автореферат диссертации по химической технологии, 05.17.11, диссертация на тему:Влияние биообработки масс на технологические свойства фарфора



Московский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологический институт имени Д. И. Менделеева

ЧЕРНЫШОВ АНАТОЛИЙ НИКОЛАЕВИЧ

ВЛИЯНИЕ БИООБРАБОТКИ МАСС НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ФАРФОРА

05.17.11 — Технология силикатных и тугоплавких неметаллических материалов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

УДК 666.5.011:663.05(043.3)

Москва — 1989 г.

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологическом институте им. Д. И. Менделеева на кафедре химической технологии керамики и огнеупоров.

Научный руководитель — доктор технических наук, профессор А. С. Власов.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор 'Б. С. Черепанов; кандидат технических наук, старший научный сотрудник Л. П. Кар-пиловский.

Ведущая организация —' НИИстройкерамика.

Защита диссертации состоится

/ /

1990 на заседании специализированного совета Д 053.34.01 при МХТИ им. Д. И. Менделеева (125820, Москва, А-47, Миусская^л., 9) в кабинете

дипломного проектирования в 7У часов.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-информационном центре МХТИ им. Д. И. Менделеева.

Автореферат разослан 3 19 г.

Ученый секретарь специализированного совета Д 053.34.01, доцент

САВЕЛЬЕВ В. Г.

; . ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

. ■ --. Актуальность проблемы. Постановлением ЦК КПСС :: Совета

СССР от 23 мая 1986 г. "О коренном улушении и использовании сырьевых, топливно-энергетических п других материальных ресурсов в 1936-1990 г.г. и в период до 2000 г." перед фарфоро-фаянсовой промышленностью была поставлена задача ускорения раг-работки и внедрения прогрессивных технологий керамических изделий, направленных на увеличение выпуска фарфора, повышение ого качества, производительности основного технологического оборудования. Особую актуальность она приобретает з связи с уменьшением запасов высококачественных сырьвых материалов, что вынуп-дает использовать сырье более низкого качества с дополнительной обработкой.

Проведенными ранее исследованиями установлено, что эффективным методом улучпения качества глинистого сырья, некоторых керамических масс для производства облицовочных плиток является их обработка биологическим прапаратом-силикатными бактериями. При этом снижаются затраты на изготовление выпускаемых изделий, повышается эффективность их производства.

Поэтому значительный интерео представляло изучение влияния биологической обработки фарфоровых масс на технологии и свойства фарфора хозяйственного назначения.

Данную работу проводили в соответствии с совместным приказом МПСМ СССР и Минвуза СССР И 432/979 от 18 октября 1978 г.

Цель работы. Разработать технологические параметры биологической обработки масс для изготовления хозяйственного фарфора о повышенными качественными показателями при ускорении процесса пликерного литья изделий в гипсовые формы, снижении трудовых и материальных затрат, установить возможности улучшения формовочных свойств фарфоровой массы для пластического формовашш.

Для решения поставленной цели необходимо было решить следу-щие задачи:

I- установить возможность и оптимальные параметры б.юобработки масс; 2- изучить влияние биообработки на свойства пластичных масс, литейных шликеров, отформованных, высушенных и обожженных образцов и изделий; 3- разработать технологическую схему биообработки масс при производстве тонкостенных фарфоровых изделий хозяйственного назначения; 4- оценить экономическую эффективность биообработки масс.

Нпуч;шя ношгзнп» Установлена возмоднооть развитая салхгот-шс: бактерий, внесенных в обрабатываемые) фарфоровые массы, а та:;-2.0 зависимость мезду числоу вносимых бактерии, их суммарным количеством, конечным содержанием в массе п при этом определена общие закономерности в изменены! ео микробиологических с флзико-хкмических показателей, оценка которых позволила найти опте.иль-Ш8 количества вводимых бактерий п время биообработкп.

Откачено, что действие бактерий приводит к разрушены) ш-шо-нонтов массы, которое сопровождается изменением химического состава дисперсионной среды к дисперсной фазы, активности ионов, рН, окислителыш-восстоновптольного потенциала.

Показано, что изменение реологических и технологических свойств пластичных масс к литейных шликеров обусловлено действием: продуктов жизнедеятельности силикатных бактерий, обладании свойствами ПАВ, которые способствуют повышению разклхаеыости, стабилизации и фильтрационных свойств водосодерхасщх глинистых дисперсий. Пластичные массы и литейные шликеры после биообработки имеют лучаие технологические характеристики. Разгашекие биообра-боташшх масс электролитами протекает эффективнее, а полученные иликеры обладают более широким интервалом разжиженного состояния, меньшими значениями вязкости и тиксотропип, повышенной скоростью образования отливок на стенках гипсовых форм.

У образцов и изделий из бпосбрабстанной массы процессы мул-литизации протекают более интенсивно, в том числе и на границе с глазурным слоем, отмочено снижение количества нераствориваегоск кварца, повышение однородности микроструктуры, белизны изделий.

