Розміри і форма часток глинистих мінералів

Мінерал	Форма часток	Розмір часток
Дікіт   Каолініт   Каолініт у багатьох вогнетривких глинах   Галуазит	Група Каолініту - Чітко виражені гексагональні пластинки - Гексагональні пластинки, часто добре оформлені, товщина різноманітна, іноді подовжені - Гексагональні пластинки, часто недостатньо чіткі за формою   - Подовжені стрижні або трубки, є розірвані і частково розгорнуті трубки	Звичайно 1-10 мкм, іноді більше Звичайно значно менше 0,1-3 мкм     Звичайно значно менше 1 мкм     Зовнішні діаметри 0,05-2 мкм; довжина 0,1-1 мкм; товщина стінок 0,02 мкм
Монтморилоніт     Нонтроніт   Гекторіт	Група монтморилоніту Звичайно дуже нечітко оформлені гексагональні пластинки з тенденцією до агрегації   Нечітка кристалізація, пластинчастої, або стрічкоподібної форми   Тонкої пластинки	Значно менше 1 мкм     Довжина 1 мкм, ширина 1 мкм
Гідрослюда, ілліт Аллевартит	Група слюд Нечітка форма, тонкі гексагональні хлоп'я Стрічкоподібні частки	-   Довжина 1 мкм, ширина 1 мкм
Полігорскіт, або аттапулгіт   Сепіоліт	Інші глини Волокна     Кристали у виді стрижнів і хлоп'їв	Довжина 0,1 - 5 мкм, ширина 0,01 - 0,1 мкм Довжина стрижнів 0,1 - 5 мкм, хлоп’я 0,1 – 5 мкм,

Властивості глин змінюються не тільки в залежності від мінералогічної групи, але залежать також і від умов утворення даного родовища.

Каоліни, звичайно, класифікуються, як осадові, тобто ті, що залишилися після утворення на тому ж місці, або вторинні (переміщені), тобто ті, що, після утворення були переміщені під дією повітря, або води і відкладені знову на деякій відстані від місця їхнього утворення.

Осадові глини, звичайно, знаходяться в суміші зі значними кількостями слюди, кварцу і польового шпату, що навіть не розкладався. Ці домішки повинні бути відділені. Осадові глини, звичайно, мають більший розмір часток і меншу пластичність, чим вторинні глини. Їх зерновий склад, як правило, змінюється від тонко дисперсних (пило видних) різновидів у верхній частині покладу до грубо дисперсних (зернистих) - у нижньої, ще нижче залишкові глини поступово переходять у незруйновані материнські (польовошпатові) породи. Вторинні глини, як правило, мають дуже невеличкий розмір часток, високу пластичність і менш забруднені грубозернистими мінеральними домішками. Проте присутність у них значних кількостей органічних матеріалів більше.

Глини, що піддалися після утворення дії високих тисків, звичайно, ущільнені до такого ступеня, що вони дуже тверді, непластичні і важко диспергують у воді. Часто вони мають раковистий злам (сланці, сухарі). Осадові (вторинні) глини, звичайно, більш рівномірні за складом та властивостям. Розрізняють делювіальні, льодовикові і льосовидні осадові глини. Делювіальні глини були перенесені дощовими, або сніговими водами, звичайно, недалеко від місць їхнього походження.

Для родовищ цих глин характерні шаруваті нашарування, неоднорідний склад та засміченість дрібними домішками. Льодовикові глини були перенесені льодовиком, що у далекому минулому покривав значну частину земної поверхні. Ці глини залягають, звичайно, лінзами, бувають сильно засмічені кам'янистими включеннями від великих валунів до дрібної щебінки. Льосовидні глини були перенесені вітром, вони розташовуються переважно на межі колишню пустиню, де вітри значно змінювали свою швидкість. Такі глини характеризуються однорідним складом, високою дисперсністю (пилуватістю) і сильно пористою будовою.

Відкладені глинисті породи з часом ущільнювалися, пропитувалися різноманітними розчинними у воді солями та речовинами, що склеюють, (наприклад, продуктами гниття та розкладання рослинності) і в такий спосіб відбувалася цементація часток глин в окремі агрегати (групи) і цілком у глинисту породу. При цьому утворені глинисті породи в залежності від властивостей плівок, що цементують, можуть легко розпушуватися у воді або бути водостійкими.

Українські родовища глин.

