книги / Технология керамических материалов

Интервал обжига по своей величине много больше ин- тервала спекания, чем и объясняется тот факт, что глины, не имеющиеся интервала спекшегося состояния, оказываются пригодными для обжига кирпича в печах с относительно большими перепадами температур.

Огневая усадка представляет собой сокращение разме- ров абсолютно сухого глиняного образца при его обжиге.

Сближение глинистых частиц происходит в обжиге под воздействием сил поверхностного натяжения силикатных расплавов. Механизм стягивающего действия этих сил схе-

где, l1 и l2 – соответственно линейные размеры абсолютно - сухого и обожженного образцов.

Огневая усадка глин колеблется в пределах 2–8 % и достигает в отдельных случаях 14 %. С увеличением со- держания глинистой фракции усадка возрастает. Сильно за-

61

песоченные глины могут совсем не давать усадки и обнару- живать в обжиге увеличение объема образца (усадка в этом случае получает отрицательный знак). Присутствие в глинах большого количества кварцевого песка обуславливает значи- тельные изменения объема образца за счет полиморфных превращений кремнезема, которые могут превысить величи- ну их огневой усадки. Огневая усадка зависит от минерало- гического состава глин. Монтмориллонитовые глины имеют большую огневую усадку, чем каолинитовые. Щелочные ок- сиды увеличивают огневую усадку, а железистые оксиды по- вышают ее лишь при обжиге глины в восстановительной среде. С повышением температуры обжига усадка возрастает.

2.2. Карьерные работы

Легкоплавкие глины являются местным сырьем, кото- рое добывают сами предприятия по производству керамики и в составе которых имеется горный цех, обычно называемый карьером. Основная задача карьера – снабжать производство сырьем, однородным по составу и влажности, независимо от времени года.

Комплекс операций, связанных с добычей и доставкой глины в производство, именуют карьерными работами. Он включает вскрышные работы, добычу сырья, транспортиро- вание и хранение промежуточного запаса глины.

Разработке карьера предшествует геологическая раз- ведка месторождения, которая устанавливает количествен- ные запасы глины, соотношение полезной толщи глиняного пласта и вскрышных пород, характер их залегания и сопутст- вующие горно-эксплуатационные условия (рельеф местно- сти, обводненность месторождения и т.п.).

Одновременно геолого-разведочная партия отбирает пробы для лабораторных и полузаводских испытаний. От-

62

бор проб на карьере осуществляют на оконтуренном участ- ке, для этого наносят сетку для бурения скважин с расстоя- нием 50–100–150 м. Колонковые пробы отбирают весом по 2–3 кг от каждого слоя глинистого сырья. Испытания выполняют специализированные научно-исследовательские лаборатории.

По результатам геологической разведки и испытания глины Государственный (ГКЗ) или Территориальный (ТКЗ) комитет по запасам полезных ископаемых утверждает запа- сы, указывая в протоколе утверждения категорию, характе- ризующую их степень изученности и надежности.

К категории А относят запасы, полностью подготовлен- ные для эксплуатации, количественно оконтуренные и имею- щие положительные результаты лабораторных и полузавод- ских испытаний.

Категория В предусматривает запасы, требующие уточнения их пространственного расположения или качест- венной характеристики. К категории С (С1 и С2) относят пер- спективные (предполагаемые) запасы, подлежащие дополни- тельному уточнению их качества и количества.

Запасы сырья по их хозяйственному значению подраз- деляются на две группы, подлежащие раздельному подсчету

иучету. Балансовые запасы использовать экономически це- лесообразно. Забалансовые запасы использовать нецелесооб- разно или технически и технологически невозможно, однако они могут быть в дальнейшем переведены в балансовые.

По данным геологической разведки составляется про- ект горных работ, который состоит из пояснительной записки

играфической части. В проект помимо системы вскрышных

идобычных работ, а также карьерного транспорта включены мероприятия по отводу ливневых и откачке грунтовых вод, вопросы режима работы карьера по отдельным процессам.

63

2.2.1. Вскрышные работы

Под вскрышными понимают работы, связанные с уда- лением пустых пород, покрывающих слой полезного иско- паемого. Вскрыша включает растительный слой, подзол, на- слоение песка с каменистыми включениями. Вскрышу уби- рают в отвалы. Для месторождений легкоплавких глин считают экономичным соотношение мощностей вскрышных пород и глинистого пласта (Нвск:Нгл) 1:5.

Оборудование для вскрышных работ. Если объем вскрышных работ незначителен (мощность вскрышного слоя до 1 м), то можно применять одно и то же оборудова- ние как для вскрышных работ, так и для добычи глины. Ча- ще всего в этом случае используют бульдозер, как земле- ройный и транспортный снаряд.