Практическая ценность. Разработана технология бактериальной обработки керагагческой массы для получения фарфора, позволяющая без значительного изменения существующей технологии производства фарфоровых тонкостенных изделий повысить их качество, производительность литья на литейных машинах, снизить материальные и трудовые затраты. Установлено, что биообработка фарфоровой массы до фильтрпрессования более эффективна для улучшения свойств пластичной массы и литейных шликеров.

Опытно-промышленные испытания, проведенные на Дмитровском фарфоровом заводе (Д4-3), показали экономическую эффективность технологи: обработки масс для производства тонкостенных фарфоровых изделий хозяйственного назначения. Ожидаемый экокомичес-кий эффект от прироста выпуска изделий составит 61,3 коп. на

- 3 -

едко, вылущенное'по ногой технологии изделие.

На оспове проведенных исследований разработано -л выдано техническое задание на проектирование промышленной линии для бяообработки фарфоровой массы на Д53.

Апробация работы. Основные положения диссертации излелеиы и обсуздены на Международной конференции силикатной прс!л;ален-нсстя и науке о силикатах (Будапешт, 1285 г.), Международной 11111 конференции по фарфору (Карле вы Вары, 1907 г.).

Публикации работы» По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ.

Объем работы. Диссертация состоит иэ введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, приложений. Работа содержит 187 страниц машинописного текста, вклг>-чая 35 рисунков, 26 таблиц, списка литературы из 139 наименований, 5 приложений.

СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Проблемам совершенствования технологии, повышения качества фарфора, в тем число его основных показателей-белцзнн ц просвечиваемости посвящено значительное количество работ. Несмотря па имеющиеся успехи в данной области задачи .повышения качества фарфора до сих пор актуальны.

Проведенными ранее работами установлено, что одним из гнф}*?к-тивных методов улучшения качества керамического сырья и масо является обработка силикатными бактериями, но в литературе отсутствуют данные по биологической обработке масс, используемых в производстве фарфора.

ХАРАКТЕРИСТИКА ИСХОДНЫХ МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДИКИ ИССЛВДОМШ

Для исследований использовали массу для пластического формования и литья (?,ЮЛ) и массу для литья тонкостенных изделий (МЯТ), состав которых приведен в таолкце I.

Биологическим реагентом для обработки керамических масс служили силикатные бактерии ВаС(?£из тисс£ауспощ$ штамм Л< 4, полученный методом поверхностного или глубинного выращивания и отди-чащийся наибольшей активностью в изменении'свойств алгмосили-катных минералов и некоторых керамических гласе.

При проведении исследований применяли методы РФА, дифферен-. циально-термического, атомно-адсорбционного, химического, лотро-

Таблица I. Состав фарфоровых масо (ыасо. доли,

Сырьевые компоненты Juacca для фор- !масса для .мования и литья I литья тон-(тп) костенных ! Шфл; ¡изделий ! ! (МЛТ)

Глина веселовская, марки ВГО-2 9,2 4,0

Каолин просяновский, кирки КФ-З 28,5 47,5

Глина троиковская, марки 0-1 4,0 -

Бентонит огланлинскпй - 2,0

Песок кварцевый глуховецккй, марки ПК-УЗ • 26,8 25,9

Пегматит енский кусковой, марки ШШ-0.20-2 17,5 17,1

Пегаатит чуиинскиЕ молотый, марки КПШ-02-2 4,0 _

Глинозем, марки ГГС 4,0 2,0

Магнезит саткинский, марки CM-I - 1,5

Политой бой (собственный) 4,0 -

Утельный бой (собственный) 2,0 —

графического, электронно-микроскопического анализов.

Общую численность шшроорганизнов в массах определяли методом последовательного разведения при высеве их на основные питательные среды: агар-агар, крахшло-аммиачную, среду Чапека. Количество силикатных бактерий определяли на среде А-27.

Структурно-механические характеристики пластичных маоо определяли на приборе Толстого, пластическую прочность -на пласто-мере П.А.Ребиндера, реологические характеристики литейных шликеров на приборе "Реотест-2" по общепринятым методикам.

Значения окислительно-восстановительного потенциала, содержание активных ионов калия, натрия, азота ( в форме УС3), рН суспензий фарфоровых масс определяли по методикам, принятым в почвоведении.

Характеристики литейных стакеров, масс, образцов-плиточек после формования, литья, сушки, обкига определяли по стандартным методикам, принятым при технологическом контроле в фарфоровом производств.

Показатели готовой продукции контролировали в соответствии

с требования:,щ ГОСТ 25087-81, ГОСТ 25092-62, ГОСТ 25201-02 -(о ншенениямн).

