Строительные статьи

Силикатный кирпич объемного окрашивания с использованием природных красителей Карелии

Ные породы, образующиеся на гор - но-добываюших предприятиях Ка­релии, и технологические отходы Череповецкого металлургического комбината (ЧерМК). Отходы, на­капливающиеся в отвалах, не утили­зируются, нарушают экологию. Так, на Чупинской помол ьно-обога - тительной фабрике (ПОФ) горно - обогатительного комбината (ГОК) «Карелслюда» и месторождении Линнаваара (Питкярантский район) при добыче и рудоразборке остаются отходы микроклинового пегматита с характерным розовым цветом [1]. Известны месторождения (Медве -

Жегорский, Кондопожский районы) шун гитов — углесодержащей породы черного цвета [2]. В Карелии разве­даны месторождения природных минеральных красок, и некоторые из них разрабатываются предприя­тиями, изготовляющими пигменты. Красящие пигменты, получаемые на малом предприятии МП «Сиена» (г. Олонец), — это марс коричневый, умбра жженая, умбра темно-ко­ричневая, охра ярко-желтая Всего в республике более 30 проявлений минеральных красок.

Составы сырьевых материалов, использованных в качестве красите­лей, по содержанию лимитирующих компонентов, приведены втабл. I.

Для исследования использова­лись пигменты в виде тонкоиз - мельченного порошка с размером частиц 0,063 мм. Основным типом пигмента является умбра. Содер­жание пигмента в ней 35—55%. Пигменты приготовлены из при­родных сырьевых материалов мес­торождения Раудо-Суо Олонецкого района на малом предприятии М П «Сиена».

Природная минеральная краска охра, отобранная на месторождении Половинское Пряжнинского рай­она, готовилась в лабораторных условиях. Макроскопическое изу­чение пробы показало наличие по­сторонних примесей. Удаление их осуществлялось по схеме обогаще­ния, включающей дезинтеграцию для удаления растительных остат­ков, основную классификацию (от- мучивание) для сбрасывания круп­ных песков и последующего обо­гащения слива до крупности менее 0,1 мм, а после сушки проба измель­чалась до фракции 0,063 мм. Содер­жание оксидов железа в пробе 20%.

В качестве искусственных пиг­ментов применялись керамические краски Дулевского завода (Мос­ковской обл.) следующего состава, мае. %: коричневый № 62 (Сг203 — 6,5; Fe203 - 46,7; ZnO - 46,8), зе­леный № 5567 (Na-)Cr207 - 64,2; Si02 - 35,8), синий N° 685 (Сг2Оэ - 18; Со03 - 36; А1203 - 46).

Для получения цветного сили­катного кирпича использовали от­ходы производства микроклинового пегматита, так как характерной осо­бенностью микроклина является цвет, колеблющийся от темно-крас­ного до розового. При получении микроклинового концентрата для фарфоровой промышленности об­разуются отходы. Эти отходы при­менялись с целью получения си­ликатного кирпича розового цвета путем частичной замены песка в со­ставе известково-песчаной массы.

В состав производственной изве - стково-песчаной массы вводили же­лезосодержащую пыль, которая яв­ляется технологическими отходами Череповецкого металлургического комбината. Отходы представлены тонкоизмельченным порошком (раз­мер частиц не более 50 мкм) свеже- восстаноаленного железа.

Природные и искусственные красители были испытаны в соста­вах известково-песчаной массы, применяемой на Карельском про­изводственном объединении (ПО) «Керамик» лля изготовления сили­катного кирпича. Для получения силикатного кирпича широкой цве­товой гаммы применяли шихты, со­ставы которых приведены в табл. 2.

Из опытной массы готовились сначала образцы в виде цилиндров высотой 50 мм, а затем кирпичи с соблюдением технологии, приня­той на ПО «Керамик».

Образцы прессовались на гидрав­лическом прессе П-125, а кирпичи — на автомате-укладчике (Р=0,4 МПа). Рабочая алажностъ шихты состааляла 5,5—6%. Отформованные образцы проходили автоклавную обработку в производственных условиях при дав­лении 8 ат, температуре 200°С и вре­мени выдержки 8 ч. Цвет и качество изделий определялись визуально.

