Способ определения природных разновидностей глин

 

Изобретение относится к определению разновидности легкоплавких глин и может быть использовано в геолого-разведочном производстве и горно-добывающей промышленности, а также в тех отраслях, которые используют глины. Изобретением решается задача экспрессного определения качества легкоплавких глин. Способ осуществляют термической обработкой образцов путем помещения их в зону удлиненного окислительного пламени на 15-30 с, а по измененному физическому состоянию образцов судят о типе природного сырья. Технический результат – упрощение способа, возможность определения природных разновидностей глин экспресс-методом, что делает его пригодным для использования в лабораторных и полевых условиях. 5 табл.

Изобретение относится к определению разновидности легкоплавких глин и может быть использовано в геолого-разведочном производстве и горно-добывающей промышленности, а также в тех отраслях, которые используют глины.

В настоящее время выделяют две основные природные (технологические) разновидности глин: вспучивающиеся и не вспучивающиеся при нагреве, которые в силу различия технических и технологических свойств имеют различные области применения.

В природных условиях эти разновидности глин различить практически невозможно, особенно если они имеют одинаковый цвет.

Известен способ определения природных разновидностей глин путем определения химического состава (Г.С.Бурлаков. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей, 1972).

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что по химическому составу глинистое сырье распределить на вспучиваемые и не вспучиваемые без термической обработки трудно (табл.1), а также требуется специальная подготовка образцов для анализа, специальное стандартное оборудование, большие затраты времени, а также невозможность определения разновидностей глин в полевых условиях (табл.1).

Известен способ опробования глинистых пород с определением вспучиваемости (Р.Л.Шустер. Керамзитовые глинистые породы Казахстана. Алма-Ата, 1972, с.13-19).

Гранулы, отформованные из глин, обжигают в лабороторных печах при температуре обжига 1050-1250°С. Вспучиваемость глины определяется по объемной массе получаемого продукта. При объемной массе готового продукта не более 0,95 г/см³ глины рекомендуются для заводских условий. Недостатком данного способа является то, что обжигу предшествует подготовка образцов, заключающаяся в определении оптимальной влажности и температуры обжига гранул и невозможность использования его в полевых условиях.

Известно определение минералого-технологической разновидности глинистого сырья для оценки его качества и прогноза вспучиваемости (Сырье глинистое для производства керамзитовых гравия, щебня и песка. ТУ 21-0284739-12-90, Самара,1991, с.39-52). Определение основано на способах адсорбционного люминесцентного анализа (АЛА-2), статической влагоемкости (СВ) и Мессбауэровской ЯГР-спектроскопии, защищенных авторскими свидетельствами СССР №1349497. Способ определения обменной емкости глин, №1353101. Способ оценки качества глин, №1665798. Способ оценки качества глин. Отнесение сырья к минералого-технологической разновидности и прогноз вспучиваемости глин производят по величине обменной емкости (ОЕ) с учетом содержания монтмориллонитового компонента (МК). Обе величины должны быть близкими. Далее, согласно таблице, приведенной в ТУ "Критерии диагностики и классификации глинистого сырья...", рассчитывается суммарный оценочный балл как результат сложения положительных баллов по данным методов, приведенных в авторских свидетельствах, и отрицательных баллов в зависимости от содержания и формы вхождения в глину кальцита, который является критерием оценки качества исследуемого сырья.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, относится то, что хотя этот метод определения разновидностей глин является экспрессным и может быть применен как в стационарных, так и в полевых условиях и дает хорошие результаты при обработке больших партий, но требует от 10 до 30 дней для проведения испытаний, а также необходимо специальное лабораторное технологическое оборудование и хим. реактивы. При этом сходимость результатов с результатами технологических испытаний на вспучиваемость не превышает 50%.

Известен способ оценки способности глинистого сырья вспучиваться при нагреве в интервале температур от 1050 до 1250°С, который взят в качестве прототипа (Г.С. Бурлаков. Основы технологии керамики и искусственных пористых заполнителей. - М.: Высшая школа, с. 332-333).