СХЕГ.Ш ПРОИЗВОДСТВА ФАРФОРОВЫХ ИЗДЕЛИЯ С ИСПОЛЬЗОВАН! 1Ш ВЮОЕРАЕОТКИ МАСС

Анализ технологической схемы изготовления фарфоровых изделий на Д53 показал, что обработку кассы силикатшаш бактериями могло проводить на следущих технологических переделах:

1. На стадии перемешивания фарфоровой массы в сборнике-смесителе массозаготовительного цеха после помола компонентов в шаровой мельнице, ситового и ?.*эгнитного обогащения полученной суспензии;

2. На стадии хранения готового литейного шликера (о введенными электролитами) з емкостях перед дозировкой на литьо.

По I варианту биообработки можно управлять свойствами пластичных масс и получаемых на юс основа литейных шликеров в начальной стадии технологического процесса. На этапе хранения суспензии Macoi/ - фильтрпрессование предусмотрен разрыв процесса, и поэтому имеется возможность выдерживания обработанной мао-сц заданное время в сборнике-смесителе.

II вариант биообработки обеспечивает более простой контроль и корректировку свойств шликера при необходимом времени биообработки.

Поэтому исследования по биообработке масс прозодшш по двум направлениям.

РАЗВИТИЕ СИЛИКАТНЫХ БАКТЕРИЙ В ФАРФОРОВЫХ МАССАХ

Изучено развитие силикатных бактерий в массах МФЛ и МЛТ с целью установления возможности их биообработки. Но результатам оценки развития бактерий из спор (штамм М) на стандартных питательных средах А-27, А-54, C-I, Т-2, а также на среде, основным компонентом которой была стерилизованная фарфоровая масса, (ФМ) установлено, что более интенсивно клетки бактерий развиваются на среде СМ о добавлением 0,5-1,0$ мелассы. Этим показана возможность получения на основе фарфоровых масс МЛТ и МФЛ' биосуспензий силикатных бактерий, пригодных для их последующего внесения в обрабатываемые массы такого же состава, при этом отмечено упрощение процесса биообработки, повышение его эффективности.

Введение живых культур бактерий, полученных на средах СМ

в несторилпзовяыпд'е фарфоровые массы М5Л и МЛТ способствует шс £«тлйно;.дг развитие. При этом ь:аксЕ,шльный титр бактерий в обрабатываемых кассах установлен чорез 3 суток бкообработки п зависит от числа вводпз.щх клеток.

СИЗЖО-Ш.ОДЧЕСЮШ ПРОЦЕССЫ, ПРОТЕКАЮЩИЕ В ФАРФОРОВЫХ МАССАХ ПРИ ВЮОЕРАБОТКВ

Для нахождения опталального количества силикатных бактерий, добавляе;,:ых в фарфоровые кассы при биообработке, и установления аффективного времени их воздействия изучали динамику микробиологических и физико-химических процессов, протекащих в кассах.

В незторилпзованную фарфоре вую-массу МЛТ влажностью 60%, приготовленную разведением пластичной массы, вводили сшшкатнио бактерии в количество от 29 до 640 тыс. ст./ г сухой массы в в;да биосуспензии. Обработанную массу выдержим лп в течение 5 суток при тедпоратуро 28 °С.

Установлено, что введение бактерий в количестве от 29 до 435 тис.ст./ г повышает в суспензии блообработаннсй (опытной) масси относительно контрольной содержание активных ионов калия на 5~31£, натрия- 5-20^, поглощенного натрия- 11-17%. Отмечено, что содержание активных ионов калия, натрия в суспензии и поглощенного натрия в масс с в течение 5 суток биосбрабстки б;~-с постоянным для каццой вводимой концентрации бактерий.

В фильтрате опытной кассы увеличивается содержание катионов калия на -10-21%, натрия-4-10^, лслега (III)-20%, кальция-до 21%, кремнкл- в 2-3 раза при введении в массу ст 29 до 640 тыс. ст. бактерий/ г массы. При этом количество катионов алшиния и титана практически не меняется.

Введение в массу бсльпого количества бактерий, 'примерно 500700 т.иы.ит./г,. и органического вещества-сахарозы и последушоя выдер.тлеа обработанной дисперсии способствует переходу трехвалентного железа в двухвалентное, из норэстгортой и кислоторастворк-мую форму, особенно после 4-х суток биосбрабстки. Отмечено, что процесс сопровождается снижением рН среди, отридотелвдг.'.'.: значе-шш окислителыю-восстансвптелкнсго потенциала (СВП) и л;:мптп-руется вроменем воздеПств;ш бактерий на массу.

