Справочник строителя | Керамические материалы

Сырье для получения керамических материалов и изделий

Основным сырьем для производства керамических материалов и изделий являются различные глины, а также шамот, кварцевый песок, шлак.

Для придания керамическим изделиям характерных свойств в глину вводят различные добавки.

Отощающие добавки. В высокопластичные глины, для затворения которых требуется большое количество воды (до 28%) и которые поэтому дают большую линейную усадку при сушке и обжиге (до 15%о), необходимо вводить отощающие добавки, т. е. непластичные вещества. При этом значительно уменьшается количество воды, необходимой для затворения глиняного теста, что сокращает усадку (до 2-6%).

В качестве отощающих добавок чаще всего применяют вещества неорганического происхождения: кварцевый песок, шамот (обожженная и измельченная глина), бой изделий, молотый шлак и золу. Эти добавки не только уменьшают усадку изделий, но и улучшают формовочные свойства массы, делают более легким технологический процесс производства и устраняют брак.

Выгорающие добавки. Для получения изделий с меньшей средней плотностью и повышенной пористостью применяют органические выгорающие добавки. Наиболее часто используют древесные опилки, угольную мелочь и угольный порошок, торфяную пыль и др. Применяют также вещества, выделяющие при высокой температуре обжига углекислоту, что ведет к образованию пор, мел, доломит и глинистый мергель (в молотом виде). Все эти добавки обладают также и свойствами отощающих добавок.

Специальные добавки. Для придания керамическим изделиям специальных свойств вводят соответствующие добавки. Так, при изготовлении кислотоупорных изделий и облицовочных плиток к глинам добавляют песчаные смеси, затворенные жидким стеклом или щелочами. При необходимости понижения температуры обжига некоторых изделий используют молотый полевой шпат, руды, содержащие железо, песчаник, и др.

Авторитетные эксперты в своей области — Владимир Алексеевич ТЕРЕХОВ, президент Ассоциации производителей керамических стеновых материалов, к.т.н., Заслуженный и Почетный строитель России, а также Владислав Николаевич ГЕРАЩЕНКО, исполнительный директор Ассоциации производителей керамических стеновых материалов, рассматривают в своей совместной статье новые возможности обеспечения сырьем производства керамических стеновых материалов:

В последнее десятилетие существенно изменились номенклатура керамических стеновых материалов и требования к их физико-техническим свойствам, что вызвало необходимость проработки новых подходов к качеству сырьевых материалов, а также технологическим процессам его подготовки.

В то же время, в связи с появлением в нашей стране частной собственности на землю изменились условия открытия месторождений сырья, отвода земельных участков под карьеры и условия организации карьерного хозяйства.

Все перечисленные факторы весьма серьезно усложнили хозяйственную деятельность предприятий по производству керамических стеновых материалов и потребовали поиска новых подходов к обеспечению сырьем.

Повышенные теплотехнические требования к ограждающим конструкциям с применением различных теплоизоляционных материалов и изделий потребовали, с одной стороны, существенного увеличения объема производства высококачественного облицовочного кирпича с прочностью не менее 150 кг/см² и морозоустойчивостью 100 и более циклов замораживания и оттаивания, а с другой стороны — организацию производства несущих стеновых керамических изделий с объемной массой брутто 650–750 кг/м³ и коэффициентом теплопроводности порядка 0,22 Вт/м⁰С с целью создания долговечных, высокоэффективных, экологически надежных стен.

Безусловно, такой подход к номенклатуре и качеству изделий вызвал необходимость, в большинстве случаев, изготовления сырьевых масс, содержащих различные по своим свойствам глины из нескольких месторождений, а также включающих в себя другие наполнители (выгорающие добавки, красители, плавни и т.д.), и изменения технологии производства стеновых изделий.

Действующие до сего времени кирпичные заводы возводились, как правило, при условии использования местных легкоплавких глин с организацией собственного карьера, а номенклатура выпускаемой продукции ограничивалась свойствами этих глин, обеспечивающих производство кирпича, отвечающего требованиям действующего на тот период ГОСТа. Поисковые работы ограничивались расстояниями от завода до месторождения и затратами на транспортные перевозки сырья.

Прежде можно было использовать для изготовления кирпича практически любые глины, а самое главное — работать, не ориентируясь на цель выявления сырья для производства высококачественной продукции повышенной прочности, морозостойкости и хорошего внешнего вида.