Способность глин к вспучиванию определяется коэффициентом вспучивания

где V₁ - объем абсолютно сухого сырца; V ₂ - объем готового продукта.

При К_в>4,5 хорошая вспучиваемость; К_в<2,5 - слабая вспучиваемость.

При К_в=2,5-4,5 - средняя вспучиваемость.

Недостатком данного способа является то, что этот способ требует специального стационарного оборудования, подготовки образцов и невозможность использования его в полевых условиях.

Изобретением решается задача экспрессного определения качества легкоплавких глин, что облегчит работу на разных стадиях геолого-разведочных работ.

Технический результат - экспрессность и упрощение способа определения природных разновидностей глин, что делает его пригодным в лабораторных и полевых условиях.

Для достижения указанного технического результата в предлагаемом способе, включающем отбор проб сырья, термиическую обработку и исследование образцов глин, термическую обработку проводят путем помещения образца в зону удлиненного окислительного пламени, получаемого путем пропускания воздуха через пламя автономного источника в течение 15-30 сек, а по измененному физическому состоянию образцов судят о типе легкоплавких глин.

Отличительными и существенными признаками заявляемого способа является термическая обработка образцов в удлиненном окислительном пламени автономного переносного источника пламени, формируемого паяльной трубкой в течение 15-30 сек, и связь изменения физического состояния образцов после нагрева с определенным типом глин.

Вспучивающиеся глины в тонких сколах плавятся и одновременно вспучиваются (становятся пенообразными в месте плавления), а невспучивающиеся глины оплавляются без вспучивания.

Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволил установить, что заявитель не обнаружил источник, характеризующийся признаками, тождественными существенным признакам заявленного изобретения. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию “новизна”.

Из уровня техники, определенного заявителем, не выявлено влияние предусматриваемых отличительными и существенными признаками заявляемого изобретения преобразований для достижения технического результата, таким образом заявленное изобретение соответствует условию “изобретательский уровень”.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как отвечает следующим условиям:

- заявляемый способ предназначен для использования в геолого-разведочной и горно-добывающей промышленностях;

- заявляемый способ в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, может быть осуществлен с помощью средств и методов, описанных в примере, представленном в описании заявки;

- заявляемый способ обеспечивает достижение усматриваемого заявителем технического результата, а именно: обеспечение экспрессности, упрощение способа при определении природных разновидностей глин в стационарных и полевых условиях.

Сущность заявляемого технического решения основывается на следующем. Отбирают из известных месторождений глин, для которых принадлежность к вспучивающейся разновидности установлена традиционными способами в соответствии с ТУ 21-0284739-12-90 “Сырье глинистое для производства керамзитового гравия, щебня и песка” (1991), а к невспучивающейся разновидности по ОСТ 21-78-88 “Сырье глинистое (горная порода) для производства керамических кирпича и камней” (1991), и испытывают их по рекомендуемому способу. Отобранные образцы подвергают термической обработке путем помещения их в зону удлиненного окислительного пламени, получаемого путем пропускания воздуха через пламя автономного источника, формируемого паяльной трубкой в течение 15-30 сек. В этих условиях образцы глин плавятся, при этом для каждой природной разновидности глины является типичной структура оплавленной части. Так вспучивающаяся глина характеризуется вспененной (вспученной) оплавленной частью, а невспучивающаяся глина характеризуется невспененной (плотной) оплавленной частью. По виду структуры оплавленной части при нагреве и определяется разновидность исследуемых глин.

Примеры осуществления изобретения

Глины, используемые в заявляемом изобретении:

- глина вспучивающаяся Апастовского месторождения Республики Татарстан;

- глина невспучивающаяся Акташского месторождения Республики Татарстан.

От каждой разновидности глин отбирают аналитические образцы (специальной подготовки и определенной массы не требуется).

Образец глины захватывают пинцетом и располагают для нагрева в конец удлиненного окислительного пламени, получаемого путем подачи воздуха при помощи паяльной трубки на пламя (через пламя) парафиновой хозяйственной свечи, в течение 15-30 сек до оплавления в тонком сколе. Затем нагрев прекращают, образец охлаждают до комнатной температуры и фиксируют структуру оплавленной части глины. Результаты экспериментов приведены в табл. 2.

