Глины (глинистое сырье)

Глины – осадочные горные породы, где размер преобладающих частиц в их составе менее 0,01 мм.

Основное свойство глин – пластичность. Главные химические компоненты глин: SiO₂ – 30−70 %, Аl₂O₃ – 10−40 % и Н₂О 5−10 %. В подчиненных количествах присутствуют TiO₂, Fe₂O₃, FeO, MnO, CaO, К₂О, Na₂O.

Наиболее тонкие, глинистые частицы в глинах, т.н. глинистая фракция размером менее 0,001 (0,005) мм сложены глинистыми минералами, которые определяют все своеобразие физико-химических, а следовательно и технологических свойств глин – пластичность, набухание, усадка, спекаемость, огнеупорность и т.д. Это минералы, а точнее группы минералов: гидрослюды, каолинит, монтмориллонит. Все они относятся к группе слоевых силикатов.

Каолинит – встречается как породообразующий минерал, т.е. слагает горную породу почти целиком (каолины), так и в смеси с другими глинистыми минералами. Температура плавления 1750−1790 ºС.

Гидрослюды – наиболее широко распространяется группа, чаще всего в смеси с другими глинистыми минералами. Температура плавления 1200−1400 ºС.

Монтмориллонит – боле редок (бентониты), чаще в смеси с другими минералами. Основное свойство – набухание. Температура плавления 1250−1300 ºС.

В природе подавляющее число глин является полиминеральными, где все глинистые минералы примерно в равном соотношении, либо с преобладанием какой-либо группы. Мономинеральные глины довольно редки. Это наиболее ценное сырье, как например каолины, из которого изготавливается наиболее высококачественный фарфор.

Технологические показатели, по которым классифицируются глины, следующие:

1. Огнеупорность – по ее величине глины разделяются на огнеупорные, с огнеупорностью выше 1580 ºС, тугоплавкие – от 1350 до 1580 ºС и легкоплавкие – ниже 1350 ºС.

2. По величине содержания Аl₂O₃ + TiO₂ в прокаленном веществе глины разделяются на высокоосновные – более 40 %, основные – 30−40 %, полукислые – 15−30 % и кислые – менее 15 %.

3. По спекаемости делятся на сильноспекающиеся, среднеспекающиеся и неспекающиеся, т.е способные давать при обжиге черепок без признаков пережога с водопоглощением не более 2−5 %.

4. В зависимости от температуры спекания глины подразделяются на низкотемпературные (до 1100 ºС), среднетемпературные (от 1100 до 1300 ºС) и высокотемпературные (свыше 1300 ºС).

5. По пластичности выделяются – высокопластичные (число плас-тичности 0,25 и выше), среднепластичные (0,15−0,25), малопластичные (0,7−0,15) и непластичные (менее 0,07).

6. По содержанию тонкодисперсных (глинистых) фракций глин под-разделяются на высокодисперсные – содержащие частиц менее 0,001 мм более 60 %, дисперсные – 20−60 % и грубозернистые – менее 20 %.

7. По содержанию красящих окислов Fe₂O₃ и TiO₂ выделяются глины с весьма низким, низким, средним и высоким содержанием красящих окислов.

Существуют следующие природные и технологические типы глин – палыгорскитовые глины (палыгорскиты), бентонитовые глины (бентони-ты), легкоплавкие глины, огнеупорные глины.

Палыгорскиты – глины, сложенные одноименным минералом (вод-ным алюмомагниевым силикатом), близким к монтмориллониту. Основная особенность – способность расщепляться в водной среде на мельчайшие частицы (вплоть до молекулярного уровня) и образовывать устойчивую суспензию. Применяются как сорбенты и широко в качестве тяжелых, термо- и солестойких буровых растворов.

Встречаются в карбонатных породах – известняках и доломитах, в виде линз и прослоев. На Урале месторождений нет.

Бентониты – основной минерал монтмориллонит, Высокодисперс-ные, плотные, жирные глины. Широко применяются в промышленности. В горной металлургии для окомкования железорудных концентратов и приготовления формовочных смесей, для буровых растворов. Непосредственно в строительной промышленности, учитывая способность монтмориллонита к набуханию, бентонитовые глины в большом количестве используются для изготовления керамзита. Бентониты являются природными сорбентам. Содержание монтмориллонита в полезной толще бентонитовых глин должно быть не мене 60−70 %.

Легкоплавкие глины (суглинки) – их еще принято называть глинами грубой керамики. Легкоплавкие глины обычно полиминеральные образования, с преобладанием гидрослюдистых минералов. Эти минералы слагают глинистую фракцию глин. Пылеватая и песчаная фракции сложены обломками кварца, полевых шпатов и включениями кальцита, гипса, пирита, оксидов железа. Все они, даже при преобладании грубых фракций, являются минералами примесями, влияющими на технологические свойства, но не определяющими их.

Такие породы являются основным сырьем для изготовления наиболее известного строительного материала – кирпича, черепицы, а также керамзита. Кроме того, легкоплавкие глины являются основным компонентом, наряду с кальцитом (молотым известняком) для получения клинкера – основы цемента.

