Бентонитовые минералы как основа связующих материалов для ПГС с формовкой по сырому

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Бентонитовые минералы как основа связующих материалов для ПГС с формовкой по сырому.

Уровень современных требований к формовочным процессам и качеству песчано-глинистых смесей (ПГС) для автоматических формовочных линий (АФЛ) с формовкой по-сырому  предопределяет использование в рецептуре смесей формовочных материалов высшего качества. В частности, одним из обязательных условий технологии приготовления высокопрочных ПГС с низким содержанием влаги, высокими противопригарными и стабилизационными свойствами является использование в их составе комплексных глинистых композиций с высокой связующей способностью. Признано, что наилучшими технологическими свойствами в этом отношении обладают материалы на основе природных высокогидрофильных щелочных и активированных  щелочноземельных бентонитов[ ], т.к. по сравнению с каолиновой и полиминеральной основой структура и строение основного породообразующего бентонитовых минералов — монтморилонит обеспечивает более высокие свойства породы по коллоидальности, прочности связывания в сыром состоянии  и долговечности.

В современном представлении [  ] структура глинистых минералов представляет собой сочетание перемежающихся слоев различных групп атомов кислорода, кремния, водорода, кальция и других. Комбинация этих слоев образует пакеты (частицы) связанные между собой в агломераты. При этом сила связи между пакетами минералов коррелирует  с удельной поверхностью ее частиц , а следовательно характеризует коллоидальность глины и, в определенной степени, ее связующую способность [  ]. С этой точки зрения трехслойная структура бентонитов и их химический состав формируют наиболее слабые молекулярные связи между пакетами, что обеспечивает более высокие свойства породы за счет высокой дисперсности в гидротированном  состоянии [ ].

Однако внутри монтмориллонитовой минералогической группы свойства бентонитовых глин колеблются в самых широких пределах. Они в огромной степени зависят от доли основного породообразующего в бентоните, от химико-минералогического состава примесей, от емкости и состава обменного комплекса глин. Как правило, качество природного бентонитового сырья, в большинстве случаев, не удовлетворяет требованиям стандартов, предъявляемым к формовочным глинам. Исключение составляют высоко гидрофильные щелочные бентониты, запасы которых весьма ограниченны по всему миру.

Поэтому, наряду с совершенствованием технологий смесеприготовления и формообразования с периода 1970-1975 гг. в литейном производстве наблюдается тенденция к переходу на все более широкое использование активированных бентонитовых связующих. В эти же годы как за рубежом, так и в бывшем СССР был сделан существенный шаг в организации производства активированных глиноматериалов для литейного производства, нефтехимии, бурения и  др. отраслей народного хозяйства. К 1976 г. объемы выпуска активированных глиноматериалов на предприятиях Мингео,  Миннефтепрома и Минхимпрома достигли 530 тыс. т и  сровнялись с объемами производства в США [  ]. Однако качество отечественных глиноматериалов по основным показателям было значительно ниже по сравнению с мировым  уровнем, а разработанные технологии их производства основывалось на переработке и активации среднесортного сырья. Это обстоятельство исключало использование низкосортных бентонитов, доля которых в общих запасах составляет.....?%. Но несмотря на указанные недостатки в период до 199? года отечественные производители в полном объеме обеспечивали литейное производство активированными бентонитами, качество которых удовлетворяло требования ГОСТ  к формовочным глинам.

В настоящее время ситуация с обеспеченностью литейного производства Республики Беларусь качественными бентонитовыми связующими существенно ухудшалось. Это обусловлено двумя основными причинами: первая состоит  в том,   что из-за экономических трудностей большинство литейных предприятий не имеет возможностей закупать высокачественные связующие зарубежных производителей; вторая — в Республике отсутствуют запасы высоко гидрофильных щелочных бентонитов, а также мощности и технологии по промышленной переработке отечественного среднесортного и низкосортного сырья.

Кроме того, за последнее десятилетие по заказу ведущих мировых производителей активированных глиноматериалов ученые-химики разработали и совершенствуют ряд принципиально новых реагентов-модификаторов для химической активации глинистых материалов (Praestol, Бент Экс, Алкомер, Экстендер) [  ]. Их применение на ряду с современными способами активационной обработки позволяют получать материалы с необходимыми структурно-реологическими и комплексными свойствами доже из низкосортного сырья [  ]. Тем самым в эти годы был установлен совершенно новый, более высокий уровень требований к эффективности активационных процессов и качеству активированных глиноматериалов.

Отечественные разработки в этом направлении проводились преимущественно в области нефтехимии и бурения, и в значительной степени сдерживались узостью спектра производимых в Республике и ближнем зарубежье реагентов-модификаторов, а также рядом экономических проблем. Несмотря на это, результаты разработок имеют достаточно высокую эффективность  в указанных отраслях [ ], но к сожалению малоприемлемы для использования в литейном производстве.

Согласно ГОСТ 28177-89 качество бентонитовых формовочных глин определяется по показателям: предельной прочности при сжатии во влажном состоянии; пределу прочности при разрыве в зоне конденсации влаги; термической устойчивости; влагосодержанию и гранулометрическому составу. Аналогичные критерии качества приняты и за рубежом. Поскольку при получении чугунного литья огнеупорность монтмориллонитовых материалов (1150—1250°С) обеспечивают приемлемую долговечность связующего, а критерии влагосодержания и гранулометрического состава связаны лишь с условиями хранения, транспортирования, дозирования и диспергирования материала, определяющими параметром качества бентонитов принято считать прочностные характеристики. В совокупности с регламентированным содержанием они образуют понятие связующей способностью.

Как показывает отечественный и зарубежный опыт, связующая способность бентонитовых материалов должна обеспечивать физико-механические и технологические требования к песчано-бентонитовым смесям, при массовой доле вяжущего компонента 3—8% в зависимости от типа смеси и способа формообразования [  ].Такое регламентирование содержания связующего обусловлено требованием