Рисунок 1.-Приготовление глазури
(кадров 129, количество повторений 4, сделано в Ulead Gif Animator )

Из отраслей-потребителей промышленных отходов наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, экономия капитальных вложений достигает 35..50% [1].

Проблема использования многотоннажных отходов промышленности в народном хозяйстве становится все более острой при интенсивном наращивании мощностей горнодобывающих предприятий. В настоящее время объем вскрышных и попутно добывающих пород превышает 3млрд.м³, около 1 млрд.м³ составляют объемы отходов обогащения. Более 60% вскрышных отходов пород и отходов обогащения пригодно для производства строительных материалов.

Многообразие состава и свойства вскрышных и попутно добываемых пород определяет широту диапазона утилизации их в различных отраслях промышленности строительных материалов. Вскрышные породы многих месторождений являются качественным сырьем для получения обширного перечня строительных материалов: силикатного и керамического кирпича, керамики, стекла и т.д [2].

Целью данной работы является исследование возможности использования побочных продуктов, образовавшихся при получении некоторых материалов из природного сырья и других отходов для производства керамических глазурей.

Основным объектом исследования является нефелиновый сиенит – хвосты обогащения циркониевого концентрата, который находится на территории Донецкого химико-металлургического завода в поселке Донское Волновахского района. Нефелиновый сиенит является побочным продуктом, образовавшимся в результате добычи и мокрого обогащения цирконовых руд. Нефелин находится в отвале в очень больших количествах – несколько миллион тонн.

Задачи:

1. - разработать составы керамических глазурей;
2. - выбрать оптимальную температуру обжига;
3. - получение необходимого соотношения ЛКТР черепка и покрытия;
4. утилизация техногенных отходов.
5. - подбор пигментов с целью окрашивания глазурного слоя;
6. - утилизация техногенных отходов.
7. - на основе полученных результатов сделать вывод о возможности использования техногенных отходов в качестве одного из главных компонентов для получения керамических глазурей;

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Характеристика сырьевых материалов

Нефелинсодержащее сырье - это щелочные алюмосиликаты (фельдшпатоиды), основными из которых являются нефелин, полевые шпаты и цветные минералы. Химический состав изученного нефелинсодержащего отхода характеризуется следующим содержанием компонентов (% мас.): SiO₂ – 39.3; Al₂O₃ – 32.87; Na₂O – 16.3; K₂O – 5.93; CaO – 1.53; Fe₂O₃ – 1.01; MgO – 0.61; TiO₂ – 0.28; ZrO₂ – 0.1; п.п.п. – 2.04.

Хотя нефелин относится к тугоплавким минералам, он образует легкоплавкие эвтектики с кварцем, полевыми шпатами, мелилитом, пироксенами. Это и послужило основанием для использования нефелина в качестве компонента в керамических глазурях [3].

Развитие производства различного вида глазурованных изделий требует создания разнообразных по составу и свойствам глазурей. Теоретические исследования относятся к глазурным стеклам на основе чистых оксидов. Вместе с тем глазури на основе минерального сырья по своим свойствам значительно отличаются от идентичных глазурей из чистых оксидов. Отход обогащения цирконовых руд характеризуются высоким содержанием оксидов щелочных металлов, глинозема, а также наличием красящих оксидов железа и титана. Введение их в состав глазурей позволяет снизить температуру плавления, повысить термостойкость, увеличить блеск и другие показатели [2].

Глазурь представляет собой тонкий слой стекловидного покрытия, наносимый на поверхность керамических изделий с последующим обжигом

Назначение глазурей – прикрыть пористый черепок изделий плотным и гладким слоем, придать изделиям с плотным черепком повышенную механическую прочность и хороший внешний вид, повысить химическую устойчивость, гарантировать электрические свойства, защитить внутри- и подглазурный декор от механического и химического воздействия, служить декоративным элементом, а также подложкой для над- и внутриглазурного декора [3].

В керамическом производстве известно огромное число разнообразных глазурей. Глазури можно классифицировать по назначению, способу приготовления, микроструктуре и по составу.

