Типы глин, применяемых в формовочных смесях

17.06.2018
В качестве связующей добавки в формовочных смесях весьма широко применяются бентониты, состоящие почти нацело из монтмориллонита, — и именно эта отрасль промышленности является самым крупным потребителем бентонита. В США бентониты, применяемые в формовочных смесях, добываются главным образом на месторождениях Вайоминга и Миссисипи. Бентониты для формовочных смесей добываются также на месторождениях Англии, Германии, Швейцарии, Италии, Греции, России, Алжира, Марокко, Южной Африки, Индии, Японии, Австралии и Аргентины. Большая часть монтмориллонита в бентонитах из Вайоминга содержит в качестве главного обменного катиона натрий, тогда как монтмориллониты всех других бентонитов (за немногими исключениями, например некоторых алжирских бентонитов) в качестве главного обменного катиона содержат кальций, магний и (или) водород. Большая часть вайомингских бентонитов по своим свойствам сильно отличается от других бентонитов, но не только из-за различия в составе поглощенных катионов. При практическом использовании бентониты из ряда месторождений обрабатываются содой, чтобы они приобрели свойства, близкие к свойствам вайомингских бентонитов. Такая обработка часто сильно меняет первоначальные свойства бентонитов, однако и после этого они все же отличаются от вайомингских глин. Гофман недавно предложил классификацию бентонитов, применяемых в литейном производстве, основанную на их химическом составе и свойствах обменных катионов. Для многих случаев использования формовочные смеси, содержащие натровый монтмориллонит, имеют те же качества или даже хуже, чем смеси, содержащие монтмориллониты с иными катионами. Поэтому очень большие количества бентонитов используются без какой-либо предварительной химической обработки.

В качестве связующей добавки к формовочным пескам широко используются пластичные каолинитовые глины, содержащие небольшую примесь иллита и иногда монтмориллонита. Такие глины часто носят название огнеупорных глин из-за их довольно высокой огнеупорности. В США эти глины широко разрабатываются в каменноугольных месторождениях Иллинойса и Огайо, где они залегают непосредственно под пластами каменного угля. Месторождения глин, залегающие в сходной геологической обстановке, разрабатываются повсюду, например в Англии, Германии и во Франции. Такой же связующей способностью, как некоторые огнеупорные глины, обладают и другие виды глин, также пластичных и имеющих каолинитовый состав, например некоторые высокопластичные керамические глины (боллклей; комовые глины). Каолинитовые глины характеризуются меньшей связующей способностью, чем монтмориллонитовые глины, однако, поскольку им присущи другие ценные свойства и они более доступны, в формовочных смесях их часто применяют как самостоятельно, так и в смеси с бентонитами. Пластичные каолинитовые глины сложены исключительно мелкими частицами довольно плохо окристаллизованного каолинита. Другие каолинитовые глины сложены относительно крупными, хорошо окристаллизованными частицами каолинита — они обладают очень малой связующей способностью и поэтому не используются в качестве компонента формовочных смесей.

Третья разновидность глин, применяемых в литейном производстве, представлена глинами, сложенными почти нацело ил-литом. Большей частью иллитовые глины имеют малую связность и пластичность и поэтому не используются в качестве связующей добавки. Однако существует ряд разновидностей иллитовых глин, которые обладают такой же связующей способностью, как и монтмориллонитовые глины, а кроме того, и другими свойствами, в результате чего они особенно ценны в качестве связующего компонента в формовочных смесях. Иллитовые глины для литейного производства широко разрабатываются на месторождениях в Иллинойсе. В этих глинах иллит более тонкозернистый и легче диспергируется в воде, чем менее пластичный иллит, слагающий ряд других глин и глинистых сланцев. Вероятно, эти свойства иллит приобрел в результате выветривания, при котором частично был удален межслоевой калий. Интересно отметить, что иллит является связующим компонентом многих природных песков.

Глины, сложенные галлуазитом, промежуточным между двух-и четырехводной формами, обладают значительной связующей способностью, тогда как глины, сложенные двух- или четырехводным галлуазитом, слабо пластичны и не способны связывать песок. Глины, сложенные галлуазитом, промежуточным между двух- и четырехводной формами, обладают еще другими ценными свойствами; например, их применение позволяет получать металлические отливки с хорошим качеством поверхности. Однако трудности, связанные с сохранением у таких глин нужной стадии гидратации до того, как они могут быть непосредственно применены, не позволяют использовать их, насколько это известно автору, в литейном производстве.

Аттапульгит-сепиолитовые глины, по-видимому, не применяются в увлажненных формовочных смесях, хотя весьма вероятно, что они обладают удовлетворительной связующей способностью, а также отвечают и другим требованиям литейного производства. Гофман недавно испытал образец аттапульгита, и результаты этого испытания показали, что сопротивление сжатию данного образца во влажном состоянии примерно соответствует таковому каолинитовых глин. Было установлено, что добавка аттапульгита придает требуемые свойства формовочным смесям, в которые в качестве связующего компонента добавлены масла.

Автору не известно какое-либо применение в литейном производстве хлоритовых глин. Можно полагать, что некоторые выветрелые хлоритовые глины по своим свойствам близки к иллитовым и каолинитовым глинам.

Уайт показал, что некоторые аллофановые глины обладают слабой связующей способностью или совсем не имеют ее. Возможно, ряд аллофановых глин обладает большой связующей способностью, но такие глины пока еще не найдены.