РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛЫ, ОПЫТНЫЕ ОБРАЗЦЫ, МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Характеристика материалов
Кералитовый гравий. Суглинистые и глинистые илы имеют широкое распространение
практически во всех прибрежно лимано – морских речных (устья) отложениях.
Содержание основных химических составляющих в сырье оценивают по
количественному составу диоксида кремния, оксидов алюминия, железа, кальция,
магния, калия, натрия, соединений серы в перерасчете на SO3, органических
соединений и других химических составляющих.
Следует обратить внимание на то, что грунты, вынутые при дноуглублении, можно
рассматривать с позиции использования их в качестве сырья при строгом
соблюдении условия экологически чистой системы "береговой отвал – сырье –
производство – продукт – изделие ".
По химическому составу илы отнесены [122] к группе алюмосиликатов с достаточным
содержанием кремнезема и глинозема (A?2O3·SiO3·H2O), основних компонентов
формирования внутренней структуры керамики при термообработке.
В илах встречаются морские и лиманские соли, повышающие прочность
керамики (NaC?, KC?, NaNO3, KNO3, Na2SO4). Железо в илах, повышающее
пиропластические качества шихты, находится в оксидных и закисных соединениях.
В современных илистых осадках имеются в достаточном колличестве для создания
структуры керамических материалов и изделий, оксиды кальция (Ca2O), калия
(K2O), натрия (Na2O), титана (TiO2) и др.. Их колличественный состав колеблется
в широких пределах (% по массе): SiO2 – 50…70; A?2O3 – 12…27; Fe2O3 + FeО –
1,5…14; СаО – 2…6 и т.д. Химические составляющие почти всех исследованых проб
находяться в пределах нормативних требований к традиционному глинистому сырью.
Результаты химического анализа илистых отложений акваторий и береговых отвалов
ряда портов приведены в табл.2.1.
Полученные результаты генезиса и свойств илов показали [122], что современные
донные отложения практически всех месторождений по своему гранулометрическому,
минералогическому и химическому составу очень близки к составу легкоплавких
глин – традиционному сырью для производства строительной керамики табл.2.1.
Илистые грунты, послойно уложенные и просушенные до формовочной влажности в
картах намыва, имеют свои специфические особенности
(однородность состава, высокая пластичность и др.), исключающие процессы
сложной переработки (гомогенизация) и позволяющие отнести их к ценному
алюмосиликатному сырью.
Попытка рационального использования илов делалась отечественными и
зарубежными учеными с пятидесятых годов прошлого столетия (Е.Д.Зайцева –
1962, С.Вольфке – 1969, Л.Н,Тацки – 1970, Б.Н.Виноградов – 1972, С.Росс –
1980, И.Уолтер – 1981, А.А.Кучеренко – 1988 и другие). Все они
ограничивались лабораторными исследованиями и предлагали применять илы в
качестве органо-минеральной добавки. Полная обзорная информация и
результаты глубоких патентных исследований приведены в работе [122].
В поисках научно – обоснованной технологии утилизации вынутых грунтов
В.Н.Чуприным [122] выполнен комплекс лабораторных исследований в шахтной печи
ШП – 1, в обжиговой лабораторной печи ОС – 333, в муфельных печах, опытно –
промышленных испытаний в печи ПВ 2,5х40 (в гильзах) и заводских опытов во
вращающейся промышленной печи обжига. Изучены физико-химические процессы
газовыделения, образования пиропластической массы и вспучивания, выявлены
функциональные зависимости этих процессов от состава и свойства илов [122].
Вспучиваемость сырьевой илистой массы определяется интервалом температуры,
внутри которого происходит уменьшение кристаллической и нарастание жидкой фазы,
т.е. интервал перехода материала из твердого в пиропластическое состояние. Этот
интервал для илов, определенный в диапазоне температур 1150 - 1170єС, ниже
интервала для легкоплавких глин (1170 - 1200єС), что способствует сокращению
энергозатрат.
Опытно – промышленные испытания предусматривали [122] проведение исследований
технологических свойств илов путем обжига отдельных партий из 12 , 18 , 36 , 50
, 60 и 80 тонн илистого сырья. Крупномасштабные заводские
Таблица 2.1
Результаты химического анализа илистых грунтов
(силикатный состав)
Наименование химических составляющих
(результаты рентгено – спектрального анализа)
Место отбора проб илистых грунтов и содержание основных химических
составляющих, % по массе
Требование к глинистому сырью ГОСТ 9757 – 90
ТУ 21 – 0284739 – 12 - 90
п.Южный
(Аджал.лиман)
п.Николаев
(вост.набер.)
п.Белгород –
Днестровский
(берег.отвал)
п.Усть – Дунайск
(эксп.свалка)
п.Мариуполь
(акватория и подходной канал)
SiО2
59,2
71,3
64,2
53,0
69,2
?70
А?2O3+TiО2
17,3
15,6
12,7
15,8
7,4
10 -25
Fe2O3+FeO
5,2
2,8
5,0
7,0
3,6
2,5 – 12,0
СаО
5,5
2,5
7,5
5,0
7,0
? 6,0
МgО
3,0
1,2
2,1
3,0
1,3
? 4,0
SО3
1,3
0,5
1,0
2,4
1,0
? 1,5
К2О + Nа2О
3,2
1,5
3,0
10,0
3,1
1,5 – 6,0
испытания позволили получить из оптимальных модифицированных шихт
гранулы разной величины (5 – 20мм) округлой формы со спекшейся стекловидной
корочкой и шероховатой поверхностью с насыпной плотностью 360 – 540 кг/мі.
Наиболее близкой для производства кералита, путем переработки и обжига илистых
грунтов, является силикатная технология (реакция спекания керамики), для
которой характерны физико-химические процессы, протекающие в кристаллической и
жидкой (расплав) фазах при сравнительно високих температурах термоподготовки и
обжига [122].
По своим физико-механическим характеристикам (плотность, прочность,
водопоглащение, морозостойкость и др.), приведенным в