Физико-механические свойства изучались в соответствии с ГОСТ 8462—88 «Материалы стеновые», ГОСТ 2433—88 «Кирпич и камни си­ликатные», на приборе «Бетон 22» и ГОСТ 7025—78 «Материалы стено­вые и облицовочные».

Свойства силикатных кирпичей с использованием красителей при­ведены в табл. 3.

При полной или частичной заме­не кремнеземистого компонента в составе известково-песчаной массы на микроклиновый пегматит были получены образцы розового цвета (составы 1, 2, табл. 2). В результате добааления в производственную массу 20% микроклина от количест­ва песка получался образец бледно - розового цвета с розовыми вкрапле­ниями и блестками слюды на сколе.

Образцы, в которых песок заме­нен на микроклин, имеют розовый цвет. Размер зерен микроклина в массе в пределах 0—10 мм. Образцы отличаются высокой прочностью. Механическая прочность при изги­бе сырца — 0,81—0,87 МПа, кирпича — 29.6—31,4 МПа. Высокая проч­ность, по-видимому, связана с ра­циональным зерновым составом шихты. Морозостойкость образцов соответствует марке Мрз35, водо­поглошение в пределах 11.2—12,5% (табл. 3). Силикатный кирпич розо­вого цвета был получен также вве­дением в шихту озерного песка.

Изучение влияния природных пигментов МП «Сиена» и пробы ох­ры на свойства и качество окраски силикатных изделий показало, что после автоклавной обработки на поверхности образуются бурые пят­на, нет равномерного объемного окрашивания. Появление бурых пятен, вероятно, связано с наличи­ем гидроксоионов железа FefOH^ которые образуются благодаря гид­ролизу и окрашены в желто-бурый цвет. Пигменты и охру подвергали прокаливанию при 600—800°С.

При прокаливании гиароксид железа, теряя воду, переходит в ок­сид железа (Ре2Оз). Оксид железа применяется как коричневая краска (3(. Прокаливание пигментов и ох­ры способствовало равномерному объемному окрашиванию силикат­ного кирпича в коричневый цвет.

Силикатный кирпич коричневых оттенков от светлого до темного был получен в результате использования железосодержащей пыли металлурги­ческого производства ЧерМК. Как показали исследования, введение же­лезосодержащей пыли в количестве 5—10% от состава производственной известково-песчаной массы способ­ствует равномерному объемному ок­рашиванию образцов. При испыта­нии образцов коричневого цвета уста - ноалено, что прочность при сжатии изменяется в пределах 15—20 МПа, морозостойкость этих образцов (со­ставы 3—5) более 25 циклов попере­менного замораживания и оттаива­ния. водопоглошение 12%. Причем после испытания на морозостойкость цвет образцов не изменяется.

Технологические испытания из­вестково-песчаной массы с добавле­нием пигментов Дулевского завода в количестве от 1 до 8% показали, что после автоклавной обработки форма образцов не изменяется, а цвет сохра­нился только у образцов с зеленым пигментом № 567. Использование оксида хрома 1—2% в составе извест­ково-песчаной массы (состав 6. табл. 2) обеспечивает объемное окра­шивание силикатного кирпича в зе­леный цвет. При этом прочность при сжатии сыриа равна 0,7—0.82 МПа и прочность кирпича после автоклав­ной обработки 15—18 МПа такая же, как и у^ производственных изделий без добааления пигмента и удовле­творяет требованиям ГОСтов.

Из разработанных составов масс были изготоалены силикатные кир­пичи в производственных условиях. После автоклавной обработки цвет и форма их не изменились. Раз­работанные составы масс можно рекомендовать для производства цветного силикатного кирпича на Карельском ПО «Керамик».

Цветные силикатные кирпичи на основе природных минеральных кра­сок, цветных горных пород могут ши­роко использоваться для отделки и украшения зданий в строительстве.

Список литературы

1. Пекки А. С., Разоренова В. И. Мес­торождения полевошпатового сы­рья Карелии. Л.: Наука. 1977.152 с.

2. Шуигитовые породы Карелии. Петрозаводск. 19&2. 182 с.

3. Мчедлов-Петросян О. П. Химия неорганических строительных материалов. М.: Стройиздат. 1988. 303 с.