Артемівське родовище тугоплавких глин розташоване в Донецькій обл. у 4-7 км від м. Артемівська. За мінеральним складом глина гідрослюдисто-каолінітова з домішкою кварцу (в окремих пробах зміст кварцу доходить до 20-35%) і незначними домішками польового шпату, гіпсу та кальциту. Запаси близько 16 млн. т. Глини цього родовища застосовуються для виробництва кислототривких виробів, керамічних труб і керамічних плиток.

Веселовське родовище вогнетривких і тугоплавких глин розташоване в Донецькій обл. у 15-25 км від ст. Дружковка. Запаси близько 7 млн. т. За мінеральним складом глини гідрослюдисто-каолінітові, потужність розкривних порід 0,3—25 м (середня 10-12 м), потужність корисної копалини 1,4-7 м (середня 3-4 м). Веселовські глини, як у суміші з іншими, так і окремо можна використовувати для виробництва усіх видів будівельної кераміки. Однак, з огляду на унікальність родовища, глини застосовуються для порцелянових і радіокерамічних виробів, для виробів санітарних керамічних, для виробництва керамічних плиток, рідше - для кислототривів і керамічних труб у суміші з іншими глинами.

У міру виснаження Веселовського родовища буде вводитися в експлуатацію Андріївське родовище аналогічних вогнетривких глин із запасами 16 млн. т. загальних запасів із змістом А1₂0₃ не менш 19% і кварцу не більш 12% придатні для виробництва кислототривів і керамічних каналізаційних труб. Глини 2-го сорту використовуються для виробництва лицьових каменів і стінової цегли.

Никифорівське родовище тугоплавких гідрослюдисто-каолінітових глин розташоване в 25 км від м. Слов’янська Донецької обл. Запаси глин близько 4 млн. т. З чотирьох шарів глин промислове значення мають два нижні шари червоних глин потужністю до 7 м кожний. Глини Никифорівського родовища використовуються в основному для виготовлення плиток, як у суміші з іншими, так і самостійно. При швидкісних режимах випалу в щілинних роликових печах глини технологічні, обпалений черепок має темно-червоний (іноді бордовий) колір.

Миколаївське родовище каолініто-гідрослюдистих глин розташовано в Донецькій обл., у 15 км від м. Слов’янська. Запаси близько 13 млн. т. Корисна товща родовища складена двома шарами - нижнім і верхнім, кожен, із яких укладений між прошарками різнозернистих пісків і суглинків. Середня потужність глин кожного шару 6-8 м.

Глина поставляється споживачам для виробництва керамічних плиток і кислототривів. Після випалу матеріал виробів із деяких різновидів миколаївських глин здобуває приємний жовтий колір. Через великий зміст органічних включень, ця глина вимагає подовженого випалу. Уповільнення випалу в тунельних печах необхідно при температурі підігріву 500-700°С, при швидкісному - при температурі 850-900 С, що приводить до зниження продуктивності грубних агрегатів (у роликових печей, наприклад, на 20%). У зв’язку з цим миколаївська глина часто застосовується в суміші з іншими глинами.

Новорайське родовище гідрослюдисто-каолінітових вогнетривких глин розташовано в Донецькій обл. у 8 км від ст. Дружковка. Запаси глин близько 90 млн. т. У залежності від. змісту А1₂0₃, Fe₂0₃ і вогнетривкості глини родовища підрозділяються на чотири сорти основних і два сорти напівкислих глин із змістом А1₂0₃ відповідно не менш 33, 32, 30, 28, 20 і 13%. Глини використовують у виробництві санітарно-будівельних виробів.

Часов-Ярське родовище вогнетривких глин знаходиться в 12 км від м. Артемівська Донецької обл. Запаси глин близько 39 млн. т. Колір глини ясно-сірий, сірий з рожевим відтінком.

Найбільш практичне значення має центральна частина родовища. Тут знаходяться найбільш високосортні глини. За мінеральним складом глини в основному являють собою тонко дисперсну суміш каолініту, гідрослюди, кварцу, органічної речовини та акцесорних мінералів. Кількість часток розміром менш 0,001 мм від 38 до 90%, число пластичності 16-44. Ці глини, придатні для виробництва усіх видів виробів будівельної кераміки, але використовуються в основному для виробництва вогнетривких виробів. Для керамічної промисловості поставляється менш 5% глин, що добуваються, в основному, напівкислі глини.

