ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КЕРАМИЧЕСКИХ ПЛИТ НА ОСНОВЕ НОВЫХ СЫРЬЕВЫХ РЕСУРСОВ НИЖНЕАМУДАРЬИНСКОГО РЕГИОНА

АННОТАЦИЯ

В статье исследованы физико-механические свойства керамических плит из новых сырьевых ресурсов Нижнеамударьинского региона Республики Узбекистан, таких как глина Кулатауского месторождения и барханный песок Тупраккалинского массива.

Определено что, Кулатауская глина относящаяся к классу сильноспекающиеся сырья, интенсифицирует процесс спекания керамических плит при сравнительно низких температурах обжига.

В результате лабораторных исследований в композиции легкоплавкой глины Кулатауского месторождения и Тупраккалинского барханного песка, после обжига при температурах 1000 и 1050ºС, были получены опытные образцы удовлетворяющие установленным требованиям ГОСТа 13996-93.«Плитки керамические фасадные и ковры из них. Технические условия» и ГОСТу  6787-2001.Плитки керамические для полов. Технические условия», соответственно.

ABSTRACT

The article investigates the physical and mechanical properties of ceramic tiles from new raw materials of the lower Amudarya region of the Republic of Uzbekistan, such as clay from the Kulatau deposit and dune sand from the Tuprakkala massif.

It has been determined that Kulatau clay, which belongs to the class of highly caking raw materials with low-temperature sintering, intensifies the sintering process of ceramic tiles at relatively low firing temperatures.

As a result of laboratory researches in the composition of low-melting clay of the Kulatau deposit and Tuprakkala dune, after firing at temperatures of 1000 and 1050ºС, samples were obtained that meet the established requirements of GOST 13996-93. «Facade ceramic tiles and carpets of them. Specifications» and GOST 6787-2001.«Ceramic floor tiles. Specifications», respectively.

Ключевые слова: Гидрослюдистая глина, легкоплавкая глина, легкоплавкий флюс, барханный песок, керамическая плитка, фасадная плитка, химико-минералогический состав.

Keywords: Hydromica clay, low-melting clay, low-melting flux, dune sand, ceramic tiles, facade tiles, chemical and mineralogical composition.

На сегоднящний день необходимые для нужд Республики Узбекистан качественные керамические плитки, такие как, половые, фасадные плитки и керамогранит в большом количестве импортируются за счет твердой валюты. Не смотря на то что, Нижнеамударьинский регион имеет достаточные запасы минеральных сыревых ресурсов, до сих пор в этом регионе не созданы предприятия выпускающие керамические плитки.

Исходя из этого исследование физико-химических свойств новых минеральных сырьевых ресурсов имеющихся в данном регионе Республики и разработка энергосберегающих составов керамических плит на их основе являются  актуальными задачами.

Как известно, керамические плитки занимают достаточно большое место в производстве строительных материалов и производятся на основе глинистых сыревых ресурсов [1, 592 с].

Количество и гранулометрический состав кварца, содержащегося в составе керамических плит в качестве отошающего компонента, оказывает значимое влияние на процессы спекания, фазообразования и формирования структуры керамического материала [2, с. 17–28].

Известно что, керамические массы с большим содержанием свободного кварца спекаются при высоких температурах. Поэтому в плиточных массах для снижения температуры спекания вводятся флюсующие компоненты таких как, полевые шпаты, пегматиты, перлит, нефелин-сиенит и др., образущие значительное количество жидкой фазы при обжиге [3, 4, с. 909–917, 101-103].

В.Ф.Павловым [5, 6, с. 17-18, 15-16]  показано благоприятное влияние легкоплавких глин на процесс спекания керамических масс при обжиге в качестве низкотемпературного флюсущего компонента. 

Глина Кулатауского месторождения находящегося в Тупраккалинском районе Нижнеамударьинского региона, входит в состав новых месторождений, не использовавщийся ранее в керамической промыщленности. Связи с этим мы в этой работе ставили цель разработки составов керамических плит на основе этой глины.