Современные циркуляры отнесли глины к участкам недр местного значения с выявленными запасами общераспространенного полезного ископаемого, пространственно и генетически связанного с осадочными или метаморфическими породами, характеризующимися частой встречаемостью в условиях области, значительными площадями распространения. Эти участки ранее являлись источниками сырья для предприятий местной промышленности, получения готовой продукции, отвечающей по качеству и радиационной безопасности требованиям действующих нормативных документов.

Ростовская область, например, располагает богатым выбором таких месторождений. По данным Ростовского территориального фонда геологической информации (РТФГИ), на территории Ростовской области по состоянию на 1 января 2003 года насчитывалось более 320 месторождений кирпичного сырья, из них — 205 в пределах нераспределенного фонда недр. В области также известно 150 месторождений различных глин, которые уже используются или использовались ранее для производства кирпича.

За последние годы практически в каждом регионе были разведаны сотни небольших участков месторождения суглинков, на базе которых созданы десятки маломощных кирпичных заводов с упрощенной технологией, к тому еще и с сезонным режимом работы.

Такая постановка вопроса привела к производству многочисленными небольшими кирпичными заводами продукции, не соответствующей современным требованиям, отчего они в конечном итоге и обанкротились. Общее количество кирпичных заводов по России за период перехода на рыночные отношения сократилось почти в шесть раз. Такие заводики в настоящее время не имеют своей твердой ниши на строительном рынке и устойчивого спроса на свою продукцию, не имеют возможности работать стабильно. Только быстрое реагирование на изменение спроса на стеновые материалы на строительном рынке, способность к оперативной модернизации номенклатуры изделий и к повышению качества продукции может облегчить судьбу подобного завода.

Достичь этого можно лишь при наличии соответствующих сырьевых смесей и мобильной перестройкой технологии.

Однако наличие многочисленных зарегистрированных месторождений кирпичных глин в регионах России, разведанных в разное время под упрощенную технологию, создает иллюзию благополучия с обеспечением сырьем в этой подотрасли промышленности, а это, в свою очередь, является тормозом для геологов в поиске качественного сырья и в создании новых высокомеханизированных производств с организацией выпуска широкой номенклатуры стеновых керамических материалов.

У специалистов имеются сведения об анализах геологоразведочных работ на кирпичное глинистое сырье, выполненных в 1970– 1990 годах, в том числе — многочисленными ведомственными геологическими организациями, когда, собственно, и была создана основа минерально-сырьевой базы местных строительных материалов.

Отрицательный результат на стадии поисково-оценочных работ был получен на 87% оцениваемых участков, на стадии детальной разведки — на 12,4% объектов, выделенных по итогам предшествующих геологоразведочных работ. Это свидетельствует, прежде всего, об отсутствии какого-либо локального прогноза на обнаружение месторождений данного вида сырья: поисковые работы велись по возможности более широким и практически бессистемным бурением площадей распространения глинистых пород.

Представители Ассоциации производителей керамических стеновых материалов справедливо полагают, что в стране давно назрела необходимость проведения геологическими фондами высокопрофессиональной инвентаризации оставшихся на балансе по всем регионам страны в фондах разведанных месторождений кирпичных глин с выполнением на современном уровне лабораторных исследований и утверждения их запасов с новыми физико-техническими показателями.

Мировая практика показывает, что при производстве высококачественных стеновых керамических материалов широко используются тугоплавкие и огнеупорные глины, каолины, бентонитовые глины, аргиллиты, глинистые сланцы. Такие источники сырья при производстве строительного кирпича ранее в РФ, как правило, не рассматривались. Налицо — значительный дефицит сырья для производства стеновой строительной керамики высоких марок.

По оценкам Ассоциации производителей керамических стеновых материалов потребность в высококачественном глинистом сырье для производства облицовочного кирпича, клинкерного кирпича и высокоэффективных керамических блоков в России составляет в год около 16,5 млн тонн или, на расчетный эксплуатационный период не менее 40 лет — 660 млн тонн.

Рис. 1. Диаграмма распределения глин по размерам зерен (% по массе), используемая часто различными компаниями при проведении испытаний сырья клиентов, которым они поставляют свое оборудование:

1 — полнотелый кирпич; 2 — блоки с вертикальными пустотами; 3 — щелевые блоки/потолочные блоки; 4 — клинкерный кирпич/ кровельная черепица.

Сырье оценивают с новыми подходами к гранулометрическому составу (рис. 1) и пластичности, которую подразделяют на очень хорошую (с содержанием фракции менее 6,3 мкм порядка 45–55 %), хорошую (40–50%), удовлетворительную (28–40%) и не отвечающую требованиям (до 18%). В оценку глины входит потребность воды затворения, усадка при сушке и обжиге, содержание минералов. У мелкозернистых глин часто имеется такая высокая усадка, что во время производственного процесса возникают серьезные проблемы.