Изменение содержания октикна иснов кплия, натрии, поглощенного натрия в обрабатываемой мзссе, хг::ического состава ^--'-.трата свидетельствует о разрулмга: алкмосплнкатш'х :.жиера."св, зусдкя?

n ?з состав, переходе натисяоз элементоз пз тгердсЛ ^аза з ¿,:гс-.'.йрсипнную сроду, а такие протекании ионного обмена. Указанные процессы связаны с образованием п воздействием на массу органических кислот, катализируемых ферментами, так как с увеличение.» времени биообработки и количества вводимых бактерий скитается рН оуспенз:ш массы. Взедеюга бактерий в количество более 436 ?ис.!:т./г при отсутствии каких-либо органических добавок снижает ннтенсигность процесса разрузешл ксмлонентоз массы и ионного обмена, что, по-видимому, связано с образованием защитных иль» кок иа поверхности частиц продуктами метаболизма бактерий, пгз-пятствупцих разрушению минералов.

3 ¿необработанных суспензиях массы с увеличением г.слшосгва вводимых бактерий снимется по отношению к контрольной пробе содержание азота, находящегося в дисперсиях в виде активной .jofvu-ионов Наиболее интенсивное снижение колпества активных ио-

нов VOg происходит в течение первых 3-х суток бнообработки, что свидетельствует об активной фазе развития бактерий в этот период, связанной о усвоением азота из массы в виде ионов Уо^ вновь образующимися клетками бактерий, и подтверэдается значительна ростсм их числа з этот период. После 3-х суток биообработки значительного изменения содержания активных ионов Уо^ л опытных суспензиях массы не отмечено для каздей концентрации вводкяк бактерий и било в 2,66-5,50 раза меньше, чем в контрольной проби. В зтот аэ период отмечено снижение титра бактерий в обрабатываемой массе.

Определено, что в суспензиях массы, обработапшх бактерг-ями, снижается до отрицательных значений ОШ, что свидетельствует о протекании процессов окисления-восстановления при биообработко, связашшх по времени с активной фазой развития бактерий, характеризуемой значительным увеличением их числа в этот период. Наиболее значительное снижение OEI в суспензиях отмечено в течение первых двух суток биообработки и введеюш бактерий в количестве от 14Ь и более тыс.шт./г массы.

Введение в массу силикатных бактерий изменяет динамику их развития. При увеличении числа вводимых клеток от 29 до 146 тыс. шт./г - в 5 раз и от I4G до 435 тыс.шт./г - в 3 раза, их максимальное количество в массе увеличивается соответственно в 7 и 1,15 раза. Последующее увеличение количества вводимых бактерий снижает их содеряанио в обрабатываемой массе и свидетельствует

. - 8 -

о предельном количестве вводимых клеток ыикроорганизмов-436 тыс. цт./г сухой массы.

Установление зависимости между физ ик о -хи.нч е с к ими и микробиологическими показателями фарфоровой массы МЛТ, а также их оценка, позволила определить оптимальные количества вводимых силикатных бактерий -146-436 тыс. ит./г массы и время биообработки-от 3 до 5 суток, так как при этих условиях отмечены наибольшие изменения изучаемых характеристик массы.

Биообработка массы МФЛ показала, что характер отмеченных в ней изменений такой же, как и в массе МЛТ.

РБОЛОПЖЖШ СВОЙСТВА ПЛАСТИЧНЫХ МАСС

•

Изучены реологические свойства пластичной массы НФЛ, полученной фильтрпрессованием предварительно обработанной силикатами бактериями (введено 250-260 тыс.шт./г) массы влажностью 605S в течение 5 суток при температуре 24-26 °С.

Установлено, что изменение пластической прочности обработанной бактериями (опытной) и необработанной (контрольной) массы ¡моет аналогичный характер в интервале влажности 18-2Ь%. Оптимальная формовочная влажность опытной массы составила 21,2%, контрольной-'¿0,2%. При указанных значениях оптимальной формовочной влаяности спастическая прочность ехштпой массы была в 2,5 pasa меньше, чем контрольной.

У опытной массы в отличие от контрольной отмечено снижение в 1,05 и-1,41 модулей быстрой и медленной эластической деформации соответственно, в 1,25 раза вязкости неразрушенной структуры, в 4,5 раза условного статического предела текучести, в 3,5 раза пластичности но Воларовичу, в 1,18 раза эластичности, повышение на 400 с периода релаксации. Структурно-механический тип бкообрз-ботанной массы.не меняется, но при этом почти в 2 раза увеличивается доля относительной пластической деформации при снижении значений относительной медленней и быстрой эластической деформации. Отмечено повышение в 1,4 раза пластичности по Бемятченскоцу опытной массг, расширение интервала ее пластического состояния.

Биообработка способствовала повышению в 2,4 раза значения критерия качества (по Овчарекко) опытной массы, а также енжекид в 1,12 раза воздушной линейной усадки, комитента чувствительности по Чижскому изготовленных из нее образцов по отношению к контрольным.

Смочено, что свойства опытной массы обусловлены, по-видимому , изменением характера взаимодействия частиц коагуляционной структуры в результате воздействия на них продуктов жизнедеятельности силикатных бактерий.

