Размещено на http://www.allbest.ru/

Самарский государственный архитектурно-строительный университет

Влияние кальцийсодержащего шлака на фазовые превращения при обжиге кирпича

Абдрахимова Е.С.

К плавням относятся такие материалы, которые при обжиге изделий вступают во взаимодействие с сырьевыми материалами шихты, образуя легкоплавкие соединения, которые способствуют образованию жидкой фазы на ранних стадиях обжига керамики (менее 1000оС).

Спекание многих видов керамики идет с участием жидкой фазы, от свойств которой во многом зависит процесс формирования структуры материала. Повышение реакционной способности жидкой фазы по отношению к тугоплавким кристаллическим составляющим дает возможность интенсифицировать процесс спекания, что позволяет уменьшить расход топлива.

При введении плавней в состав керамической массы понижается температура ее спекания и огнеупорность, благодаря чему повышается плотность обожженного черепка, увеличивается прочность, уменьшается водопоглощение. Все виды плавней условно можно разделить на три основные группы:

1 - плавни с низкой температурой их плавления (щелочесодержащие - стеклобой, полевые шпаты, пегматиты, сиениты и т.д.);

2 - плавни со средней температурой плавления (железосодержащие материалы). Снижение температуры образования и увеличение агрессивности жидкой фазы достигается или вводом в состав керамической массы железосодержащих добавок, или использование в производстве кирпича легкоплавких глин с содержанием Fe2O3>3%. Оксид железа интенсифицирует растворение кварца в расплаве и повышает механическую прочность [1-3];

3 -плавни с высокой температурой плавления, но дающие при взаимодействии с керамической массой, в процессе нагревания легкоплавкие соединения (кальцийсодержащие - мел, доломит и т.д.). Известно, что СаО, несмотря на высокую температуру плавления, в глиносодержащих массах является сильным плавнем вследствие образования с А12О3 и SiO2 сравнительно легкоплавкие соединения [1-3]. По данным авторов работы [3] при температурах около 1000оС взаимодействие между СаО и глинистыми веществами еще незначительно. При более высоких температурах реакция интенсифицируется и образуются уплотняющие легкоплавкие соединения, эвтектики и стекла.

В качестве глинистого компонента использовалась глина Кыштырлинского месторождения Тюменской области. В настоящей работе в качестве отощителей и плавней с высокой температурой плавления кальцийсодержащих компонентов (плавней 3 группы) были использованы: металлургический шлак от выплавки серого чугуна. Химический состав исследуемых компонентов представлен в табл. 1.

Таблица 1 Химический состав компонентов

Гранулометрический состав шлака представлен в табл. 2.

Таблица 2 Гранулометрический состав шлака

Плотности: истинная, средняя и насыпная исследуемых кальцийсодержащих металлургических шлаков представлены в табл. 3. С помощью высокотемпературного микроскопа МБС-2 у исследуемых металлургических шлаков были определены температура начала плавления и полного плавления шлака, показатели которых также представлены в табл. 3.

Минералогический состав исследуемых шлаков представлен стеклофазой, о чем свидетельствует изменение интегральных площадей дифракционных отражений и аморфного «гало», кварцем, псевдоволластонитом, монтичеллитом, анортитом и незначительным содержанием муллита в шлаке от выплавки чугуна (рис. 1).

Таблица 3 Плотности, температуры начала и полного плавления исследуемых шлаков

Анортит - полевой шпат (CaOAl2O32SiO2) является конечным членом плагиоклазов, обладает всеми свойствами, присущими полевошпатовым, и в составе неметаллических материалов встречается только в устойчивой модификации 3.

Наличие муллита (3Al2O32SiO2) в исследуемом шлаке от выплавки чугуна (рис. 6, 2) будет способствовать и образованию муллита при обжиге керамического кирпича. керамический спекание температура шлак

Монтичеллит (CaOMgOSiO2) принадлежит к обширной группе оливинов, представляющих собой ортосиликаты двухвалентных металлов, образующих между собой непрерывные ряды твердых растворов 3. В составе неметаллических включений встречается довольно часто, температура плавления его 1498оС, а разложения 1300оС 3.

Рис. 1. Рентгенограммы исследуемого кальцийсодержащего шлака

Волластонит метасиликат кальция (-CaOSiO2) полиморфен; кристаллизуется в двух модификациях и 10. Высокотемпературную - модификацию называют псевдоволластонитом, а собственно волластонит его низкотемпературная - модификация. По мнению авторов работы 3 волластонит создает плотный каркас, препятствующий изменению прежнего объема, т.е. снижает усадку керамических изделий.

Кирпичи из состава, мас., %: кыштырлинская глина 70, металлургический шлак - 30, изготовляли методом пластического формования при влажности шихты 20-24%, затем высушивали до остаточной влажности не более 5-7% и обжигали при температурах 950, 1000, 1050 и 1100оС.

При температуре 950оС в керамических образцах особых изменений фазового состава не происходит за исключением разложения СаСО3 и появление жидкой фазы. Появление жидкой фазы при температуре 950оС объясняется присутствием R2O и повышенным содержанием оксида железа (Fe2О3) в глине (табл. 1). Под микроскопом видны бесцветные желтоватые и бурые стекла с показателями преломления от n =1,50 до 1,54, образовавшиеся в результате плавления шпатов и смешаннослойных глинистых образований.

Увеличение температуры обжига до 1000оС приводит к увеличению жидкой фазы: в образцах и содержание ее достигает 10-15%.

Рентгенофазовый состав образцов, обожженных при температуре 1050оС, проводился на дифрактометре ДРОН - 6 с использованием СоКб- излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град/мин.

Рис. 2. Рентгенограммы образцов из состава №3. Температура обжига 1050оС

При температуре обжига 1050оС на дифрактометре порошка (рис. 2) можно отметить появление новых пиков, нм: 0,372 - анортита; 0,321 - ортоклаза; 0,299 0,287 - диопсида; 0,270 - муллита.

Список литературы

1. Абдрахимов В.З. Производство керамических изделий на основе отходов энергетики и цветной металлургии / В.З. Абдрахимов. Усть-Каменогорск. Восточно-Казахстанский технический университет. 1997. 238 с.

2. . Абдрахимов В.З. Физико-химические процессы структурообразования в керамических материалах на основе отходов цветной металлургии и энергетики / В.З. Абдрахимов, Е.С. Абдрахимова. Усть-Каменогорск: Восточно-Казахстанский технический университет. 2000. 374 с.

3. Литвинова Г.И. Петрография неметаллических включений / Г.И. Литвинова, В.П. Пирожкова. М: Металлургия. 1972, 184 с.

Размещено на Allbest.ru