Производство стеновых материалов в республике было сосредоточено в г. Керамический кирпич объемного окрашивания с использованием попутных пород бокситовых и титановых руд

Керамические стеновые материалы — лицевой кирпич и камни предназначены для кладки и облицовки наружных стен зданий и сооружений. Одной из причин незначительного производства лицевого кирпича является то, что ранее оно осуществлялось по пути использования светложгущихся тугоплавких и огнеупорных глин, запасы которых весьма ограниченны. Производство стеновых материалов в республике было сосредоточено в г. Ухта. Здесь расположены и функционируют три завода, выпускающие керамический кирпич. Проблему стеновых материалов в республике эти предприятия не решили, несмотря на наличие свободных мощностей.

При этом высококачественный керамический кирпич для массового индивидуального строительства имеет ограниченное использование из-за высоких цен. Производство кирпича разных расцветок, форм и размера для строительства современных архитектурных объектов взамен привозного дорогостоящего лицевого кирпича крайне необходимо. Для получения окрашенного минеральными добавками керамического кирпича были проведены исследования по использованию попутных пород бокситовых и титановых руд Среднего Тимана на основе природных гидратов глинозема и кремнийтитанатов. Исходным сырьем для производства продукции в ООО «Ухтинский завод глиняного кирпича» приняты глины Куратовского месторождения, разведанные на северо-восточном крыле Ухтинской антиклинали. Согласно исследованным физико-техническим свойствам глина Куратовского месторождения, по данным диаграммы А.И. Августиника, попадает в область кирпично-черепичных глин. В качестве минерального красителя для получения лицевого кирпича объемного окрашивания светлых тонов использована местная попутная порода титановых руд Ярегского месторождения тяжелой нефти — нефтебитуминозный титансодержащий песчаник.

Впервые в мире в 1937-39 гг. на территории Ухтинского района был освоен термошахтный способ добычи тяжелой нефти, сопровождаемый извлечением на поверхность в терриконы попутно добываемых камнеподобных глинистых и изверженных горных пород (аргиллиты, алевролиты, титансодержащие песчаники, диабазы). Титансодержащий песчаник содержит 90—94% минеральной составляющей и 6-10% органической (тяжелая нефть). Химический состав минеральной части песчаника включает, мае. %: SiO2 - 78-80; ТiO2 - 8-12; Аl2О3 - 2-2,5; Fе2О3 — 1—2,5. Химический состав органической части этой породы содержит, маc. %: парафино-нафтеновые углеводороды — 64,5—65,5; смолы - 29; асфальтени - 3,7. Минеральная часть породы состоит из, маc. %: кварца — 75—77; рутила (анатаз-кварцевый лейкоксен) — 16—17; сидерита - 0,5-1,5; глинистых минералов — 3—5. Гранулометрический состав минеральной части породы: размер зерен, % - 0,63-0,063 мм -80—90; плотность минеральной части, г/см3 - 2,7-2,75; прочность при сжатии, МПа - 30-40 [1].

При проведении экспериментальных работ в предварительно высушенное и измельченное до полного прохождения через сито 1 мм глинистое сырье добавляли измельченный до полного прохождения через сито 0,315 мм титаносодержащий песчаник от 5-20%, тщательно перемешивали для получения однородной массы, увлажняли до относительной формовочной влажности 20%. Из приготовленных сырьевых смесей (табл. 1) формовали образцы, которые высушивали до постоянной массы при температуре 105-110°С, а затем обжигали в электрической печи при температуре 1000°С. Полученные результаты исследований представлены в табл. 1. Таблица 1 Компоненты, маc. % Плотность, кг/см2 Водопоглощение, % Прочность при сжатии, МПа Морозостойкость, циклы Ожидаемая марка кирпича по ГОСТ 530-95 Глина- 100 1,82 15 17,1 25 150 Глина - 95 Песчаник - 5 1,84 16,7 19,4 35 175 Глина - 90 Песчаник - 10 1,94 17,3 22,4 35 200 Глина - 85 Песчаник - 15 1,91 18 21,7 35 175 Глина - 80 Песчаник - 20 1,87 18,3 17,6 25 150 Лейкоксен нефтебитуминозного титансодержащего песчаника представляет собой непрочные агрегаты игольчатого рутила, анатаза и кварца. При температурах процесса спекания в 1000-1050°С анатаз переходит в рутил, игольчатые кристаллы которого обладают повышенной микропрочностью и, равномерно распределяясь в стеклофазе, способствуют ее упрочнению. Оптимальное содержание песчаника в керамической массе, по данным табл. 1, составляет 10 маc. %. Механическая прочность при сжатии достигает 21—23 МПа, увеличиваясь на 20—25% по сравнению с прочностью образцов из красножгущейся глины и обеспечивая получение продукции марок М175-200.