Просянівське родовище - одне з найважливіших і великих родовищ первинних каолінів. Воно розташоване у Дніпропетровській обл. у 10 км від ст. Просяна. Запас каолінів близько 85 млн. т. Переробляється в рік більш 1900 тис. т первинного - каоліну, із них 37% збагачується мокрим способом, 44% - сухим. Інше переробляється на фабриці хімічного відбілювання і магнітної сепарації. Середній зміст каолініту в породі 47-48%. Витяг корисного компонента в концентраті в залежності від методу збагачення 60-69%.

Глухівське родовище - первинних каолінів розташоване у Вінницькій обл. у 3 км від залізн. с. Глуховці. Запаси близько 35 млн. т. Щорічно переробляється більш 1000 тис. т первинного каоліну в рік, із них більш 90% збагачується мокрим способом, інше сухим. Середній зміст корисного компонента в породі 57-58%. Основний споживач глуховецького каоліну – паперова та хімічна промисловість, близько 5-6% загального обсягу випуску використовується у виробництві будівельної кераміки.

Новоселицьке родовище вторинних і первинних каолінів розташоване в 20 км до півдня від м. Звенигородка Черкаської обл. Запаси близько 7,5 млн. т. У покрівлі каоліну залягає буре вугілля, іноді піски та глина, сумарна потужність 2,5-63 м, середня - 35 м. Підстилається поклад бучакськими пісками, первинними каолінами і каолінізованими продуктами вивітрювання кристалічних порід. Характерна риса новоселицьких каолінів - підвищений зміст А1₂0₃ (в окремих шарах до 58-73%), що в 1,5 раза перевищує теоретично можливий зміст А1₂0₃ у хімічно чистому мінералі каолініті (39%) і порозумівається присутністю в каоліні гідроаргіллита. Високий зміст глинозему, високі вогневі властивості та здатність спікатися при помірній температурі випалу додають новоселицьким каолінам унікальну цінність, як сировини для високо глиноземистих і високоякісних вогнетривів. Для промисловості будівельної кераміки вторинний каолін Новоселицького родовища - один із кращих через гарну дисперсність, малої кількості кварцу та відсутності залишків коагулянтів (СаО), що вводять на збагачувальних фабриках типу Просяний і Глуховці при мокрому збагаченні первинних каолінів.

Володимирське родовище вторинних каолінів розташоване в Донецькій обл. у 8 км від залізн. ст. Велико-Анадоль. Балансові запаси корисної копалини більш 31 млн. т. Каоліни цього родовища поділяються на три сорти із змістом Аl₂Оз відповідно не менш 39, 33 і 28% і Fe₂Оз не більш 1,2; 1,8 і 2,5%. Володимирські каоліни використовуються у вогнетривкій промисловості, для виробництва фарфоро-фаянсових виробів і виробів будівельної кераміки.

Дубровське родовище первинних каолінів із запасами більш 1 млн. т розташовано в Житомирській обл. у 3 км від залізн. ст. Радуліно. Дубровський каолін при змісті каолініту 30—35%, кварцу 38-42% і калієвого польового шпату 20—25% рекомендується застосовувати у виробництві керамічних санітарних виробів без збагачення. При цьому практично з рецептури маси виключаються польовий шпат і кварцовий пісок. Крім того, напівфабрикат, відлитий зі шлікеру із застосуванням дубровського каоліну, після сушіння має підвищену міцність, що позитивно позначається в технологічному процесі виробництва.

Речовинний склад. Глини включають глинисту речовину та домішки. Глиниста речовина являє собою комплекс мінералів, що утворюють глину, найголовніші, з яких - каолініт, монтморилоніт і гідрослюда. Усі мінерали, що утворюють глину, є водяними алюмосилікатами, їм властива шарувата (пакетна) будова кристалічної решітки, при змішуванні з водою вони утворять тісто, спроможне формуватися.

Зерновий склад. Глинисті породи складаються з часток різноманітного розміру. Зерновий склад являє собою кількісне співвідношення часток різного розміру, фракцій, виражене в % по масі.

Фракція - сукупність зерен у заданому інтервалі розмірів.

За змістом тонко дисперсних фракцій глинисту сировину підрозділяють на групи (табл. 2.3).

За утриманнями грубозернистих включень розміром більш 0,5 мм розрізняють групи глинистої сировини з низьким (менше 1 %), середнім (1- 5 %) і високим (понад 5 %) змістом включень. По розміру включень розрізняють такі види глин: із дрібними (менше 1 мм), середніми (1-5 мм) і великими (понад 5 мм) включеннями.