При мощностях вскрышного слоя более 1 м и расстоя- ниях транспортирования до места отвала до 1 км вскрышные работы целесообразнее производить тракторным грейдером.

При мощных слоях вскрышных пород с тяжелыми грун- тами и расстояниях транспортирования до отвала более 1 км их разрабатывают одноковшовыми экскаваторами, а транс- портируют автосамосвалами.

2.2.2. Добыча, транспортирование и хранение глин

Добыча должна обеспечивать заводу бесперебойное снабжение глиной, независимо от атмосферных условий и времени года. При этом глина не должна содержать посто- ронних примесей и крупных включений. Желательно, чтобы усреднение глины начиналось на карьере, для этого необхо- димо иметь для производства работ экскаватор с прямым ковшом.

Добыча глины может быть валовая, когда месторожде- ние разрабатывают сплошным фронтом, и селективная, при которой глины добывают выборочно отдельными участками

64

или слоями. Для добычи глин используют экскаваторы много- ковшовые, одноковшовые и роторные. Одноковшовые экска- ваторы надежнее и удобнее для добычи глины, чем многоков- шовые, потому что имеют гусеничный ход, а не колесный.

Выбор способа добычи должен соответствовать мощ- ности глиняного пласта и характеру залегания глины. Раз- новидности залегания глин приведены на рис. 16: однород- ное (рис. 16, а), послойное с выдержанной толщиной слоев (рис. 16, б), послойное с неравномерным напластованием (рис. 16, в) и линзообразное (рис. 16, г).

Рис. 16. Разновидности залегания глин. 1 – глина; 2 – пустая порода

При однородном залегании глин выбор способа добычи неограничен и определяется лишь экономическими факторами.

При послойном и в особенности неравномерном напла- стовании глин необходимо производить первичное перемеши- вание и усреднение состава глин. Кроме того, при послойном залегании глин экскаваторам желательно работать с парал- лельной резкой, чтобы состав глин, поступающих в производ- ство, оставался постоянным.

Добыча глины в зимнее время. Поступление в произ-

водство мерзлой глины недопустимо. Наличие кусков мерз- лой глины вызывает поломку оборудования, появление брака в изделиях. В производство необходимо подавать только та- лую глину.

65

Различают четыре группы способов обеспечения кера- мических предприятий талой глиной в зимнее время: сохране- ние тепла массивом глиняного пласта, рыхление мерзлого грунта, оттаивание замерзшего массива грунта до его разра- ботки, создание запаса глины летом с хранением ее в утеплен- ных складах.

Утепление участков карьера, предназначенных для разработки в зимнее время, можно осуществлять нескольки- ми способами:

1.Мягкое утепление. Участок карьера вспахивают на возможно большую глубину. Затем на поверхность участка завозят утеплитель (опилки), предварительно просеянные через сито с диаметром отверстий 8 мм, который хранят шта- белем. С наступлением первых заморозков опилки расстила- ют по поверхности участка. Преждевременная расстилка опилок приводит к их намоканию и резкому снижению теп- лозащитных свойств. Глину добывают открытым способом. Отработанные участки фронта утепляют мягкими перенос- ными утеплителями (соломенные и минераловатные плиты, мешки, наполненные опилками).

2.Жесткое утепление. Этот способ применяют в кли- матических районах с суровой зимой и при разработке карье- ра закрытым способом. Добыча глины организована на уча- стке, освобожденном от вскрышного слоя и находящимся под инвентарными металлическими фермами с плитными утеплителями. Предварительно участок подготавливают для разработки его закрытым способом.

3.Оттаивание промерзшего грунта. Этот способ приме- няют при наличии дешевого низкосортного угля или отходов, образующихся после мокрой очистки генераторных газов при газификации торфа. В летнее время рыхлят поверхность уча-

стка, после снятия вскрышного слоя, на глубину 1,5–1,8 м и завозят бурый уголь, который хранят в штабелях. При необ- ходимости поверхность участка очищают от снега, расстилают

66

слой угля толщиной 20–35 см, поджигают уголь, и он сгорает в течение 2–3 суток. Медленно сгорая, уголь отогревает про- мерзший слой глины.

При толщине пласта менее 2,5 м зимняя добыча удо- рожает глину. Более выгодно годовой расход глины добывать только летом и складировать вблизи производственных по- мещений запас, необходимый для работы в осенне-зимне- весенний период. Преимуществом промежуточного склади- рования глины является то, что при нескольких ее экскаваци- ях усредняется вещественный состав глины и происходит перераспределение в ней влаги, что улучшает ее формовоч- ные и сушильные свойства.

