О М Толкач - Визначення основних критеріїв якості пірофілітових сланців - страница 1

Страницы:
1  2 

ВІСНИК ЖДТУ № 2 (57)

Технічні науки

УДК 622.1:55

О.М. Толкач, аспір. Р.В. Соболевський, к.т.н., доц. С.С. Іськов, к.т.н., доц.

Житомирський державний технологічний університет

ВИЗНАЧЕННЯ ОСНОВНИХ КРИТЕРІЇВ ЯКОСТІ ПІРОФІЛІТОВИХ СЛАНЦІВ

Досліджено можливі напрямки використання пірофілітових сланців та проаналізовано основні вимоги до якості сировини за напрямками використання. Проведено кореляційний аналіз основних хімічних показників якості пірофілітів та визначено основні критерії геометризації Кур'янівського родовища пірофілітів.

Вступ. Надра України багаті різноманітними видами корисних копалин. Ступінь їх вивченості й освоєння далеко нерівнозначний і недостатній. Поряд із традиційними корисними копалинами, що давно розробляються - нафта, газ, вугілля, залізні й марганцеві руди, нікель, титан, численні й великі родовища неметалів (гірничо-хімічна сировина, графіт, вогнетривкі глини, будівельні та облицювальні камені), великий інтерес представляють собою пірофілітові сланці. Родовище цієї унікальної сировини розміщене на крайньому північному заході Українського кристалічного щита. Розробка найбільшого в СНД Кур'янівського родовища пірофілітів, у зв'язку із недостатнім ступенем його вивченості, велася переважно з метою отримання сировини для виготовлення газових, маякових та сажових пальників. Такий вузький підхід до використання пірофілітової сировини привів до того, що з появою нових керамічних матеріалів перспективність цієї сировини значно знизилась, що і стало одним із факторів призупинення видобування пірофіліту на території України на початку 90-х років. Відповідно, комплексне освоєння родовища і до цього часу відсутнє.

Для комплексного освоєння Кур'янівського родовища пірофілітових сланців необхідно провести гірничо-геометричний аналіз покладу на основі геометризації. Тому актуальним науково-практичним завданням є визначення основних критеріїв геометризації покладу пірофілітових сланців, на основі дослідження усіх можливих напрямків використання і систематизації вимог до якості сировини.

Аналіз останніх досліджень та публікацій. Дослідженням властивостей пірофілітової сировини присв'ячені роботи В.В. Зайкова [1], Г.Б. Таубіна [2], Л.В. Омініна [3], Л.П. Владимирова [4], С.Г. Тресвятського [5], В.А. Перепеліцина [6] та багатьох інших вчених. У більшості праць розглянута можливість використання пірофіліту як вогнетриву, для виготовлення електротехнічного фарфору, як теплоізоляційного матеріалу і наповнювачів для виробництва фарб, пластмас, гуми, інсектицидів та інших виробів (рис. 1). Основними напрямками використання пірофілітової сировини в більшості джерел вважається виготовлення керамічних, вогнетривких виробів, а також як покриттів та наповнювачів. Аналіз досліджень, які виконували вчені, що займались вивченням пірофілітової сировини дозволив виявити, що основним критерієм якості сировини є співвідношення між породоутворюючими мінералами. Не дивлячись на це, до цих пір відсутня чітка систематизація вимог до якості пірофілітових сланців.

Викладення основного матеріалу. Широкий асортимент продукції, що може випускатись з пірофіліту зумовлює широку диференціацію вимог до якості сировини. Зваживши на те, що пірофіліт -це унікальний за своїми фізико-хімічними властивостями мінерал (табл. 1), який має високу температуру плавлення (1740 °С), хімічну стійкість, низьке термічне розширення, тепло- та електропровідність, високі діелектричні властивості та може утримувати на своїй поверхні активні хімічні речовини, вимоги повинні бути спрямовані на збереження тієї або іншої унікальної властивості сировини залежно від напрямку використання.

Вимоги до якості будь-якої сировини, залежно від напрямку використання, регламентуються розробленими технічними вимогами між постачальником та споживачем. Державних стандартів та технічних вимог на пірофілітову сировину і готову продукцію з нього немає, тому при оцінці якості пірофілітової сировини можна користуватися вимогами діючих стандартів та технічних вимог на тальк

[7].

ПІРОФІЛІТ

Ґ

КЕРАМІКА:

ВОГНЕТРИВИ:

ПОКРИТТЯ: Y НАПОВНЮВАЧІ:

- ізолятори струму;

- керамічна плитка;

- санітарна плитка;

- посуд (побутовий, лабораторний);

- форсунки;

- радіодеталі (керамічні касети);

- кислотостійка кераміка;

- електротехнічний фарфор;

- вироби підвищеної вогнетривкості (цегла, плитка);

- вогнетривкий цемент та бетон;

- футерувальні матеріали (для футеровки сталерозливних ковшів);

- прокладки для нагрівальних елементів електричних пічок.

- традиційні фарби (емалі, грунтівки);

- вогнетривкі та антикорозійні фарби;

- електроізолятори;

- покрівельне покриття;

- пудра;

- обсипання пудрою гранул мінеральних добрив та гранул вибухових речовин;

- обсипання та поліровка цукерок пудрою.