Для определения оптимального времени нагрева были проведены дополнительные эксперименты.

При уменьшении времени нагрева до 10 сек оплавление глин не происходит, в результате чего установить разновидность глин не представляется возможным.

При предлагаемом времени нагрева до 15-30 сек глины хорошо оплавляются, при этом пенообразная (вспученная) структура оплавленной части (застывшей корочки) присуща для вспучивающейся глины, а плотная (плоская) структура оплавленной части (застывшей корочки) характерна для невспучивающейся глины.

При увеличении времени нагрева до 35 сек глины оплавляются. Вспучивающаяся глины характеризуются вспененной (вспученной) оплавленной частью, а невспучивающиеся глины характеризуются плотной (невспученной) оплавленной частью.

Анализ данных табл. 2 показывает, что наиболее надежное и существенное различие между вспучивающимися и невспучивающимися глинами получено в случае нагрева их в удаленном окислительном пламени в течение 15-30 сек.

Уменьшение времени нагрева не дает возможности получить расплав глин, а дальнейшее увеличение времени нагрева становится нецелесообразным, ибо не приводит к расширению информации о структуре оплавленных частей (застывших корочек) этих глин.

Достоверность и надежность определения природных разновидностей глин подтверждается термическим способом испытания глин на вспучиваемость с применением муфельной электропечи и по методике ТУ 21-0284739-12-90 “Сырье глинистое для производства керамзитового гравия, щебня и песка”, Самара, 1991, с. 11 (табл.3).

Для определения возможности применения рекомендуемого способа определения природных разновидностей глин были проведены дополнительные эксперименты. Были использованы вспучивающаяся глина Тарн-Варского месторождения РТ и невспучивающаяся глина Мамадышского месторождения РТ. Результаты испытаний приведены в табл. 4, 5.

Предлагаемый способ определения природных разновидностей легкоплавких глин по сравнению с прототипом имеет ряд преимуществ:

1. Сокращение времени на проведении анализа (обеспечение экспрессности).

2. Упрощение технологии проведения анализа, так как анализ не требует специальной подготовки пробы глины (измельчение глины, изготовление пластичной массы из сырья, формование заготовок цилиндрической или кубической формы, сушку, термическую обработку по двухступенчатому принципу нагревания и т.д., и сокращается применение аппаратуры для проведения анализа.

3. Обеспечивает доступность способа к широкому применению на практике.

Предлагаемое изобретение является промышленно применимым, так как удовлетворяет следующим условиям:

- заявляемый способ определения природных разновидностей легкоплавких глин предназначен для использования в промышленности, а именно в геолого-разведочном производстве и горно-добывающей промышленности при разделении природных разновидностей глин на вспучивающиеся и невспучивающиеся;

- для заявляемого способа определения природных разновидностей легкоплавких глин, в том виде как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность различия природных разновидностей глин с помощью описанных в заявке примеров.

Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию “промышленная применимость”.

Использование заявляемого изобретения обеспечивает возможность быстрого и надежного способа выделения среди глин их разновидностей: вспучивающихся, пригодных для производства теплоизоляционных материалов, и невспучивающихся, пригодных для производства стеновых материалов, что особенно важно при ведении полевых работ в процессе геологического картирования, поисках и оценке месторождений глин, а также при оперативном планировании отработки тех или иных участков месторождений глин.

Формула изобретения

Способ определения природных разновидностей легкоплавких глин, включающий отбор проб сырья, термическую обработку и исследование образцов глин, отличающийся тем, что термическую обработку проводят путем помещения образца глины на 15-30 с в зону удлиненного пламени, получаемого путем пропускания воздуха через пламя автономного источника, после чего по структуре охлажденной оплавленной части тонкого скола образца судят о вспучиваемости глины, пенообразная структура относится к вспучивающимся, плотная плоская - к невспучивающимся глинам.