Транспортирование и хранение глины. Добытую в карь-

ере глину подают в производство чаще всего автосамосвала- ми. Автотранспорт обладает большой маневренностью и тре- бует сравнительно небольших затрат. Промежуточное хране- ние глины можно осуществлять в глинозапасниках открытого или закрытого типа.

Глинозапасники открытого типа устраивают на от- крытых площадках. Глину хранят в котлованах, в виде на- земных штабелей или используют комбинированный вари- ант хранения.

Глинозапасник-котлован имеет глубину около 4 м, а ширину – 30–40 м. Летом его заполняют глиной, а осенью утепляют опилками. Недостаток котлованного способа хра- нения глины заключается в том, что попадание воды и снега в котлован обуславливает повышенную влажность глины и затрудняет работу оборудования.

При наземном хранении глины устраивают конусы длиной 70–80 м, высотой 6 м. Конус ориентирован удлинен- ной осью по меридиану. Такая ориентировка необходима, чтобы фронт работ начинался с южной стороны, где быстрее оттаивает снег и глина. Высота конуса должна соответство- вать длине стрелы экскаватора. Откосы по возможности де-

67

лают крутыми и уплотняют для лучшего стока воды, а верх- нюю поверхность штабеля делают слегка двускатной. Вокруг площадки конуса устраивают водоотводные каналы. Верх и боковые поверхности утепляют опилками.

Комбинированный вариант хранения глины предпола- гает наличие наземной и подземной части конуса.

Примеры капитальных складов (глинохранилищ) за- крытого типа приведены на рис. 17. Они могут быть:

–треугольного сечения с высотой конуса до 18 м и ши- риной основания до 32 м;

–прямоугольного сечения с мостовым грейферным краном или с эстакадами для разгрузки вагонов.

Рис. 17. Закрытые склады глинистого сырья:

а – треугольного сечения с грейфером, перемещающимся по оси склада; б – с мостовым грейферным краном; в – с эстакадами; 1 – мостовой край; 2 – грейферный захват; 3 – эстакада

68

Наиболее удобны склады с мостовым грейферным кра- ном для хранения 3–6 месячного запаса глины. Температура глины, подаваемой в производство, должна быть не ниже 5 ° С.

Вглинозапасниках часто осуществляется первичная подготовка глин для дальнейшего использования. При подго- товке глины обеспечивается нарушение природной структуры, разрыхление, диспергирование глин, происходит окисление органических примесей, удаление водорастворимых солей.

Естественный способ обработки глины осуществляет-

ся в открытых глинозапасниках при хранении глины в тече- ние 1 года.

Взимнее время при хранении без утеплителя проис- ходит вымораживание глины. Глина карьерной влажности 18–25 % замерзает, вода превращается в лед и расширяется

вобъеме, при этом происходит разрыхление глины. Кроме того, происходит вымораживание излишней влаги, и глина доводится почти до сухого состояния. При вымораживании происходит также окисление органических остатков, пирита.

Влетний период организуют летование глины. Это способ трудоемок, требует больших площадей и предпола- гает вылеживание глины в грядах, конусах с частым (1 раз

в 2–3 недели) перелопачиванием глины (перемещением ее на другую площадку хранения). Если влажность глины по- нижена, то за счет дождей она повышается, при этом увели- чивается ее пластичность, удаляются водорастворимые со- ли, равномерно распределяется влага. Перемешивание глины улучшает ее сушильные свойства, повышается Rизг в сух сост

на 10–12 %.

Искусственный способ обработки глины заключается в том, что на керамические массы оказывают механическое воздействие рабочими органами глиноперерабатывающего оборудования, в результате чего происходит разрыхление глины, ее измельчение. В глинозапасниках закрытого типа организуют подогрев глины, предотвращают ее смерзание.

69

Кроме того, производят ее перелопачивание, усреднение со- става, по возможности вводят добавки, например опилки.

Для каждого метода формования керамических изде- лий применяют и свои способы подготовки глин.

Отбор проб из транспорта, штабеля. При транспорти-

ровке материала в кусках надо производить отбор по одному куску с каждого квадратного метра площади, так как при транспортировке навалом мелкие куски от вибрации опуска- ются вниз, крупные накапливаются наверху, а их строение и состав могут быть разными. Отбор средней пробы для ана- лиза глин осуществляют следующим образом (рис. 18, 19).

Рис. 18. Расположение точек отбора пробы комовой глины из вагона (а), бентонитовой глины из вагона (б)

и глинистого керамзитового сырья из автомобиля (в)

70