- кабельна гума;

- композиційні матеріали;

- скловолокняні матеріали;

- хімічно стійкі речовини;

- керамічні і вогнетривкі маси;

- алмазні коронки (входить в зв'язку);

- мастила;

- папери (традиційні, електроізоляційні);

- пасти (гігієнічні, технічні);

- порошки для гасіння пожеж.

- лампові патрони;

- наконечники для пальників;

Рис. 1. Основні напрямки використання пірофіліту

Адже більшість фізико-хімічних властивостей пірофіліту та його найближчого кристалохімічного аналога - тальку, ідентичні, про що свідчить порівняльний аналіз властивостей наведений в таблиці 1 [8].

Таблиця 1

Склад, основні властивості та діагностичні ознаки мінералів пірофіліту та тальку

Фізико-хімічна властивість

Пірофіліт

Тальк

1

2

3

Формула

Al2[Si4O10]'[OH]2 або Al2O3'4SiO2-H2O

Mg3[Si4Ow]'[OH]2 або 3MgO-4SiO2-H2O

Хімічний склад

AI2O3 - 28,3 %, SiO2 - 66,7 %, H2O - 5,0 %

MgO - 31,74 %, SiO2 - 63,5 %, H2O - 4,8 %

Ізоморфне заміщення та

Al2O3 ізоморфно заміщується MgO (до 9 %), FeO (до 5 %), в невеликих кількостях домішки Fe2O3,

MgO ізоморфно заміщується FeO (до 2-5 %), іноді NiO (десяті частки відсотка) і

домішки

CaO, TiO2, Na2O, K2O

часто присутні Al2O3 (до 2%), незначні домішки CrO3, Fe2O3, CaO, CO2, Na2O, K2O

Сингонія

Моноклінна

Форма кристалів

Пластинчастий, таблитчастий, лускуватий, однак кристалів, придатних для кристалографічних вимірювань, не зустрічається

Лускуватий, таблитчастий, гексагональної та ромбічної форми. Якщо заміщує азбест, актиноліт і тремоліт - волокняний

Умови утворення (генезис)

Вторинний, в результаті гідротермальних змін кислих ефузивів

Вторинний, рідко первинний

Спайність

Досконала по (001)

Злам

Нерівний

Колір

Білий із жовтуватим або зеленуватим відтінком

Яблучно-біло-зелений, іноді білий із жовтуватим або зеленуватим відтінком

Блиск

Скляний, в агрегатах із перламутровим відтінком

Скляний

Прозорість

Напівпрозорий в тонких пластинках

В тонких пластинках - від повної прозорості до просвічуваності

Показники заломлення

Ng = 1,600, Nm = 1,588, Np = 1,552

Ng = 1,575-1,590, Np = 1,538-1,545

Температурний коефіцієнт лінійного розширення, 10-6 град-1

6,0

7,5

Твердість

1 за шкалою Мооса, пластинки дуже гнучкі; після температурної обробки зростає до 7

1 за шкалою Мооса, дряпається нігтем, пластинки дуже гнучкі, після нагрівання зростає до 7,5

Жирність

На дотик жирнуватий

На дотик жирний

Змочуваність водою

Гідрофобний

Густина, г/см3

2,66-2,90

2,7-2,8

Закінчення табл. 1

1

2

3

Уявна густина після температурної обробки (1400 °С), г/см3

1,6-1,9

2,25

Електропровідність

Низька

Теплопровідність

Низька

Теплоємкість, кал/г

0,20

0,217

Вогнетривкість, °С

1650-1700

1500

Поводження перед паяльною трубкою

Розщеплюється на окремі тонкі листочки

Яскраво світиться, твердіє, біліє і розщеплюється

Температура дегідратації, °С

700-900

800-1000

Температура руйнування кристалічної гратки,°С

1150

-

Температура плавлення, °С

1740

1530

ВІСНИК ЖДТУ № 2 (57)

Технічні науки

Кислотостійкість

В H2SO4 розчиняється при сильному нагріванні, з

Висока, цілком розчиняється тільки в HF

 

HCl та HNO3 не реагує

 

Лугостійкість

Висока

Із аналізу напрямків використання пірофілітів (рис. 1) у світі найбільший інтерес викликає дослідження пірофілітової сировини ("росекі") Японії, США, Австралії, Китаю, де вже впродовж декількох десятиліть сланець використовують при виробництві виробів зі скла та кераміки (включаючи і вогнетриви), наповнювачів при виготовленні паперу, фарб, картону, пластмас, гуми, інсектицидів та іншої подібної продукції. Пріоритетними напрямками використання пірофілітів у США є: виробництво кераміки - 34 %, паперу - 23 %, фарби та лаків - 19 %, гуми - 10 %, пластмаси - 8 %; решта - для інсектицидів та вогнетривів.

Цікавим є використання пірофіліту як вогнетривів. Під час температурної обробки пірофіліту швидкість нагрівання на певних ділянках кривої помітно змінюється (рис. 2) [9]. Пов'язано це з деякими змінами (перетвореннями), що супроводжуються термічними ефектами поглинання і виділення тепла.