Таблиця 2.3.

Групи глин у залежності від змісту тонко дисперсних фракцій, %

Група	Фракція, мм, менше
Високодисперсні Середньо дисперсні Мало дисперсні Грубо дисперсні	Понад 85 від 65 до 85 від 30 до 60 30 і менше	Понад 60 від 40 до 60 від 15 до 40 15 і менше

Зерновий склад глин, використовуваних у виробництві виробів будівельної кераміки, характеризують частіше усього кількістю часток таких розмірів, мкм: 1000-250, 250-50, 50-10, 10-5, 5-1 і менше 1. У технічних вимогах на глини різноманітних родовищ, звичайно, регламентується кількість часток розміром більш 60 мкм.

Хімічний склад. Хімічний склад глин значною мірою характеризує їхня придатність для виробництва виробів визначених видів. При зіставленні хімічного складу різноманітних глин, звичайно, розглядають кількість оксиду різних хімічних елементів, з яких складаються всі з'єднання глин. Хімічний склад глин характеризується такими основними оксидами.

Кремнезем SiО₂ знаходиться у глинах у зв'язаному та вільному стані. Зв'язаний кремнезем входить до складу мінералів, що утворюють глину, вільний - поданий домішками кварцового піску. Загальне утримання кремнезему у глинах 50-65 %, у запісочених 80-85 %. У залежності від утримання вільного кварцу глини бувають із низьким (10%), середнім (більш 10 до 25 %) і високим (понад 25 %) утриманням.

Оксид алюмінію Al₂O₃ знаходиться у глинах у зв'язаному стані, у складі мінералів, що утворюють глину, і слюдистих домішках. Він є найбільш тугоплавким оксидом, із підвищенням його утримання зростає вогнетривкість глин. Глини в залежності від утримання в них оксидів алюмінію підрозділяють на високо глиноземисті (понад 45%), високо основні (понад 38 до 45 %) основні (від 28 до 38 %), напівкислі (менше 28 до 14 %) і кислі (менше 14 %). У виробництві виробів будівельної кераміки, звичайно, використовують основні та напівкислі глини.

Домішками є всі складові частини глинистої породи, що не володіють властивостями глинистих мінералів. Основними видами домішок у глинах є.

Включення кварцу та уламків гірських порід зустрічаються у глинах у виді кварцу, кварцитів, гранітів, сланців і інших порід. Вони отощують глину, погіршують її технологічні властивості - ускладнюють формування, випал, зменшують міцність, а іноді і морозостійкість обпалених виробів.

Карбонатні включення (кальцит, доломіт) зустрічаються у глинах у виді тонко дисперсних рівномірно розподілених пилуватих часток, пухких примазок і скупчень, у виді щільних кам'янистих включень. Тонко дисперсні карбонатні домішки руйнуються при випалі та обумовлюють підвищену пористість керамічного черепка і деяке зниження його міцності, ускладнюють випал виробів. Пухкі примазки та скупчення при механічному опрацюванні глини легко руйнуються та перетворюються в рівномірно розподілену тонко дисперсну домішку, їхня кількість, звичайно, невелика і тому вони істотно не впливають на властивості глин.

Кам'янисті карбонатні включення шкідливі; вони викликають поступову руйнацію обпалених виробів (дутик) у процесі їхнього збереження та експлуатації.

Включення залозистих мінералів зустрічаються у виді тонко дисперсних, рівномірно розподілених часток (мінералу лімоніта, оксидів, або гідрооксидів заліза) або твердих включень піриту або, сидериту. Тонко дисперсні залозисті домішки надають обпаленому керамічному черепку різноманітне фарбування від білого до червоного кольору. При утриманні у глині до 1 % оксидів заліза і до 0,5 % оксидів титану утвориться після випалу білий черепок; глини, що містять до 2 % оксидів заліза і до 1 % оксидів титана, утворять черепок світлих тонів (жовтуватий, сіруватий). При більшій кількості барвних оксидів інтенсивність фарбування черепка збільшується.

Наявність тонко дисперсних залозистих домішок сприяє одночасно зменшенню вогнетривкості глин і зниженню температури випалу виробів, а їхнє підвищене утримання збільшує схильність глини до спушування у процесі випалу. Включення піриту - FeS, або сидериту - FеСОз, викликають на обпалених виробах появу залозистих виплавок, або крапкових чорних плям, мушок.

Лужні оксиди (калію та натрію) утримуються в домішках глин (у виді розчинних солей) і в польовошпатовому піску.