В работе [7, с. 73-74] нами было изучена пригодность Кулатауской глины для производства керамических материалов. Глина Кулатауского месторождения имеет благоприятные горно-технические условия для добычи. Песчано-глинистая вскрышная порода данного месторождения составляет 1-2 метр. Это позволяет осуществлять открытую добычу сырья в месторождении. Кулатауская глина в зависимости от расположения и глубины залегания  макроскопически представляется в трех цветах – светло-зелёный, светло-серый и темно-серый цвет, с коричневыми вкраплениями железосодержащих минералов.

Химический состав исследуемых проб Кулатауской глины представлен в табл.1. Из табл.1 видно что химический состав трех разновидностей близки к друг другу.

Таблица 1.

Химический состав глины Кулатауского месторождения

Согласно классификации ГОСТа 9169-75.«Сырье глинистое для керамической промышленности» исследуемая глина по содержанию свободного кремнезема относится к группе с низким содержанием свободного кварца, по пластичностью к группе высокопластичного глинистого сырья и по огнеупорности исследуемая глина является легкоплавкой [8, с. 87-93].

По данным рентгенографического анализа [8, с. 87-93] Кулатауская глина относится к глинам класса гидрослюдисто-монтмориллонитового типа, с незначительным содержанием кварца и каолинита. Кроме того в минералогическом составе данной глины встречаются примеси минералов полевого шпата, гематита и др.

Водопоглощения образцов приготовленных из пробы Кулатауской глины по пластическому способу и обожженные при 950ºС составляют около 5 %, водопоглощения образцов из проб данной глины обожженных при 1000ºС  составляют менее 1 %, а в образцах Кулатауской глины обожженных при 1050ºС  наблюдаются признаки пережога. Это показывает что, данная глина по ГОСТу 9169-75 относится к классу сильноспекающиеся сырья с низкотемпературным спеканием.

Таким образом, по технологическим показателям Кулатауская глина характеризуются коротким интервалом спекания. Поэтому при использовании ее в производстве керамических плиток необходимо подобрать корректирующие добавки, расширяющие интервал спекания.

В работе [9, с. 54-55] нами также были изучены перспективы использования барханных песков Тупракалинского массива в силикатной промыщленности республики Узбекистан и сделаны выводы что, барханные пески Тупракалинского массива содержащие в своем составе около 30% мелко измельченного полевого шпата, с преобладанием анортита являются ценным сырьём для получения силикатных материалов. С огромными запасами в далнейшем они могут стать перспективным сырьём в развитии силикатной промышленности Республики Узбекистан. Связи с этим использование его в составе керамических плит в качестве кварц-полевошпатового компонента является целесообразно.

Поэтому при разработке опытных составов масс кроме глины Кулатауского месторождения использовался барханный песок Тупраккалинского массива.

Таким образом, опытные керамические массы разрабатываются  на основе доступных и новых местных сырьевых материалов Нижнеамударьинского региона, Республики Узбекистан.

Плиточные образцы из разработанных масс подготовлены по общепринятой технологии керамических плиток в лабораторных условиях.

Следует отметить что, были разработаны и испытаны серия опытных лабораторных керамических масс по классической керамической технологии полусухим способом. При этом степень помола опытных масс составляло не более 1 % на сите № 0056. Из пресс-порошков влажностью 6-9 % готовились образцы плиток размером 50х50х8мм, с прессованием в лабораторном гидравлическим прессе при давлении 20-40 МПа, далее образцы высушивались в сушильном шкафу при 105-110^оС, после чего подвергались обжигу в муфельной печи. Опытные испытания проводились на основе следующих шихтовых составов  приведенные в таблице 2.

Таблица 2.

Шихтовые составы опытных  масс и технологические свойства опытных образцов, обожженных при 1000 и 1050^оС

Примечание: №10* - эталонный состав заводской производственной массы СП «ART GLOSS GALLERY» обожженных при 1100^оС (для сравнения).