ВЛИЯНИЯ БИООБРАБОТКИ IIA СВОЙСТВА ШЕЙНЫХ ПШШЕРОВ

С целью определения лучшего варианта биообработки массы в технологической схеме производства фарфоровых изделий изучали реологические и технологические свойства следующих водосодержо-ких дисперсий массы MS.1: контрольного (К) п опытного (0) шликеров, полученных разгзженпем электролитами опытней л контрольно;! пластичной массы (введено 0,35% электролитов з пересчете на сухое вещество), а также дисперсий, полученных обработкой силикатными бактериями содержащих электролиты шликеров-коптролъного (KfCB) и опытного (0+СБ), при времени биообработки для каждой дисперсии 5 суток и введении 250-250 тыс.шт. бактерий/ г сухой массы.

Установлено, что при одинаковой влажности шликеров равной 20-37? их текучесть по Знглеру возрастает в следующем порядке: К, КчСБ, О, 0+СБ. При этом зависимость текучести от влажности для всех шликеров имеет одинаковый характер.

Рассмотрение реологических характеристик разрушенной структуры опытных сликерпв- О, К-(СБ, С^СБ влажностью 30,5?! и 32,075 показало, что у них в отличие от контрольных шликеров такой же платности происходит снижение в 2,6-3,0 раза динамического предела текучести и 1,60-1,55 раза бингамовской вязкости, 1,7-2,0 раза пластичности по ВоларОЕИчу, У биообрабоданных дисперсий влажностью 32,0,3 отмечено также повышение в 1,17-1,75 раза текучести по Энглеру, в 1,2-1,3 раза степени разжижения в интервале скоростей деформации 9-27 с-*, снижение в 1,2 и в 1,1-1,2 раза коэффициентов загустеваемости и структурообргЬовзния соответственно, эффективной вязкости, причем в большей степени у шликера 0+СБ. Наибольшие изменения изучаемых параметров у шликера 0+СГ; обусловлены большей степенью воздействия бактерий на дисперсную систем l результате двойной биообработки.

Из оценки значений параметров разрушенной структуры изучаемы-/: дисперсий влажностью 30,Z% и 32,0? определено, что снижение т'яокостп, продели текучести, структурообразовашм у шликеров О'.1;;'.:! (0), полученных разжижетюм электролитами пластичной, но nCrartoü'üHo;: до -.Тпльтрпреосования бактерия:.!!! массы происходило

и большей степени, чему шликеров (К*СБ), полученных биосбработ-кой разлаженной электролитами контрольной пластичной массы. Это еввдетельстйует о более эффективном воздействии силикатных бактерий на массу влажностью 60 % до фильтрпрессованил, чем после введения в нее электролитов при разж''хении из пластического состояния. Следовательно, ь технологической схеме более приемлемым является вариант I биообработки массы.

-Анализ полученных данных позволил сделать заклотение о процессах, происходящих при воздействии бактерий на Еодосодорхащие диопорсии массы МОД.

В результате воздействия силикатные бактерий на фарфоровуп массу и шликеры образущиеся при этом продукты жизнедеятельности бактерий, сбладащие свойствами ПАВ, адсорбируясь на поверхности глинистых частиц, стабилизируют дисперсные системы, в результате чего у ¡¡их снижается прочность коагуляционных структур, вязкость и тиксотроиия. При взаимодействии с электролитами образу-лцаеся ПАВ усиливают в разной степени разяидаемость массы, что связано с неодинаковы!.! их количеством, приходящихся на единицу твердой фазы.

Добавление в бпообработанную массу электролитов в количоствс от 0,15 до 0,60/2 показало, что бактериальные вещества повышают ее разжижаемость, причем меньшие значения вязкости и структуро-образования у опытного шликера сохраняются в более широком диапа-т зоне-концентрации прибавляемых электролитов, чем у контрольного. У опытного шликера при одинаковом с контрольны!,! и оптимальным для последнего содержанки электроллтов-0,35$, влакности-32,0$ от^-ме.чоно повышение на 27% текучести, на 13$ степени разгшгения, снижение на 27% и 20$ коэффициентов загустеваемости и структуро-образования содтветственно. Оценка реологических характеристик опытного и контрольного шликеров позволила также установить возможность снижения *с 0,35% до 0,25$ содержания электролитов в опытном шликере без ухудшения его основных литейных свойств.

ОБРАБОТКА СИЛИКАТ1ШМИ БАКТЕРИЯМИ МАССЫ ДЛЯ ЛИТЫ ТОНКОСТЕННЫХ издай

Изучали влияние биообработки на технологические свойства • массы МЛТ при введении в нее до фильтрпрессования 200-250 тыс. шт. бактерий/ г массы и времени их воздействия-3 суток.