В первом случае глазури подразделяются на три типа: для фарфора, фаянса и майолики. По способу приготовления глазури разделяются на сырые и фриттованные. По микроструктуре глазури различают блестящие и матовые, прозрачные и глухие.

Подбор глазури к керамической основе следует проводить с учетом ТКЛР и температуры плавления. Следует также учитывать данные о вязкости, смачиваемости, поверхностном натяжении, а также о развитии в глазури газовой фазы в зависимости от повышения температуря.

Глазурь, хорошо подобранная к керамике, значительно повышает ее механическую прочность. Большое влияние на прочность глазури оказывает обжиг. При неправильном обжиге глазурованного изделия может появиться цек.

Для получения цветовой гаммы лицевой поверхности изделия в глазури вводят специальные добавки-красители [4].

Все сырьевые материалы, применяемые для производства глазурей, делят на две основные группы: главные, служащие для создания стеклообразной основы глазури, и вспомогательные, служащие для окраски или для глушения глазури.

К группе главных сырьевых материалов относятся: глина, песок, полевые шпаты и их породы, каолины и т.д.

Для образования с другими компонентами массы легкоплавких эвтектик используют плавни – материалы с относительно невысокой температурой плавления. В качестве плавней могут выступать полевые шпаты, пегматиты, перлит, нефелиновый сиенит, стеклобой, сода и т.д.

В качестве других компонентов глазури в данной работе были использованы щелочесодержащий отход Константиновского химического завода следующего химического состава (% мас.): CaO – 64.63; BaO – 22; SrO₃ – 11.23; SO₃ – 2.03; п.п.п. – 0,11; бой стекла бутылочного; полукислый каолин месторождения «Белая балка», который накоплен в отвалах в качестве вскрышных пород следующего состава (% масс.): SiO₂ – 61; Al₂O₃ – 23,5; Na₂O – 0,45; K₂O – 2,35; CaO – 0,4; Fe₂O₃ – 1,1; MgO – 0,6; TiO₂ – 1,5; п.п.п. – 9,1.

Для изучения возможности получения сырой глазури исследованы приведенные в таблице составы [5].

Таблица - Шихтовые составы экспериментальных глазурей

2.2 Методика приготовления глазури

Для приготовления шихты все исходные компоненты взвешивали на аналитических весах, измельчали до прохождения через сито 02, смешивали в соотношении, которое соответствует составу глазури и затворяли дистиллированной водой. Затем массу тщательно перемешивали, готовили водную суспензию в виде шликера и наносили на предварительно смоченную керамическую обожженную неглазурованную плитку и обжигали при температуре 1000 и 1100°С.

При данных температурах обжига полученный продукт был хорошо спекшийся, но не до его остекловывания.

ВЫВОДЫ

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы. Изученные отходы могут быть использованы как основные компоненты керамической глазури. Оптимальной температурой для политого обжига является 1100°С, т.к. при этом образуется прозрачное стекловидное покрытие на поверхности образцов.

В дальнейших исследованиях планируется подбор пигментов и красящих веществ для придания полученным глазурям определенной окраски. Также определить блеск, белизну, ЛТКР глазури и черепка, химическую стойкость.

ЛИТЕРАТУРА

1. "Использование вторичного сырья в производстве строительных материалов” http://etelien.ru/Collection/43/43_00005.htm
2. “Использование горнорудного сырья для производства керамических материалов” http://www.kolasc.net.ru/russian/innovac.ksc/3.30.pd
3. “Производство керамических глазурей на основе вторичного сырья.” А.Ю.Шевченко, Е.В. Оберемок, VI Міжнародна наукова-практична конференція “Екологічні проблеми техногенно навантажених регіонів” ( "Науковий вісник НГУ" №5 за 20008 р.).
4. Канаев В.К. Новая технология строительной керамики. – М.:Стройиздат, 1990. – 264 с.
5. “Производство керамических глазурей с использованием вторичного сырья.” А.Ю.Шевченко, Е.В. Оберемок, VII Міжнародна наукова конференція аспірантів та студентів “Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів” ( Збірник доповідей, ДонНТУ 2008 р.).