У каждой глины имеются свои собственные параметры сушки, которые, кроме распределения зерен по размерам и минералогического состава, также зависят от стратиграфического возраста глины и ее геологического развития. Увеличение фракции зерен меньше 2 μm часто приводит в то же самое время к более высокой усадке при обжиге и общей плотности керамического тела.

Минеральные составы глин влияют на сушку, формование, свойства свежесформованных и необожженных продуктов, поведение сырья при обжиге, цвет и качество кирпича. Знание минерального состава вместе с гранулометрическим и химическим составами дает оценку пригодности глины для изготовления черепицы или кирпича. Уместно, поэтому, проводить более подробное исследование этого влияния.

Высокосортные структурообразующие глиняные продукты состоят в своем большинстве из четырех минералов: каолинита, иллита, монтмориллонита и кварца, а иногда даже — из одного глиняного минерала с включениями кварца (с подходящим распределением частиц по размерам), (табл. 1).

Таблица 1. Зависимость усадки сырья от состава глиняных минералов

Иллит создает пластичные глины; у каолинита имеется очень хорошее поведение при спекании, а кварц, главным образом, действует как стабилизатор. Монтмориллонит при содержании более 3–10% в смеси повышает ее восприимчивость к образованию трещин при сушке.

Спекание связано с уменьшением в объеме. У отдельных минералов в глинах имеется приблизительно следующая линейная усадка при обжиге: каолинит — 2–17%, иллит — 9–15%, монтмориллонит — 20%. Более высокие значения достигаются в глинах с высоким содержанием тонкодисперсной фракции.

Повышение качества продукции с позиций улучшения теплотехнических свойств также требует, наряду с правильным расположением пустот, проведения испытания сырья с вводом порообразу-ющих компонентов. Порообразующие компоненты, кроме шариков пенопласта, включают гранулированный лигнин, опилки или другие подходящие органические отходы (например, рисовую шелуху). В данном процессе требуется не только простое и однородное смешивание этих компонентов с глиной, но и их полное (без остатков) сгорание без отрицательного воздействия на качество кирпича.

Для оценки сырья и приготовления качественных сырьевых смесей требуется еще ряд показателей, которые не являются предметом рассмотрения данной статьи. В большинстве случаев к местным легкоплавким глинам требуются добавки других глин для регулирования основных свойств сырья в зависимости от требований к номенклатуре и качеству изделий. Однако закупка на рынке и поставка дополнительных глин и открытие даже уже разведанного месторождения качественных глин является весьма сложной и дорогостоящей задачей для кирпичного завода любой мощности.

От заявки на месторождение в Министерство природных ресурсов региона до получения лицензии недропользователя необходимо выполнить подготовку материалов к согласованию и провести согласование с десятью заинтересованными государственными органами региона, а также подготовить и провести аукцион, оформить и предоставить на ознакомление лицензию.

Качественные кирпичные глины по своим составам — химическому, минералогическому и гранулометрическому — являются, по сути, хорошей базой для сельскохозяйственных угодий. Как правило, плодородный слой является вскрышным для глиняного месторождения.

Земельный кодекс Российской Федерации и Федеральный закон «Об обороте земель сельскохозяйственного назначения» не предусматривают возможности перевода земель сельскохозяйственного назначения в категорию земель для создания карьерного хозяйства с целью добычи сырья открытым способом (то есть земель, не связанных с сельскохозяйственным производством). Кроме того, наличие частного собственника на земли, которые являются одновременно и сельхозугодьями и месторождением, не обязывает частника к преимущественному рассмотрению земли как источника полезного ископаемого.
В то же время аналогичное сырье для цементной промышленности, огнеупорные и тугоплавкие глины, каолины не относятся к общераспространенным полезным ископаемым.

Таким образом, производство самого распространенного, самого долговечного и самого экологически полезного для проживания стенового материала прежней системой оценки свойств сырья и новой организацией регистрации месторождения поставлено в довольно жесткие условия, вредящие развитию данного бизнеса.

Устойчивая тенденция к увеличению производственной мощности кирпичных заводов, наблюдаемая в последние десятилетия, повлекла за собой обработку больших количеств сырья. Как неизбежность, склады сырья, помимо хранения, взяли на себя функции его переработки и дальнейшей реализации конечной продукции.

Обеспечить технологический процесс однородным составом глины со стабильными показателями качества можно только путем объединения гомогенизации сырья с соблюдением соответствующей технологии хранения.