Установлено, что опытная масса влажностью 48,7$ в отличие

-lier контрольной показывала на 10$ большую текучесть и меньауа загустеваемость. Прл практически непз- -»пившемся поело биообработ-та дисперсном составе опытной массы отмэчено повышение ее седл-:?ектацнонной устойчивости по сравнению с контрольной прл одинаково;.! содержании твердей фазы, фильтрат опытней массы относительно контрольного показывал снижение поверхностного натяг.енлч ьз IGÎ.

Введение в опытную массу электролитов в количестве от 0,10 чО 0,25,1 способствовало Солее эффективному ее разтажекив, чем контрольной. У полученного опытного шликера при одинаковом л оп-ггмальнсм для контрольного гэдеряанаи электроллаов-0,20,1, вле:.:-зостя-3-1,0.« на 18 1 повышается текучесть, па ТО* степень разгл-ле-тля, снилдются коз йнцненты ззгустевпемостп структурсобрэзоьангл. Тошкенныо значения вязкости, структурообразогаюш у зпытвлгх шлл-:tepon из массы МЛТ сохраняются в более широком диапазоне концентраций добавляемых злектролитоз, что свидетельствует о большей ус-гойчивостп пллкеров к козгуляционнсму воздействию и одинаковом характере влияния иродуктоз .тпзпедеятельности сактеркЗ на дисперсии масс и MIT.

Изучение такого свойства массы,как скорость набора отливки га стенд-: гипсовых форм,показало, что у опытней массы влажностьш 10,7,? образование осадка по ;ассе и'по толцине при одинаковом времени набора происходило на 15-20% быстрее, чем у контрольной.

Разззкеннзя электроллтзмл в количестве от 0,10 до 0,301 еггат-'.зя масса влажностью 34,Ci показывала увеличение набора массы от-чивки на 40-20Î и лх толщины- на 20-20,1 в отлотие от контрольной, Зпытньй шликер с кеньпг/. на 4С1 содерг.аннем электролитов, чем сонтрольный, но при одинаковой с ним вла~ностью-34,01 и практи-?ески равными значениям степеш: разикешш-1,25 и коэффициента ;труптурообразования-1,5, показывал увеличение скорости набора от-1ивкк го массе и толщине на I5-20/j. Прл этом отливки, изготовление из опытного л контрольного шликеров,после извлечения из форм алели практически одинаковую влажность равную 21,2-21,31, что ¡Еидетельстг^гало о достаточной дефлокуляции шликеров и их влаго-¡тдаче. Каяудаяся плотность воздушно-сухих образцов из опытного ликера составляла 1,90 г/см3, из контрольного-1,80 г/см^, а ме-:аническая прочность опытных отливок была несколько выье КОНТРОЛЬНА. •

Расч-э" ксо je /лпентон набера опытных масс, полученных разны-G! Еар;антг.:л: бясоСрабэткк позволил,установить закономерный ха-

рактер увеличения па 15-30$ скорости образования из них отливок в отличие от контрольных. Выявленные изменения у биообработанной массы МЛТ позволили сделать заключение о том, что продукты жизнедеятельности силикатных бактерий, обладающие свойствами ПАВ, не только повышают разжижаемость дисперсий двух составов электролитами, но и способствуют образованию таких коацуляционнкх структур, которые увеличивают фильтрацию диспероионной ореды из шликеров в-гипсовые форш, а следовательно, и скорость образования отливок

ВЛИЯНИВ ШООЕРАБОТКИ НА СВОЙСТВА МАССЫ МЛТ ПОСЛВ СУШКИ И ОБНИГА

Определение овойств образцов из контрольной и опытной массы МЛТ: воздуюно-сухих, обожженных в одинаковых условиях при температурах Ю00 °С в лабораторной печи, 1400 °С-в туннельной печи ДОЗ, 1350 °С-печи периодического действия ПО "Гжель", выявило существенные их различия.

У опытных образцов относительно контрольных меньше в 1,10 раза воздушная линейная и в 1,12 раза общая огневая усадки поело обжига при температуре 1000 °С, несколько увеличивается общая и огневая линейные усадки, снижается водопоглощвние после обжига при температуре 1400 °С.

При изучении оптических свойств глазурованных и обожженных при температуре 1400 °С контрольных и опытных образцов фарфора установлено, что опытные образцы относительно контрольных показывали на 4,0-4,5$ повышение белизны (по ГОСТ 24768-81), а после обжига при температуре 1350 °С-на 2,053, что коррелировало с результатами оценки белизны другими методами.

Анализ фазового состава контрольных и опытных образцов, обожженных при температуре 1400°С, показал, что фазовый состав их одинаковый. Кристаллическая фаза представлена муллитом, остаточным кварцем и крисобалитом, причем в опытных образцах в отличие .от контрольных отмечено увеличение с 22-24$ до 28$ содержания муллита, снижение с 7-8$ до 4-6$ остаточного кварца. При этом в опытных образцах максимальный размер кристаллов муллита был 20 мкм, кварца-30-40 мкм, в контрольных-12 мкм и 25-45 мкм соответственно. Для микроструктуры опытных образцов в отличие от контрольных характерным было следующее: повышенная муллитизация, более равномерное распределение муллита в основной массе, значительное

- 13 -

снижение нерастворившегося кварца.

