Опока — литейная смесь на основе бентонита¶
Опока — литейная формовочная смесь природного происхождения, состоящая преимущественно из кремнезёма (SiO₂) в виде опал-кремнезёма с примесью глинистых минералов, главным образом монтмориллонита. Применяется в литейном производстве для изготовления литейных форм и стержней, а также в качестве добавки к формовочным смесям на глинистых связующих.
¶Происхождение и месторождения
Опоки — горные породы осадочного происхождения, образовавшиеся в результате химического осаждения кремнезёма из водных растворов, преимущественно в мелководных бассейнах. По минералогическому составу опал-кремнезём опок близок к диатомитам, однако опоки сложены аморфным кремнезёмом опаловой природы, а не кремнистыми скелетами диатомей.
В России крупнейшие промышленные месторождения опок разведаны в Воронежской, Курской, Белгородской областях и в ряде других регионов Центрального Чернозёмья. Опоки широко распространены также в Прибалтике, на Украине, в Казахстане и США.
¶Состав и свойства
Основу опоки составляет кремнезём (обычно 70–90 %) в аморфной форме. Содержание глинистых компонентов (монтмориллонит, каолинит, иллит) колеблется от 5 до 25 %, что определяет связывающие свойства материала. Примеси оксидов железа, алюминия, кальция, магния и щелочных элементов обычно не превышают нескольких процентов.
Ключевые свойства, определяющие литейное применение опоки:
- Зерновой состав — природная опока имеет преимущественно пылеватую фракцию, что ограничивает её использование в чистом виде;
- Огнеупорность — опоки выдерживают длительный нагрев до 1600–1700 °C без спекания, что позволяет применять их для форм под сталь и чугун;
- Газопроницаемость — опаловый кремнезём обеспечивает хорошую проницаемость форм для газов, выделяющихся при заливке металла;
- Прочность форм — определяется содержанием и активностью глинистых компонентов.
¶Применение в литейном производстве
В литейном производстве опока используется в двух основных направлениях.
¶Как самостоятельное формовочное сырьё
Природная опока с повышенным содержанием активного монтмориллонита (обычно не менее 10–12 %) может применяться без добавления глины. Такая опока увлажняется, перемешивается и формуется по стандартной технологии. Формы из опоки обладают хорошей газопроницаемостью и огнеупорностью, однако уступают смесям на бентоните по прочности.
¶Как добавка к формовочным смесям
Основной объём потребления опоки приходится на использование в качестве добавки к формовочным смесям на глинистых связующих. Добавление опоки (обычно 10–30 % от массы смеси) позволяет:
- повысить газопроницаемость форм;
- снизить склонность формовочных смесей к пригару металла к стенкам формы;
- улучшить отливаемость форм;
- снизить стоимость смеси за счёт замещения части более дорогого бентонита.
Опока также применяется при производстве стержней, в том числе для получения стержней с повышенной газопроницаемостью.
¶Подготовка и обжиг
Природная опока, как правило, подготавливается перед использованием: её измельчают, сортируют по фракциям и при необходимости подвергают обжигу. Обжиг опоки при 800–1000 °C приводит к дегидратации и частичной перекристаллизации глинистых компонентов, что снижает их связывающую активность и повышает газопроницаемость. Обожжённая опока используется там, где требуется уменьшить усадку формовочной смеси.
¶Альтернативные и связанные материалы
В литейном производстве опоку нередко сопоставляют с другими природными кремнезёмистыми материалами:
| Материал | Основной компонент | Особенность |
|---|---|---|
| Опока | Опал-кремнезём | Содержит глинистые примеси, связывающие свойства |
| Диатомит | Остатки диатомей | Пористый, низкая прочность, применяется как утеплитель |
| Трепел | Опал-кремнезём | Более низкая огнеупорность, чем у опоки |
| Бентонит | Монтмориллонит | Основное связующее в формовочных смесях |
¶Применение вне литейного производства
Помимо литейного дела, опоки применяются в качестве наполнителя в строительных материалах, в производстве абразивов, в керамике, а также как сырьё для получения активированного кремнезёма. В ряде случаев опоки используются в качестве фильтрующих материалов и адсорбентов.
¶Источники
- Литейные материалы: справочник / под ред. И. Н. Чекмарёва. — М.: Машгиз.
- Справочник литейщика / под ред. И. Балакина. — М.: Машиностроение.
- Геологический словарь / под ред. О. К. Боранова. — М.: Недра.
- Минералогия: учебник для вузов / под ред. В. А. Францкевича. — М.: Академия.