По внешнему виду цвет образцов — бежевый. Высолов на поверхности изделий не наблюдается. Основным сырьем для производства кирпича в ОАО «Ветлосянские стройматериалы» (г. Ухта) являются глины Сирачойского месторождения. Они относятся к легкоплавким полукислым глинам с высоким содержанием карбонатных и кварцевых включений, дисперсным, умеренно пластичным.

Химический состав, мае. %: SiO2 -56,4-62,2; Аl2О3+ТiO2 - 16,3-19,3; Fe2O3 - 6,6-9,5; СаО - 1,1-4,8; MgO - 1,9-2,5; Na2O - 0,4-0,5; К2О - 2,7-3; SO3 - следы - 0,3; п.п.п. — 5—7,9. Глины пригодны для производства кирпича марок по прочности при сжатии 100—150 и морозостойкости марки F15. Для данного сырья в качестве минеральной добавки при объемном окрашивании использованы высокожелезистые низкомодульные попутные породы бокситовых руд, в том числе аллиты, сиаллиты Вежаю-Ворыквинского месторождения Среднего Тимана.

Они представляют собой очень прочную, ожелезненную породу темно-вишневого цвета с гнездами хлорита и каолинита, обломками олитового боксита. Улучшение спекания легкоплавких красножгущихся глин типа сирачойской с использованием низкомодульных бокситов происходит за счет повышения содержания в шихте оксидов железа. Они оказывают влияние на процессы спекания керамической массы путем создания дополнительного количества силикатного расплава, обеспечивая стабильный цвет изделия. В процессе обжига шихты с железосодержащей добавкой имеет место некоторое связывание оксидов железа оксидом кальция с образованием двухкальциевого феррита.

Для получения яркого черепка из красножгущейся глины необходимо повышение температуры обжига изделий. Определения формовочных и сушильных свойств, спекаемости и показателей физико-технических свойств обожженного черепка производили на образцах-кирпичиках размером 60x30x10 мм, балочках размером 135x25x10 мм и кубах размером 50x50x50 мм. При внешнем осмотре высушенных образцов — кубов и балочек из сирачойской глины в чистом виде высолов на их поверхности не обнаружено, в то время как после обжига они ярко проявляются. С целью предотвращения высолов на поверхности изделий и улучшения декоративных свойств кирпича в шихту была введена минеральная добавка - попутная бокситовая порода в виде порошка фракции менее 1 мм в различных соотношениях. Оптимальная температура обжига составила 1080°С.

Результаты исследований приведены в табл. 2. Таблица 2 Компоненты, мас. % Температура обжига, °С Усадка, % Спекаемость Предел прочности, МПа при Цвет обожженных образцов воздуш- ная огне- вая плотность, г/см3 водопогло- щение, % сжатии изгибе Глина- 100 930 5,6 0,4 1,72 19,9 10,9 4 Охра темная 980 5,6 0,8 1,82 17,3 26,9 13,3 Оранжевый Глина - 90 Бокситовая порода - 10 1030 6 0,8 1,78 1,84 26,8 12,4 Темно-оранжевый 1050 6 1,4 1,8 17,7 29,5 12,4 Коричнево-красный 1080* 5,2 2,8 1,87 17,1 44,2 14,6 Коричневый Глина - 80 Бокситовая порода - 20 1030 5,2 0,4 1,79 19,1 26,8 12,4 Темно-оранжевый 1050 5,8 3,8 2 13,9 29,5 12,4 Коричнево-красный 1080* 5,4 2,6 1,9 15,1 - 13,9 Коричневый Глина - 70 Бокситовая порода - 30 1030 4,8 0,4 1,81 19,5 22,9 10,4 Коричнево-красный 1050 5,2 2,8 1,9 16,5 22,8 15,2 Коричневый * - Образцы-кубы и балочки отформованы из шихты с глиной заводского помола. Из подготовленного сырья с размером частиц до 3 мм и добавкой 15% бокситовых пород пластическим формованием были изготовлены в металлической разъемной пресс-форме образцы сырца размером 255x123x70 мм. Образцы, обожженные в силитовой электрической печи, подвергали физико-механическим испытаниям. Результаты исследований представлены в табл. 3. Таблица 3 Состав шихты мас. % Температура обжига, °С Плотность, кг/м3 Водопоглощение, % Предел прочности, МПа при Цвет Ожидаемая марка по прочности кипячением через 48 ч при 20°С сжатии изгибе Глина - 85 Боксит красный - 15 1080 1980 14,9 13,5 21,7 9,3 Коричневый, высолы 200 Проведенные нами исследования принципиально показали, что ввод в составы керамических масс попутных пород бокситовых и титановых руд способствует получению лицевого кирпича высоких марок по прочности и морозостойкости, утилизации промышленных отходов от карьерного хозяйства, охране окружающей среды и расширению сырьевой базы строительных материалов на Севере.