Легкоплавкие глины для производства строительного кирпича должны хорошо формоваться, сохранять форму и не давать деформаций и трещин во время сушки и обжига, который происходит при температуре 900−1000 ºС. Они должны образовывать прочный и морозоустойчивый черепок. Используются среднепластичные глины. Излишне пластичные требуют отощающих добавок – песка, кирпичного боя и др.

На технологические свойства глинистого сырья и качество получаемой продукции (кирпича), одновременно влияет ряд факторов. Основной из них уровень содержания монтмориллонита. С увеличением его содержания улучшаются условия формовки кирпича – сырца и обжига, но ухудшаются сушильные свойства. Содержание кварца оказывает противоположное воздействие. Оксиды железа улучшают условия обжига, но при их избытке снижается прочность изделий. Вредное воздействие на качество кирпича оказывают соединения серы и карбонатов кальция и магния. Последние приводят к образованию «дутиков» и трещин, но при умеренном количестве и равномерном распределении в сырье не влияют отрицательно на качество продукции и снижают температуру обжига.

Качество кирпичных глин оценивается в основном по их химическому составу. Допустимые содержания химических компонентов в глинистом сырье таковы, масс. %: SiO₂ – не более 85 (в том числе свободный кварц 60), СаО+Мg – 20, соединения серы в перерасчете на Sо₃ – 2, FeO+Fe₂O₃ – 14, К₂О+Na₂O – 7, Аl₂O₃+TiO₂ не менее 7.

Для получения керамзита, который идет как заполнитель в легкие бетоны и в качестве теплоизоляционного материала, используются легкоплавкие глины, обладающими таким технологическом свойством, как вспучиваемость. По составу это должен быть монтмориллонит – гидрослюдистые глины. Каолинитовые глины непригодны. Оптимальное содержание монтмориллонита должно быть 27−40 %, кварца до 30 %, оксидов железа не менее 3 %, карбонатов – 0, органических веществ – 0,8−4 %. Глины как правило малопластичные – число пластичности 0,1.

В геологическом отношении рассматриваемые глины являются континентальными осадочными породами. На Урале подавляющее число месторождений сложено глинами и суглинками делювиального, озерного и аллювиального происхождения (генезиса) четвертичного возраста. Нередки месторождения, связанные с глинистыми образования древней (мезозойской) коры выветривания.

Огнеупорные глины – другое название – глины тонкой керамики (каолины). Они обладают температурой плавления свыше 1580 ºС, поэтому к этим глинам относятся разности их, сложенные каолинитом. Содержания глинозема в огнеупорных глинах более 38 %, кремнезема 45−46 %. Другим важнейшим свойством каолинита является его белизна. Вредными примесями являются кальцит, гипс, сидерит, соединения марганца и титана. С увеличением содержания глинозема в составе глин повышается их огнеупорность (при ограниченном содержании оксидов железа). Свободный кремнезем (в виде песка) уменьшает связывающую способность и пластичность глин. Присутствие оксидов железа, магния, кальция и щелочей понижает огнеупорность глин. Вредное влияние на качество изделий оказывает наличие соединений серы.

Необогащенный каолин применяют для получения огнеупоров, строительного фаянса. Обогащенный, т.е. практически чистый каолинит, ценнейшее сырья для изготовления высококачественной фарфоровой посуды, получения высококачественной бумаги (наполнитель).

По условиям образования каолины бывают как первичные – в коре выветривания, образовавшиеся за счет выветривания лейкократовых (светлых) гранитов или вторичные, осадочные, озерного, озеро-морского происхождения. Первичные более ценные.

В Свердловской области имеется 16 месторождений керамзитовых глин с общими запасами 34409 тыс. м³ (категории А + В + С₁). Фактически разрабатывается 4 месторождения – Гороблагодатское, Верхне-Тагильское, Северо−Салдинское, 2-е Талицкое. Сырьевая база керамзитовых глин обеспечивает производство керамзитового гравия на действующих предприятиях на длительную перспективу. В то же время разведанное сырье в большинстве месторождений имеет низкое качество. Для решения этой проблемы необходимо использовать высококачественные глины чеганской свиты палеогена, обладающие хорошей вспучиваемостью и прочностью получаемого из них гравия. Имеются хорошие предпосылки для выявления подобных месторождений на востоке и севере области.

В отношении кирпичных глин известно и учтено 102 месторождения с общими запасами 220929 тыс. м³. Отрабатывается 13. Наиболее крупные – Ревдинское (крупнейшее), Красноармейское, Свердловское, Старковское, Брусничное, Горнощитское 3-е, Горнощитское 5-е, Краснотурьинское 3-е, Майское 2-е, Шувакишское, Балтымское, Александровское, Заводское. Большинство заводов обеспечено запасами сырья, за исключением заводов Екатеринбурга, где обеспеченность является недостаточной. Месторождения глин имеются в большинстве районов Свердловской области.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: