3, морозостойкостью 25–50 циклов и проведена опытно-промышленная проверка результатов исследований. Полученный керамический кирпич соответствует требованиям ДСТУ Б В.2.7-61:2008 (EN 771-1:2003, NEQ) «Кирпич и камни рядовые и лицевые. Технические условия». Экономия природного сырья составляет от 30 до 100 %.

EN: Theoretical and experimental research of producing wall ceramics at the lowered burning temperature on the basis of the mechanically activated silica-alumina raw material, modified by Na-Fe-containing compounds is presented. The modifiers choice and creation of necessary conditions reasonable for the decline of burning temperature (from 970 to 850–870ºC) of wall ceramics and the influence mechanism has been investigated on the base of analysis of scientific and technical literature and preliminary conducted experiments. The composition construction of the ceramic masses systems at a lowered temperature of burning has been performed, conformities to law of influence of modifiers are experimentally set on physical and mechanical properties, technological features of making of wall ceramics. Processes of gelation of wall ceramics have been investigated. Consistent pattern of durability change and average density of low calcined wall ceramics depending on correlation of components of the ceramic masses have been defined. On the basis of offered compositions it is possible to obtain a ceramic brick of brand 100–200, with average density 1350–1600 kg/m3, and with frost-resistance up to 25–50 cycles and natural raw material economy from 30 to 100 %. The experimental and industrial test results as well as technical and economic indexes of developed wall materials have been listed