КонтактныЗ слой фарфора п глазу опытных образцов по сравнении с контрольными характеризуется большей толщиной, хорошим развитием, повышенной муллитизацией, увеличением размеров кристаллов муллита, снижением содержания нерастворившогося кварца.

Опытные образцы, обожженные в печи ПО "Гяель" относительно контрольных, полученных в таких же условиях, показывали тпкжо увеличение содержания муллита и снижение нерастворившегося кварца, более развитый контактный слой фарфора и глазури, повышенную его муллитизацию. Но по cpi зненип с образцами, обожженными на. Д53, отмеченные изменения менее выражены, что объясняется более низкой температурой п другим режимом обжига.

Анализ полученных результатов позволил сделать выводы о влиянии биообработки на происходящие при сушке и обжиге процессы.

Сгагаение воздушной линейной усадки у опытных образцов, по-видимому, было связано о воздействием на массу продуктов жизнедеятельности бактерий п образованием при этом такой коагуляцион-ксй структуры, в которой меняется характер взаимодействия частиц, что привело к изменении усадочных свойств образцов. Некоторое повышение линейной усадки опытных образцов, обожженных при температуре 1400 °С, обусловлено интенсификацией происходящих при its обжиге процессов спекания, вследствие активирования контактных связей частиц биообработанной массы, растворением юс поверхности и амортизации под влиянием органических кислот. Это в свою очередь создавало благоприятные условия для протекания фазовых превращений, повышения однородное:и микроструктуры, содержания муллита, роста его кристаллов, снижения количества нерастворившегося кварца в фарфоре. Увеличение количества муллита в фарфоре из опытной массы и на границе с глазурным слоем повлияло на повышение его белизны.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ П0ЛУЧН1НЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

На д;з в разные периоды времени проведены опытно-промышленные испытания технологии обработки силикатными бактериями фарфоровой массы,предназначенной для изготовления тонкостешшх изделий С-ТГ). В мзссу после помола, ситового и магнитного обогащения на стадии ее перемешивания вводили биосуспензию силикатных бактерий в количествах 0,24, 0,37, 0,41/5 (объемных) по отношению п массе сухого веиестгэ, что соответствовало введению 200—100 тыс. шт.

-14 - •

кдеток/ г массы. Обработанную массу выдергивали от 2,5 до 3,5 суток при температура 28-30 °С. Ь'иосуспекзнв силикатных бактерий готовили по разработанной технологии-из чистых спор бакторкй, полученных поверхностным выращиванием,шш из спорового препарата, полученного глубинным выращиванием на опытной установке МолдНШ-стромпроекта и стерилизованной фарфоровой массы,

В результате обработки массы бактериями, полученнша разними способами, достигнута воспроизводимость результатов при изготовлении изделий методом шликерного литья и на последующих технологических операциях.

У полученного из биообработанной массы шликера влажностью 33,8-34,0$ при меньшем на 35$ содержании электролитов, чем в контрольном, отмечено увеличение на 325? текучести, снижение на 10 % .коэффициента загустеваемости. При оптимальных технологических параметрах опытного шликера с пониженным содержанием электролитов .за счет изменения его фильтрационных свойств на 33$ увеличилась скорость образования отливок на стенках гипсовых форм. В связи о этим изменился цикл работы машин ЛМ-5, что позволило увеличить .выпуск полуфабриката на 46-50$. При этом влажность и плотность стлиеок, полученных из опытного шликера, не отличалась от аналогичных показателей у отливок, изготовленных из контрольного и производственного шликеров. Технологические отходы на переделах не превышали уровень, достигнутый на период испытаний. Из опытного шликера было изготовлено в разные периоды испытаний 2900 шт. изделий, которые соответствовали требованиям ГОСТ 25201 (сизм.) Белизна изделий, полученных из биообработанной массы,составляла 70,0-70,7? и была на 3-4$ выше, чем у контрольных и производствен ных на период испытаний.

Годовой экономический эффект от внедрения данной разработки при-увеличении на 54,6 тыс. шт. выпуска изделий составит 61,3 коп. на одно дополнительно произведенное изделие.

ВЫВОДЫ

1. Биообработка масс силикатными бактериями при производстве хозяйственного фарфора повышает качество готовых изделий, производительность и аффективное использование основного технологического оборудования, снижает материальные затраты.

2. Установлено, что прц биообработке фарфоровой массы наиболее эффективно развиваются-внесенные силикатные бактерии,

шрзщеншге из средз, аналогичной по составу обрабатываемой массе. Отмечено рззруконпз компонентов :._jccn, спровсждапцееся переведем з дисперсионную среду ноноз кзлня, натрия, кальция, гзле-зп и особенно кремния, которое зависит от количества вводимых з т.'зссу силикатных бактерий. При этом в дисперсионную среду почти по переходят ионы алюминия и титана. Одновременно изменяется скпслптсльио-вссстановптелышй потенциал, рН, содержание силикат-бактерий, активность ионов калия, натрия, состав поглощенного комплекса массы. Создание восстановительных условий в суспензии фарфоровой мэссы споссс^твует переходу трехвалентного ".слеза з дгухвалентноэ состояние. По разработанной методике, основанной па измерении и анализе фпзико-хззлических п микробиологических показателей массы, нпйдены оптимальные количества вводоагс боктерий-1^6—135 тыс.шт./ г сухсй массы и гремя биообгг'г,тки-3-5 суток.

3. Г обработанной бактериями массы .для пластического формования, в отличие о? необработанной, снижаются значения модулей быстрой л медленней эластической деформации соотпественно на 81%

л на 41%, статический предел текучести в 4,5 раза, вязкость неразрушенной структуры з 1,26 раза, условная мощность деформации в 5,2 раза. Повышается в 2,4 раза критерий качества массы, что способствует улучшении ео технологических характеристик, свойств от— формованных и высушенных образцов.

Шликеры из биообработанных масс ¡иест более широкий интервал разжиженного состояния, повышенную примерно на 20% текучесть и па 20% степень разжижения, более низкие значения коэффициентов загустеваемости и структурообралования, повышенную на I5-30;S скорость образования отливки в гипсовых формах. Биообработка позволяет снизить на 35-40JS содержание электролитов в шликере без ухудшения его основных технологических параметров и свойств получаемого полуфабриката. Изменение свойств суспензий, пластичпе: масс, шликарсв связага; с образовяш:ем при биообработке веществ, обладзщих свойствами ПАВ, которые способствуют повышенна структурной стабилизации и фильтрационных свойств глиносодержащих дис-песс;й. Введение с;:лпкатш;х Сактер;гй в массы до фильтрпрессованпл более эффективно, чем в плн'теры, содержащие электролиты.

4. Биосбработка масс ;:нтсисиф:щирует процессг., происходящие при лолитом обжиге фарфора, повышает однородность его микроструктуры, количество муллит в фарфоре и на границе с глазурным покрытием, белизну образцов з среднем на 2-4%, снижает количестве

нзрастворившихся ззрен кварца в зависимости от условий сбдига.

5. На Дмитровском фарфоровом заводе опробована технология биообработки'фарфоровой массы для изготовления тонкостенных изделий с применением чистых спор и спорового препарата, полученного методом глубинного выращивания, ¡'спользование спорового Препарата, полученного по технологии глубинного выращивания,подтвердило эффективность метода.

6. В условиях завода из биообработанной масоы выпущены опытные партии чайников и сахарниц, отвечающие требованиям ГОСТ 25201-82 о белизной 70-71$ (на 3-4$ выше, чем у серийной продукции). Отмечено повышение на 40-50$ производительности литейных машин без увеличения численности работащих и снижение материальных затрат. Годовой экономический эффект от применения биообработки при приросте выпуска продукции составит 0,613 руб. на одно выпущенное изделие (чайник или сахарницу).

7. По результатам исследований разработано и выдано техническое задание на проектирование линии по биообработке фарфоровой массы на Дмитровоком фарфоровом заводе.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Власов A.C., Баранов В.В., Вайнберг С.Н., Чернышов А.Н. и др. Биотехнология в керамической промышленности// Х1У Конференция силикатной промышленности и науки о силикатах.-Будапешт, 1985.-Т.4.-С. 125-130.

2. Баранов В.В., Влаоов A.C., Вайнберг С.Н., Скрипник В.П., Чернышов А.Н. Бактериальная обработка масс в производстве тонкой и строительной керамики// Силикатные материалы для строительства и техники: Тр. ин.-та/МХТИ им. Д.И.Менделеева.-М.: 1985.-Вып. 137.-С.66-72. , , , 0

3. Вайнберг С.Н., Влаоов A.C., Чернышов А.Н., Скрипник В.П. Влияние биообработки на свойства фарфоровых масс// XXIII Конференция по фарфору:Тез. докл. конф.-Карловы Вары, 1987.- С.81-82.

4. Чернышов А.Н., Еласов A.C., Вайнберг С.Н., Скрипник В.П. Реологические свойства фарфоровой массы, обработанной силикатными бактериями// Стекля и керамика.-1988.-й 8.- С.81-82.

5. Власов A.C., Вайнберг С.Н., Скрипник В.П., Чернышов А.Н.// Производство керамических изделий с применением биотехнологии: Информ.листок о научн. техн. 'достижениях/^олдНИИНТИ.-Кишинев.-1988.-У* 88-72.- 2 с.