По этой причине большинство систем хранения сырья разработано таким образом, чтобы обеспечить так называемый «смешивающий процесс хранения». Смешивающий принцип систем хранения сырья основан на том, что при многократной послойной укладке сырья происходит, насколько это возможно, его поперечное к этим слоям перемешивание, а глина в то же время представляет смесь всех имеющихся слоев.
Таким образом, любые разбросы в качественных характеристиках извлекаемой из карьера глины могут быть в значительной степени нивелированы.

Создание склада промежуточного хранения добытого сырья с выдерживанием его в природных климатических условиях до года позволяет существенно улучшить свойства глины путем не только гомогенизации, но и естественной обработки под влиянием погодных и климатических факторов: воздействия солнца, воздуха, влаги и мороза. В то же время ошибочной является установка на вылеживание глины с целью повышения качества готовой продукции при медленно набухающих глинах. Вылеживание влияет положительно на любую глину.
Описанный склад может быть организован в любом месте: как на карьере, так и на территории завода.

У современных зарубежных заводов-изготовителей керамических изделий существует тенденция обходиться без приобъектного склада, используя систему оперативной подачи комплектующих и сырья от внешних компаний-поставщиков. Аналогичным образом эта задача решается даже при отсутствии собственного месторождения: она реализуется простой системой подачи сырья непосредственно из карьера, минуя промежуточные склады вылеживания продукции. В настоящее время уже вполне реально рассматривается идея создания современного кирпичного завода без собственного запасника сырья (глинохранилища) и без собственного производства по переработке сырья на первичной стадии.

Месторождения керамических глин в новых условиях весьма часто оказываются в собственности фирм, не имеющих собственного производства керамических изделий, но имеющих желание поставлять вылежанные керамические глины, то есть — соответственно подготовленные, для чего на месторождениях создаются обогатительные фабрики.

Однако участок хранения сырья (глинозапасник или шихтозапасник) по-прежнему остается важной составной частью технологии производства каждого кирпичного завода. Помимо хранения на нем выполняются многофункциональные операции по материальной подготовке смесей, по созданию условий, обеспечивающих по количеству и качеству кирпичное производство требуемой переработкой, подачей смесей в нужные сроки согласно технологическим требованиям производства.

Таким образом, поставка сырья самостоятельно действующим карьером — реально выполнимая на сегодня задача. Специализированный поставщик сырья, как правило, более квалифицированно подходит к системе организации карьера и выполнению добычных работ.

Чтобы обеспечить производство требуемым качеством подготовки сырья, можно задействовать специальную комбинированную систему, оборудовать производство местами для хранения и вылеживания керамического сырья, а так-же соответствующими загрузочными и разгрузочными устройствами. Радикально новые системы переработки и хранения сырья для обогатительных карьерных фабрик на сегодня в нашей стране отсутствуют, но вполне возможно усовершенствование уже существующих систем хранения и переработки, а также их доработка.

Вылеживание и гомогенизация керамического сырья является очень ценной технологической операцией, повышающей его свойства. В свою очередь, производственные знания и навыки являются необходимым условием для организации эффективного хранения сырья в штабелях на открытом воздухе. Несомненно, многие фирмы, специализирующиеся на этом сервисе, в своих поставочных программах берут на себя обязательства по квалифицированному проведению данного вида работ.

Простой расчет

С = В+Д+Т+П

Прямые затраты на транспортировку на промежуточный склад находят по формуле:

Где:

Т — стоимость перевозки 1 т или 1 м³ глины;

С_т — стоимость эксплуатации транспортного средства за один рабочий час;

П_чт — часовая производительность транспортного средства;

С_д — стоимость устройства и эксплуатации дорог (устройство, ликвидация и поддержание в рабочем состоянии);

О_д — объем складируемой глины.

Затраты на добычу, хранение и транспортировку сырья можно рассчитать по следующим простым формулам: при решении задач, связанных с добычными работами, часто представляют интерес общие затраты С, характеризующие стоимость вскрышных работ В, стоимость разработки карьера с использованием соответствующей техники Д, транспортирование на промежуточный склад Т и затраты на содержание промежуточного склада П. Эти затраты присутствуют при обоих способах разработки. К ним внешний поставщик присовокупит и свою прибыль. При этом внешний поставщик (за счет увеличения объема добычи, времени работы карьера и правильной системы организации добычных работ может существенно снизить стоимость добычи, тем самым успешно конкурируя со стоимостью сырья, добываемого собственными силами в собственном карьере).

обсудить на форуме

объявления: стройка и ремонт

Поделитесь ссылкой в социальных сетях