899

Левицкий И.А, Павлюкевич Ю.Г., Баранцева С.Е.,Климош Ю.А.
Фазовые и структурные превращения в амфиболах и глауконитах Беларуси и продуктах их техногенеза

ФАЗОВЫЕ И СРУКТУРНЫЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ В АМФИБОЛАХ И ГЛАУКОНИТАХ БЕЛАРУСИ И ПРОДУКТАХ ИХ ТЕХНОГЕНЕЗА

PHASE AND STRUCTURAL CHANGES IN AMPHIBOLS AND GLAUCONITES OF BELARUS AND PRODUCTS OF THEIR TECHNO GENESES

И.А. Левицкий, Ю.Г. Павлюкевич, С.Е. Баранцева, Ю.А. Климош

I.A. Levitsky, Y. G. Pavlyukevich, S.E. Barantseva, Y.A. Klimosh

Belarusian State Technological University, Minsk, keramika@bstu.unibel.by

The complex study of mineral raw materials of the Republic of Belarus have been carried out. The questions of the structure formation, phase composition and characteristics of synthesized ceramics, glass ceramics and glazes with initial chemical and mineralogical composition of raw materials have been revealed.  The ways of intensification of sintering processes of synthesized products on the base of the mineral raw materials have been developed.

The influence of technological factors on phase structure, parameters of sintering ability and physical and mechanical properties of materials have been researched.  As a result of generation of experimental data the scientific-technological laws of synthesis of developed materials on the base of  nonconventional raw materials have been revealed and recommendations for designing structure for manufacture of products of various purposes have been given.

Отсутствие в Республике Беларусь высококачественного минерального сырья требует разработки и совершенствования технологии производства строительных материалов с использованием нетрадиционных сырьевых источников, к которым можно отнести амфиболовые концентраты и глауконитсодержащие породы.

Амфиболовые концентраты представляют собой отходы обогащения железистых кварцитов Околовского месторождения Минской области, включающие разнообразные по составу амфиболиты, гнейсы, железистые кварциты и другие породы. Их химический состав включает, мас.%: SiO₂ 50–61; Al₂O₃ 5,8–6,8; Fe₂O₃+ FeO 15,1–28,9; CaO 6,4–7,4; MgO 4–5,1; K₂O+ Na₂O 1,1–1,7. Присутствуют примеси TiO₂, MnO, P₂O₅. Потери при прокаливании составляют от 1 до 2,5 %.

Рентгенофазовый анализ амфиболовых концентратов показал  наличие кварца, роговой обманки, гематита, магнетита, минералов группы хлорита. В незначительных количествах присутствуют также анортит, кальцит, биотит.

Следует отметить, что фазовый состав данного сырья весьма сложен и, в связи с этим, идентифицировать конкретные кристаллические фазы затруднительно. Так, роговая обманка представлена группой минералов (куммингтонит, актинолит, тремолит) и их изоморфными смесями с близкими параметрами кристаллических решеток. 

Сопоставление данных ДТА и РФА позволяет заключить, что при обжиге амфиболовых концентратов в температурном интервале 570–860 ^оС происходит разрушение структуры хлорита, 1050–1150 ^оС – роговой обманки, 1100–1180 ^оС – биотита. За счет продуктов распада хлорита и амфиболов происходит образование диопсида. Температура плавления амфиболитовых концентратов находится в пределах 1130–1230 °С.

Глауконитовое сырье ряда месторождений представлено полимиктовыми глауконитовыми песками с высокой долей кварцевой составляющей и распространено в центральной и южных частях территории республики. Содержание собственно глауконита не превышает 23 %.

Согласно химическому анализу глауконитовые пески характеризуются содержанием по массе значительного количества SiO₂ – 70,4–89,7 %; Al₂O₃ – 2,7–11,2 % и (FeO+Fe₂O₃) – 3,2–9,2 %, а также (СаО+MgO) – 1,6–3,1; (Na₂O+K₂O) – 1,3–4,1 %. При обогащении породы содержание оксидов железа (II,III) повышается и составляет 21,78–25,5 %, а содержание SiO₂ снижается до 49,5–54,1 %.

По данным РФА разрушение кристаллической структуры при термообработке глауконита происходит сразу после потери химически связанной воды. Образующийся при нагревании гематит с повышением температуры обжига частично переходит в вюстит (FeO) с образованием железосодержащих твердых растворов – алюмоферритов магния, состав которых варьируется  в пределах от FeO^.Fe₂O₃  и  MgO^.Fe₂O₃  до (Mg,Fe)Al₂O₄.  Характерно, что при обжиге глауконитовых песков в интервале температур 1100–1200 °С формируется фаялит, с повышением температуры термообработки выше 1200 °С наблюдается образование кристобалита.

Глауконитсодержащие породы и амфиболовые концентраты успешно опробованы в качестве компонентов керамических масс, а также в составах цветных стекол и фриттованных глазурей, керамических пигментов, каменного литья и петроситаллов. При этом содержание пород в керамических массах может достигать 30 %, в шихте для стеклокристаллических материалов  (петроситаллы и мелющие абразивоустойчивые тела) 85–90 %, в глазурях и стеклах – до 60 % по массе. 

Использование указанных пород позволяет осуществлять структурно-управляемый синтез и регулировать процесс формирования структуры материалов за счет обогащения расплава железистыми составляющими с последующей кристаллизацией минералов группы пироксенов, плагиокзаза и шпинели, сочетание которых придает керамике и стеклокристаллическим материалам высокие технические характеристики.