Производство керамических глазурей с использованием вторичного сырья
Автор: А.Ю. Шевченко, Е.В. Оберемок
Источник: Збірка доповідей VII міжнародна наукова конференція аспірантів і студентів "Охорона навколишнього середовища та раціональне використання природних ресурсів".
Изложение основного материала.
Рациональное использование природных ресурсов приобретает все большую актуальность, поскольку оно коренным образом связано с развитием промышленности и сохранением среды обитания человека. Вторгаясь с помощью современной техники в природные процессы, человек нарушает закономерности их протекания и своей деятельностью вызывает нежелательные для него же самого изменения в биосфере.
Из 120 млрд. т вещества, вовлекаемого в производство и потребление, 94% вещества поступает в окружающую природную среду в виде отвалов, так называемых вскрышных пород, отходов и попутных продуктов горно-обогатительных комбинатов, отсевов камнедробления и т.д. Ежегодно в Украине образуется до 3 млрд. т вскрышных пород, представляющих собой неисчерпаемые запасы ценнейшего сырья для промышленности строительных материалов, однако пока находят применение не более 6-7 %.
Промышленность строительных материалов относится к наиболее материало- и энергоемким отраслям народного хозяйства. В то же время она способна широко и эффективно использовать многочисленные и многотоннажные отходы и перерабатывать их до продуктов, которые можно применять в других отраслях промышленности.
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 циркониевых руд. Нефелин находится в отвале в очень больших количествах – несколько миллион тонн. По минералогическому и химическому составам данный отход весьма близок к глинистому сырью, представляет собой один из наиболее дешевых компонентов керамических масс. Не смотря на все эти качества, в настоящее время нефелин не находит широкого применения.
Нефелин – минерал семейства фельдшпатидов из группы каркасных силикатов с химической формулой КNa3[AlSiO4]4. 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. По своему составу и свойствам нефелиновый отход может быть использован как один из компонентов керамической глазури.
Глазурь представляет собой тонкий слой стекловидного покрытия, наносимый на поверхность керамических изделий с последующим обжигом, значительно улучшающий физико-химические свойства и декоративные качества готового изделия. Гладкая поверхность глазури способствует увеличению механической прочности, химической стойкости, долговечности, гигиеничности керамического изделия и повышает его эксплуатационные свойства.
По способу приготовления глазури делят на сырые и фриттованные.
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.
Для изучения возможности получения сырой глазури исследованы следующие составы:
1. 40% нефелин, 40%стекло, 20% каолин полукислый;
40% нефелин, 50%стекло, 10% каолин полукислый;
40% нефелин, 55%стекло, 5% каолин полукислый;
2. 40% нефелин, 40%щелочесодержащий отход, 20% каолин полукислый;
40% нефелин, 50% щелочесодержащий отход, 10% каолин полукислый;
40% нефелин, 55% щелочесодержащий отход, 5% каолин полукислый;
50% нефелин, 30%щелочесодержащий отход, 20% каолин полукислый;
30% нефелин, 50% щелочесодержащий отход, 20% каолин полукислый;
3. 40% нефелин, 40%борная кислота, 20% каолин полукислый;
40% нефелин, 50% борная кислота, 10% каолин полукислый;
40% нефелин, 55% борная кислота, 5% каолин полукислый;
4. 40% нефелин, 40%силикатная глыба, 20% каолин полукислый;
40% нефелин, 50% силикатная глыба, 10% каолин полукислый;
40% нефелин, 55% силикатная глыба, 5% каолин полукислый;
5. 40% нефелин, 40% сода, 20% каолин полукислый;
40% нефелин, 50% сода, 10% каолин полукислый;
40% нефелин, 55% сода, 5% каолин полукислый;
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.
Вывод
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.
Исследование необходимо продолжить для корректировки составов глазурей, обеспечивающих получение необходимого соотношения ЛКТР черепка и покрытия, и для подбора пигментов с целью окрашивания глазурного слоя.