Розчинні солі при сушінні виробів виступають на його поверхні, а при випалі оплавляються, створюючи на поверхні вироби нальоти різноманітних кольорів, погіршуючи зовнішній вигляд, а в ряді випадків і експлуатаційні властивості виробів. Вони знижують водопоглинання обпалених виробів. Сірчанокисла сіль натрію Na₂S0₄ - шкідлива домішка, тому що вона кристалізується в порах обпаленого виробу з різким збільшенням обсягу і може викликати руйнацію виробу.

Органічні домішки (залишки рослинного походження), звичайно, утримуються у глинах від 1 до 10 %. При випалі виробу вони згоряють, виділяючи гас, що може призвести до утворення чорної серцевини в черепку виробу, а в ряді випадків - до спушування черепка.

Оксиди лужноземельних металів - оксид кальцію СаO, оксид магнію MgO - входять, звичайно, до складу карбонатів - кальциту та доломіту, а в невеличких кількостях - до складу деяких глинистих мінералів. У невеличких кількостях (до 3- 4 %) оксиди лужноземельних металів сприяють спіканню керамічних мас, за великою кількістю - призводять до підвищення пористості черепка. Звичайно, утримання оксиду кальцію у глинах складає декілька відсотків і лише в окремих різновидах досягає 20 25 %. Утримання оксиду магнію не перевищує 2-3 %.

Оксиди заліза Fe₂O₃ присутні у глинах, головним чином, у складі домішок. Утримання їх у глинах коливається від долі відсотка до 8-10 %.

Оксид титана TiO₂ утримується в домішках, його кількість не перевищує 1,5 %. Ця домішка надає обпаленому черепкові зеленувате фарбування.

Структура. Глинисті мінерали, звичайно, представлено гідросилікатами алюмінію, вони тонкодисперсні, а їх частинки мають плоский габітус.

Характер і властивості цих мінералів у значному ступені визначаються їхньою структурою. Будова кристалічної решітки звичайних глинистих мінералів основана на комбінації шарів (Si₂O₅)_n, які зв'язані у вузлах із шарами AlO(OH)₂.

Якщо іони кисню, які лежать під площиною Si₂O₅, вбудовуються у площину AlO(OH)₂, тоді вони можуть утворювати шари складу Al₂(Si₂O₅)(OH)₄, що спостерігається в найбільш розповсюдженому мінералі – каолінові (рис. 2.3).

Другою основною структурою глинистих мінералів є структура монтморилонітових глин, яка характерна для пірофіліту (рис. 2.4).

Рис. 2.3. Схема структури каоліну

Рис. 2.4. Схеми структур глинистих матеріалів

Типи глин. Різноманітні класифікації глин ґрунтуються на їх геології, мінералогії, составі, властивостях і використанні, але жодна з них не охоплює всієї можливої розмаїтості глин. Найбільше поширеними типами глин є такі.

Пластичні глини. До цього типу відносять осадові білопалені глини з невеличким розміром часток, що володіють високою пластичністю та міцністю у висушеному стані.

Вогнетривкі глини. Глини цього типу не є білопаленими, але вільні від таких плавнів, як залізо, лужноземельні та лужні метали, а також від надлишку кремнезему.

Сухарні глини включають непластичні тверді вогнетривкі глини, що мають низьку вогневу усадку.

Гончарні глини. Під цим загальним терміном розуміють різноманітні білопалені глини, що мають достатню пластичність, і вироби з яких можуть бути обпалені без утрати форми.

Глинисті сланці є твердими непластичними, звичайно, скам'янілими глинами з низькою вогневою усадкою.

Спікливі глини. Це глини, які ущільнюються при випалі під дією достатньо невисоких температур та, звичайно, містять значні кількості заліза і мають відносно низьку вогневу усадку.

Цегельні глини. До цієї групи відносять льосові глини (глини, що утворилися в результаті діяльності вітру, що містять велику кількість кремнезему та лугів і мало глинозему), льодовикові глини (звичайно, піщанисті глини, що містять значні кількості заліза) і глини інших типів, вироби з яких може бути сформовано пластичним методом і обпалені при низькій температурі, даючи прийнятне фарбування та текстуру.

Поливи. До цієї групи відносять глини, що містять достатню кількість плавнів, що цілком розплавлюються при дії невисоких температур. Вони використовуються для виготовлення емалей.

Дата добавления: 2014-10-17