В связи со структурной пере­стройкой промышленности строи­тельных материалов и наметившим­ся ростом капитального строитель­ства в последние годы возрастают потребности в глинистом сырье для производства облицовочных кера­мических изделий. Реконструиру­ются старые и вводятся новые мощ­ности по выпуску облицовочных керамических плиток, лицевого кирпича, черепицы. Керамические заводы в качестве основного компо­нента используют тугоплавкие као­линовые глины. В особенности вы­сока потребность в светложгущихся разновидностях.

В пределах Центрально-Черно­земного экономического региона, на балансе числится четыре место­рождения тугоплавких глин: «Боль­шая Карповка» (Курская обл.), « Крас ноя ружское» (Белгороде кая обл.), «Лукошкинское» и «Чибисов - ское» (Липецкая обл.). Разработка глин ведется лишь на Лукошки н - ском месторождении.

Введение в эксплуатацию место­рождений «Большая Карповка», «Краснояружское» и «Чибисовское» затруднено из-за сложных горно-тех­нических условий, изменчивости качественных показателей глин, в связи с отсутствием инвестиций.

Динамика объемов добычи туго­плавких глин неуклонно растет. Так, объем добычи на Лукошки н - ском месторождении в 1996 г. со­ставлял 108 тыс. т, в 1997 г. — 200 тыс. т, в 1998 г. - 250 тыс. г, в 1999 г. - 280 тыс. т, в 2000 г. - до 300 тыс. т.

На территории Центрального района действует 17 заводов и цехов по производству строительной кера­мики, на территории Центрально- Черноземного района — четыре предприятия, производящих кера­мические изделия. В то же время слабо развито производство свет - ложгушегося лицевого кирпича, ке­рамических блоков и черепицы.

Большинство предприятий стро­ительной керамики использует ту­гоплавкие и огнеупорные глины, ввозимые с Уральского, Кавказско­го и Северо-Западного районов России (Берлинское, Владимир­ское, Печорское месторождения), и в малых объемах с Украины.

В 1997-2000 гг. АООТ «Воро­нежское рудоуправление» проводи­ло геологоразведочные работы на юге Воронежской области.

Результатом этих работ стало выявление в палеогеновых отложе­ниях пластичных глин, которые были исследованы в лабораториях АООТ «Воронежское рудоуправле­ние», ГГП «Воронежгеология», ОАО «НИИстроймаш керамика».

Геологическое строение

В геологическом строении мес­торождения принимают участие па­леоген-неогеновые отложения пол­тавской свиты, развитые повсемест­но на юге Воронежской области на отметках выше 180 м.

Снизу вверх на отложениях харьковской свиты залегают пески кварцевые, s основании с неболь­шим количеством глауконита, слю­дистые с многочисленными про­слоями тонкослоистых глин (мощ­ность 6—8 м).

На глинистых песках залегают глины тонкоотмученные тонкосло­истые, в основании пласта глины ча­сто с небольшими лимонитовыми конкрециями, запесоченные, кон­такте песками резкий. Глины серые, тонкослоистые некарбонатные — 0,7—1,5 м. Глины желтые, неясносло - истые, контакт с серыми глинами резкий, однако среди желтых глин отмечаются линзы серых глин.

В верхней части желтых глин час­то отмечается обохренность, а в райо­не месторождения Журавка содержа­ние железа в глинах повышается с 6 до 15% и глины превращаются в ох­ры. Мощность желтых глин 1—3 м. Общая мощность глин 1,8 -4,5 м.

На желтых глинах залегают пест - роокрашенные пески, окраска вы­звана гидроокислами железа. Одна­ко в районе с. Жилино пески окра­шены в лиловый цвет (вероятно, за счет окислов марганца), местами среди песков отмечаются линзы рыхлых ожелезненных песчаников (район с. Кривоносово).

Грансостав надглиняных песков изменчив. Подглиняные пески, ве­роятно, морского генезиса, над гли­няные — явно континентальные (речные).

Местами среди песков, особен­но на Кривоносовском участке, от­мечаются линзы и неправильной формы тела красноцветных песча­ников. Отмечается чередование крепких и слабых песчаников, за счет этого при выветривании обра­зуются плитчатые отдельности.

Мощность песчаников колеб­лется от 20 см до II м. Общая мощ­ность песков более 16 м, полтавских отложений более 30 м.

Отложения полтавской свиты по­всеместно перекрываются четвертич­ными суглинками, разрез которых начинается со слоистых плойчатых песчано-глинистых пород, напоми­нающих ленточные глины. Слоис­тость подчеркивается чередованием шоколадных, темно-коричневых, светло-серых слойков мощностью от I до 5 мм, мощность слоистых глин 1,5—2 м. На слоистых глинах залегают массивные коричневые однородные слабокарбонатные суглинки мощно­стью более 20 м.

Качественная характеристика глин

Химический и минералоги­ческий состав глин в пределах изученных участков довольно ус­тойчивый. Отмечаются колебания содержаний элементов лишь в се­рых и желтых глинах.

По химическому составу глины относятся к полукислым (табл. 1).

Минералогический состав глин изучался в лаборатории В ГУ. Вы­полнено более 40 рентгеноструктур - ных анализов. По минералогическо­му составу глины относятся к поли - минеральиым (табл. 2). Цвет глин определяется их составом.

Монтмориллонит относится к кальций-магниевой разновидности, при этом в серых глинах монтмо­риллонит более шелочной (сумма Na+ + К+ составляет 4,53 мг/экв в се­рых глинах и 3,17 мг/экв в желтых).

Несмотря на значительное преоб­ладание монтмориллонита в серых глинах, сумма обменных катионов в обоих разновидностях глин пример­но одинаковая. Состав обменных ка­тионов приведен в табл. 3.

Физико-химические исследова­ния глин проводились вГГП «Воро - нежгеология», в ОАО «НИИстрой - маш керамика».

По гранулометрическому соста­ву глины относятся к среднедис - персным, по пластичности — к сред непластичным, по огнеупорно­сти — к тугоплавким.

Глины обладают слабощелочной реакцией (рН более 8), содержание водорастворимых хлоридов и суль­фатов невысокое.

Повышенная шелочность жел­той глины связана, вероятно, с по­вышенным содержанием ионов К+, хотя в целом содержание гилро- ксильных ионов ОН невысокое.

Глины практически не содержат гумусовых включений, по результа­там анализов обнаружены лишь следы.

Технологические свойства глин

При разработке составов масс ис­ходили из комплекса физико-техно­логических свойств глин, а также тре­бований к качеству готовых изделий, определяемых ГОСТ 6141 -91 «Плит­ки керамические глазурованные для внутренней облицовки стен».

Основной составляющей массы являлась глина. В качестве коррек­тирующих добавок использовался нефелиновый концентрат (для регу­лировки спекаемости). доломит или мел (для регулировки влажностного расширения), кварцевый песок (для регулировки термического коэффи­циента литейного расширения и термической стойкости глазури).

Результаты обжига без корректи­рующих добавок приведены в табл. 4.

Данные таблицы показывают, что при обжиге на температуру 1000°С обе разновидности глины обеспечи­вают водопоглошение менее 16% и усадку менее 2,5% при незначитель­ной деформации. При повышении температуры усадка увеличивается, водопоглошение уменьшается.

Для испытаний составляли ших­ты (%): глина — 55; песок кварцевый — 19; доломит — 7; нефелиновый кон­центрат — 14; бой изделий — 5.

Массы готовили шликерным способом при совместном помоле

Политой обжиг производили при максимальной температуре 1070°С, длительностью 50 мин. Результаты исследований приведены втабл. 5.

Вышеприведенные данные пока­зывают, что из россошанских глин можно изготовлять облицовочную плитку, соответствующую ГОСТу.

Была исследована возможность изготовления из россошанской гли­ны плитки для полов.

Полученные данные свидетельст­вуют о том, что из этих глин можно производить плитки для полов, соот­ветствующие требованиям ГОСТа 6787—80 «Плитки керамические для полов» по всем показателям.

Незначительное водопоглоще - ние плиток из желтых 1лин показы­вает, что из нее можно получать плитки типа «гранит».

Испытания россошанских глин в составах масс для производства керамического кирпича выявили возможность получения лицевого кирпича марки 200 по ГОСТ 7484—78 «Кирпич и камни кера­мические лицевые». Опыты прово­дились как на чистых глинах, так и на шихтовых массах из глины и шамота. Обжиг изделий прово­дился при 1000-1070°С, длитель­ностью 28 ч.

Результаты технологических ис­пытаний приведены в табл. 6.

Таким образом, в Воронежской области выявлено новое крупное ме­сторождение керамических глин с запасом более 100 млн т, пригодных для производства облицовочной и напольной плитки и светлого лице­вого кирпича.