Характеристика сировинних матеріалів

Для виробництва шамотних вогнетривів в якості сировини використовують глини та каоліни.

Вогнетривкими глинами називають землисті уламкові гірські породи осадового походження, які складаються з високодисперсних гідроалюмосилікатів. Залежно від значення вогнетривкості глини класифікуються на: вогнетривкі, що плавляться від 1580⁰С и вище; тугоплавкі, що плавляться від 1580⁰С до 1350⁰С; легкоплавкі, що плавляться нижче 1350⁰С. За вмістом глинозему глини підрозділяються на високоосновні (вміст Al₂O₃ – більш 40%); основні (вміст Al₂O₃ – 30- 40%); напівкислі (вміст Al₂O₃ – 30-15%); кислі (вміст Al₂O₃ – менш 15%).[1,3]

По пластичності глини підрозділяються на високопластичні, середньопластичні, малопластичні і непластичні.

За мінералогічним складом глини класифікуються на мономінеральні і поліменеральні. До мономінеральних глин відносяться глини, що переважно складаються з одного мінералу. Характерними представниками мономінеральних глин є каолінітові, монтморилонітові і гідрослюдисті.

Основними мінералами групи каолінітових глин є каолініт (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), галуазит (Al₂O₃·2SiO₂·4H₂O). Ці глини мають міцну, нерухому кристалічну гратку та низьку пластичність.

Монтморилонітові глини містять основний мінерал монтморилоніт (Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O), мають рухому кристалічну гратку і характеризуються високою пластичністю.

До групи гідрослюдистих глин відносять породи, які характеризуються проміжними властивостями. У цих глинах, крім гідрослюд і уламкової пелитової частини (фр. менш 0,01 мм), у вигляді домішок часто присутні монтморилоніт, каолініт, а також уламкові зерна кварцу, польових шпатів, слюд. У більшості ці глин не ставляться до вогнетривких [2 - 5].

За мінералогічним складом глини є полімінеральними породами. До полімінеральних глин відносяться породи, у яких найбільш істотну роль грають такі мінерали, як каолініт, галуазит, монотерміт. Залежно від того який мінерал переважно присутній у вогнетривких глинах вони підрозділяються на каолінитові, гідрослюдисто-монотермітові і гидраргилітові. Найбільше поширення мають каолінитові глини. Глини з високим вмістом глинозему є каолінітовими і високоспікливими, а глини гідрослюдисті з високим вмістом лугів - монотермітовими і низькоспікливими.

Хімічний склад глин характеризується вмістом наступних оксидів Al₂O₃, SiO₂, Fe₂O₃, TiO₂, CaO, MgO, K₂O, Na₂O, а також втратами при прожарюванні. Глинозем Al₂O₃ міститься в основних глинистих мінералах до яких відносять каолініт (Al₂O₃·2SiO₂·2H₂O), монтморилоніт (Al₂O₃·4SiO₂·nH₂O), монотерміт (0,2Ме₂О·Al₂O₃·3SiO₂·1,5H₂O, где Ме – K, Na). SiО₂ є присутнім в основних глинистих мінералах, а також у вигляді вільного кремнезему (кварцового піску) і колоїдного кремнезему.

Загальний вміст лужних оксидів K₂O і Na₂O у глинах досягає 0, 5-3,5 %. Ці оксиди привносяться в глини присутніми в ній домішками слюд, польових шпатів. Оксиди кальцію і магнію містяться в гідрослюдах и карбонатах, гіпсі.

Залізо в глині вміщується у вигляді мінералів піриту і марказиту (FeО₂), сидериту (FeCO₃). До шкідливих сполук відносяться залізисті мінерали – гідрооксиди заліза, пірит, сидерит, карбонати і сульфати кальцію, луги тощо, які знижують вогнетривкість глин [3].

Крім вогнетривких глин для виробництва непластичних мас використовують каоліни: первинні, що залишилися на місці руйнування первинних порід, і вторинні, тобто перенесені водними потоками на більш-менш значні відстані і перевідкладені. У первинних каолінах звичайно зустрічаються у вигляді порівняно грубих фракцій залишки гірських порід, з яких утворився каолініт (основний мінерал, що складає каоліни), - кварцовий пісок, польові шпати, слюди.

Вогнетривкі глини відрізняються від каолінів, як правило, більшим забрудненням, більш високою дисперсністю, більшою пластичністю та меншою температурою спікання. Наприклад, вміст сполук заліза в каолінах звичайно нижче 1 %, у той час як у вогнетривких глинах воно доходить до 3-5 %; вміст CaО, K₂O, Na₂O у каолінах у цілому рідко досягає 1-1,5 %, у вогнетривкі ж глинах воно часто становить 3-4 % [3,6].

Глини і каоліни відносяться до полідисперсних матеріалів. Фракція глин 0,01 — 0,005 мм має уламковий характер; мінералогічний і хімічний склад цієї фракції визначається мінералогічним складом порід, при вивітрюванні яких утворилися дані глини. Зазвичай в цій фракції містяться кварц, польові шпати, слюда і важкі мінерали: магнетит, пірит, марказит, циркон і ін.

Фракція 0,005 — 0,001 мм є проміжною, в ній містяться уламковий матеріал і продукти хімічного разпаду первинних гірських порід. Фракція меньше 0,001 мм зазвичай містить продукти хімічного вивітрювання — каолініт, монотерміт і інші гидроалюмосилікати. Її часто називають глинистою субстанцією.

Для виробництва шамотних вогнетривів доцільно використовувати високопластичні глини, представниками яких є глини Новорайського і Часов’ярського родовищ.

Глини Новорайського родовища відносяться за мінералогічним складом до монотермітокаолінітових, мають температуру спікання в інтервалі 1100º-1280ºС, вогнетривкість в інтервалі 1580º-1730ºС, пластичність по Аттербергу 6-28. Їх хімічний склад представлено: - 47,35-59,64%; + 24,64-38,01%; - 0,82 – 3,12%, - 0,95-2,53%; - 1,45-2,8% [3,5].

Глини Часов’ярського родовища вміщують в мінералогічному складі монотерміт, каолініт, кварц, мемоніт, рутил, турмалін. Ці глини характерізуються наступними властивостями: пластичність 6-28; температуру спікання в інтервалі 1100º-1350ºС, вогнетривкість в інтервалі 1580º-1730ºС. Вміст оксидів у хімічному складі цих глин: - 50-71%; + 15-35%; - 0,5 – 3,00%, - 1,00-2,5%; - 1,5-4,0% [3,5].

При збільшенні вмісту глинозему у вогнетривких глинах підвищується їх вогнетривкість. Глинозем в глинах міститься зв'язаним в каолініті, в інших гідроалюмосилікатах і інколи у вигляді гідратів глинозему.

Температура початку і закінчення спікання залежить не від вогнетривкості глин, а від їх хімічного і мінералогічного складів і дисперсності. У монотермітових глин температура спікання нижча, чим в каолінових; чисті каоліни зазвичай є трудноспікливими.