В результате лабораторных исследований установлено что, для получения образцов удовлетворительного качества, оптимальная влажность масс составляет 8 %, а давления прессования 30 МПа. По водопоглощению и степенью усадки образцов (табл.2) в качестве оптимального состава принимаем состав №7. Из табл.2 видно, что из разработанного оптимального состава №7 можно получить фасадные и половые плитки при температурах обжига 1000^оС и 1050^оС, соответственно.

Технологические свойства полученных опытных образцов керамических плиток, на основе разработанных составов, испытаны согласно общепринятым методикам по ГОСТу 27180-2019 в керамических производствах стран СНГ,  а также по ГОСТу  13996-93 и ГОСТу  6787-2001 для фасадных и половых плит. В таблице 3 приведены физико-механические свойства керамических плит из оптимальных масс №7.

Таблица 3.

Физико-механические свойства фасадных и половых плит

Таким образом, на основании результатов проведенных лабораторных испытаний, можно заключить, что образцы фасадные и половые плитки, полученные на основе разработанного оптимального состава №7, состоящие из глины Кулатауского месторождения и барханного песка Тупраккалинского массива по физико-техническим свойствам удовлетворяют установленные требования ГОСТа 13996-93 и ГОСТа  6787-2001.

В результате лабораторных исследований в композиции легкоплавкой глины Кулатауского месторождения и Тупраккалинского барханного песка - имеющий кварц полевошпатовый состав, после обжига при температуре 1000 и 1050ºС, были получены опытные образцы удовлетворяющие установленным требованиям ГОСТа 13996-93.«Плитки керамические фасадные и ковры из них. Технические условия» и ГОСТа  6787-2001. «Плитки керамические для полов. Технические условия», соответственно.

Список литературы:

1. Августинник А.И. Керамика. -М.: Стройиздат, 1975. -592 с.
2. Amoros J.L., Orts M.J., Mestre S., Garcui-Ten J., Feliu C. Porous single fired wall tile bodies: Influence of quartz particle sizeon tile properties // Journal ofThe European Ceramic Society. – 2010. – V. 30. – № 1. – P. 17–28.139.
3. Andreola F., Barbieri L., Bondioli F., Lancellotti I., Miselli P., Ferrari A. Recycling of screen glass into new traditional ceramic materials // International Journal  of Applied Ceramic Technology. – 2010. – V. 7. – № 6. – Р. 909–917.
4.  Эминов А.М., Бойжанов И.Р., Алламов Р.Г., Дусчанов С.К. Глины Гурленского месторождения – новое сырье для производства керамики  //  Композиционные материалы.- 2019. №3. -С.101-103.
5. Павлов В.Ф. «Легкоплавкие глины в керамических массах» // Стекло и керамика. -1985. №9. -С.17-18.
6. Веричев Е.Н., Павлов В.Ф. Кислотоупорные массы с добавкой  легкоплавких глин  // Стекло и керамика. -1981. №2. -С.15-16.
7. Эминов А.М., Бойжанов И.Р., Жабберганов Ж.С., Алламов Р.Г., Маткаримова Д.Б. Глина Кулатауского месторождения новое сырье для получения керамических плит // Международная научная и научно-техническая конференция на тему  «Инновации в строительстве, конструкционная и сейсмическая безопасность зданий и сооружений». Наманган. -2021. -С.73-74.
8. Эминов А.М., Бойжанов И.Р., Жабберганов Ж.С., Алламов Р.Г. Использование глины Кулатауского месторождения для получения фасадных плит // Electronic journal of actual problems of modern science, education and training. -2021. № 12/2. -С.87-93. http://khorezmscience.uz.
9. Жабберганов Ж.С., Эминов А.М., Бойжанов И.Р., Дусчанов С.К.  Барханный  песок Тупраккалинского массива как сырье для получения керамических плит // Международная научно-техническая конференция, посвященная международному году стекла «Инновационные технологии производства стекла, керамики и вяжущих материалов». -2022. Ташкент. -С.54-55.