1400 -

Час (в хвилинах)

Рис. 2. Ендотермічний (1-2) та екзотермічний (3-4) ефекти пірофіліту

Процес високотемпературних перетворень пірофіліту супроводжується декількома фазами. В першій фазі здійснюється виділення адсорбційної води (при температурі 200 °С). Друга фаза характерна виділенням конституційної води (при температурі 550-900 °С) і утворенням метапірофіліту Al2O3«4SiO2. В ній відбувається ендотермічний ефект (ділянка 1-2), що характеризується активним поглинанням тепла. Третя - фаза утворення муліту при температурі 950 °С, в якій відбувається екзотермічний ефект (ділянка 3-4), що характеризується активним виділенням тепла. Четверта - фаза утворення кристобаліту, що належить до повторного прояву екзотермічного ефекту (при температурі 1120 °С).

Загальна послідовність фазових перетворень пірофіліту при нагріванні виглядає таким чином:

Al2O3«4SiO2«H2O    f=9°° °C > Al2O3«4SiO2    f=950~n20°C > 3Al2O3«2SiO2 + 4SiO2.

Муліт і кристобаліт є вогнетривкими сполуками, які сприяють високій вогнетривкості та механічній міцності пірофіліту після температурної обробки. Властивість внутрішньокристалічних перетворень пірофіліту при помірних температурах (1300-1400 °С) зі значним підвищенням твердості (до 7 за шкалою Мооса) і механічної міцності (до 210 МПа) визначає перспективний напрямок використання цієї сировини в різних галузях. Це дасть можливість легко оброблювати, вирізаючи складнопрофільні фігури і деталі, природний пірофіліт і отримувати після температурної обробки вироби із покращеними міцністними властивостями.

Пірофілітовий сланець, як сировинна основа виробництва вогнетривких та керамічних виробів, має деякі особливості хімічного складу його складових. Перш за все, до них належить вміст фарбуючих та легкоплавких оксидів, а також сірки. Шкідливими домішками в пірофілітовій сировині є оксиди заліза, титану, магнію, кальцію. Для вогнетривкої та керамічної промисловостей сума фарбуючих оксидів (Fe2O3+FeO+TiO2) не повинна перевищувати 2,5 %. Як фарфоровий камінь можна використовувати пірофілітові породи з вмістом цих компонентів не більше 0,7 %, за умови, що вміст лугів не має перевищувати 1 %. Важливими технологічними властивостями мінеральної сировини для виробництва керамічних вогнетривких та інших виробів є здатність сировини до розламування, текучість отриманогопорошку, його здатність до пресування, формування та випікання (в процесі температурної обробки).

В даній роботі були проведені дослідження можливих напрямків використання та аналіз цілого ряду вимог до якості талькової сировини - аналога пірофілітових сланців [10-16]. В результаті було систематизовано критерії якості пірофілітової сировини, що подано в таблиці 2.

Таблиця 2

Основні вимоги до якості пірофілітових сланців за напрямками використання

 

Показник

 

 

 

 

 

Допустимий вміст, %

 

 

 

 

 

 

Вогнетривкість,

° С

 

Напрямок використання

б

б,

О

+

б

Рн

О

+ О

О

о

б

MgO

MnO

б

о ю

а

 

о

(/3

Вологість, %

ВПГ, %

Білизна, %

 

Водопоглинання,

Виробництво гумових виробів

0,9

0,5

5,0

Кабельна промисловість

0,5

0,01

0,01

0,01

0,003

7,0

Виробництво пестицидів

1,0

8,0

Антипригарне покриття

5,0

0,5

2,0

8,0

Наповнювач для вогнетривів

>65

>28

0,9

1,2

0,4

0,5

7,0

>8,0

Хімічна промисловість

>36

1,2

0,8

2,0

Традиційні керамічні вироби

5,0

0,5

1,0

6,0

Кислототривка кераміка

>30

1,0

1,0

5,0

Теплоізоляційний матеріал

78,0

30,0

1,0

1,0

0,2

0,2

1,0

8,0

Маякові та сажові пальники

74,0

40,0

2,0

2,5

0,2

0,3

1,0

8,0

1550

Ливарне виробництво

72,0

20,0

0,7

0,3

0,7

0,8

1,0

5,5

1630

Харчова промисловість

1,5

0,00014

0,5

7,0

>80

Керамічна промисловість

78,0

30,0

1,0

1,0

0,2

0,2

0,4

1,0

8,0

Парфумерна промисловість

0,00014

1,0

>80

Виробництво паперу(картону)

12

>87

Папір електроізоляційний

0,5

0,003

0,003

Страницы:
1  2 


Похожие статьи

О М Толкач - Визначення основних критеріїв якості пірофілітових сланців

О М Толкач - Оцінка точності визначення структурних та якісних показників кур'янівського родовища пірофілітових сланців

О М Толкач - Геометризація родовищ пірофілітової сировини на основі комплексного врахування якісних показників покладу

О М Толкач - Обґрунтування оптимального методу інтерполяції геологорозвідувальних даних на базі програмного забезпечення surfer