Введение
1 Современные представления о физико-химических и технологических процессах формирования качества алюмосиликатной керамики на основе природного огнеупорного сырья 10
1.1 Сырьевая база огнеупорного глинистого сырья Урало-Сибирского региона для алюмосиликатной керамики 10
1.2 Пути активации процессов синтеза муллита и спекания алюмосиликатной керамики 16
1.2.1 Активация процессов структурообразования в алюмосиликатной керамике на основе каолинов и огнеупорных глин 16
1.2.1.1 Влияние жидкой фазы на процессы фазообразования и спекания керамических материалов 16
1.2.1.2 Особенности структуры и свойства муллита — основной кристаллической фазы глиносодержащих керамических материалов 19
1.2.2 Особенности процесса формования муллита из каолинов и огнеупорных глин 22
1.2.3 Технологические факторы, ускоряющие процесс спекания муллитосодержащей керамики 26
1.2.3.1 Влияние температуры обжига (тепловое активирование) на процесс спекания керамики 26
1.2.3.2 Химическое активирование процесса спекания керамических материалов за счет введения добавок 27
1.2.3.3 Механохимическое активирование процесса спекания алюмосиликатных керамических материалов 33
1.2.3.4 Влияние газовой среды на процесс спекания керамики 35
1.3 Керамические пропанты для нефтегазодобывающей отрасли - новое направление применения алюмосиликатной керамики 37
1.3.1 Особенность отечественной нефте- и газодобычи в современных условиях 38
1.3.2 Виды керамических пропантов и требования к ним 40
1.3.3 Технологические особенности получения алюмосиликатных пропантов 46
1.4 Постановка задач исследования 49
2 Характеристика сырьевых материалов, методы и методология исследования 51
2.1 Химико-минералогическая характеристика огнеупорного глинистого сырья
Урало- Сибирского региона 51
2.1.1 Каолин месторождения «Журавлиный Лог» 51
2.1.2 Каолин Кампановского месторождения 53
2.1.3 Барзасское месторождение огнеупорного алюмосиликатного сырья - комплексный сырьевой источник для керамической промышленности 61
2.1.3.1 Каолиновое сырье Гавриловского участка Барзасского месторождения 62
2.1.3.2 Глинистые бокситы Барзасской группы месторождений (Гавриловского участка) 63
2.1.4 Диабазовые порфириты Васильевского месторождения Кемеровской области как сырье в керамических технологиях 66
2.1.5 Возможности использования природных и техногенных железооксидных компонентов в составах алюмосиликатных масс 67
2.1.5.1 Характеристика железной руды Бакчарского месторождения 67
2.1.5.2 Характеристика пиритных огарков — техногенных отходов сернокислотного производства 68
2.2 Методы исследования основных характеристик сырьевых материалов и изделий на их основе 69
2.2.1 Рентгеновский анализ 70
2.2.2 Оптическая и электронная микроскопия 71
2.2.3 ИК-спектроскопия 71
2.2.4 Комплексный термический анализ 72
2.2.5 Определение степени упорядоченности структуры каолинита 72
2.2.6 Исследование свойств готовых изделий (проппантов) согласно ГОСТ Р 51761-2005 73
2.2.6.1 Определение насыпной плотности пропанта 73
2.2.6.2 Определение сопротивления пропанта к раздавливанию 74
2.2.6.3 Определение сферичности и округлости пропантов 75
2.3 Методологическая схема проведения исследований 76
3 Физико-химические процессы при термической обработке огнеупорного глинистого сырья и его композиций с другими компонентами 78
3.1 Сравнительный анализ структурно-минералогических особенностей огнеупорного глинистого сырья Урало-Сибирского региона 78
3.2 Исследование процессов спекания каолинов Урало-Сибирского региона 86
3.3 Исследование процессов фазообразования в каолинах Урало-Сибирского региона 91
3.4 Активация процессов синтеза муллита и спекания муллитосодержащей керамики на основе огнеупорного глинистого сырья 96
3.5. Активация процесса спекания трудноспекающегося огнеупорного глинистого сырья добавками природных и техногенных компонентов 105
3.5.1 Влияние добавок железооксидных компонентов на спекаемость гавриловского каолина 106
3.5.2 Активация спекания гавриловского колина добавками природного глиноземистого компонента — гавриловским глинистым бокситом 109
3.5.3 Влияние добавок диабазовой породы на спекаемость гавриловского каолина 111
3.6 Выводы и рекомендации 115
4 Пути и способы повышения качества плотноспеченной гранулированной алюмосиликатной керамики 117
4.1 Отработка технологических параметров повышения прочности гранулированной алюмосиликатной керамики на основе огнеупорного глинистого сырья 118
4.1.1 Установление принципиальной возможности получения пропантов на основе каолинов Урало-Сибирского региона 119
4.1.1.1 Исследование влияния природы пластифицирующих компонентов на прочностные характеристики гранулята 122
4.1.1.2 Влияние температуры предварительной термоподготовки каолина на активацию его уплотнения и упрочнения в процессе спекания 127
4.1.1.3 Исследование комплексного влияния условий термоподготовки и введения минерализующих добавок на процесс активации синтеза муллита и спекания алюмосиликатной керамики 134
4.2 Выводы и рекомендации по главе 146
5 Разработка составов и технологии керамических алюмосиликатных пропантов на основе сырья урало-сибирского региона 148
5.1 Разработка составов и технологии алюмосиликатных пропантов из каолина месторождения «Журавлиный Лог» 150
5.1.1 Исследование влияние минерализующих добавок на эксплуатационные свойства пропантов на основе журавлиноложского каолина 150
5.1.2 Исследование влияния температуры термоподготовки на свойства пропантов из каолина месторождения «Журавлиный Лог» 152
5.1.3 Использование железооксидной добавки в технологии керамическихпропантов 155
5.1.4 Исследование влияния добавки технического глинозема на эксплуатационные свойства пропантов из журавлиноложского каолина 158
5.2 Разработка составов и технологии алюмосиликатных пропантов из каолина Кампановского месторождения 161
5.2.1 Влияние минералогического состава продуктов обогащения кампановского каолина на свойства пропантов 162
5.2.2 Отработка технологических параметров получения пропантов из кампановского каолина 164
5.3 Разработка составов и технологии алюмосиликатных пропантов из алюмосиликатного сырья Гавриловского участка Барзасского месторождения 167
5.3.1 Исследование возможности получения пропантов из глинистого боксита 168
5.3.2 Отработка технологических параметров получения пропантов на основе гавриловского каолина 169
5.4 Критерии выбора огнеупорного глинистого сырья и составов керамических масс для получения алюмосиликатных пропантов 172
Выводы 175
Список литературы 177
