Природные абразивные материалы

28.12.2017

Абразивные свойства камня используются человечеством с незапамятных времен. Добыча абразивных минералов была предметом горных промыслов. Всего двести лет назад, когда еще не было искусственных абразивов, месторождения камня, из которого можно было изготовить шлифовальные круги и бруски, определяли богатство государства, как и золотые прииски.

В изготовлении шлифовального инструмента столетиями использовались, используются и сейчас такие известные виды природных абразивов как алмаз, гранат, кремень, корунд, наждак и пемза. Эти разновидности материалов до сих пор являются универсальными средствами ручной доводки и полировки ножей и клинков. Среди природных абразивов особой славой пользовались бруски из камней с уникальными свойствами и старинными загадочными названиями: турецкий камень, бельгийский камень, арканзас, вашита, тюрингский шифер. И конечно природный алмаз не превзойдён при обработке и доводке камня и стекла.

Общеизвестно, что любой достаточно твердый материал обладает по отношению к менее твердому абразивными свойствами (abrado, abrasi (лат.) - скоблить). Твердость определяется сопротивлением материала, чья поверхность подвергается скоблению. Степени твердости, представленные в относительной шкале Мооса (представлена в таблице1) выведены на основании наблюдения за тем, насколько легко или трудно один материал может скоблить другой. Этим относительным методом устанавливается соответствующая градация твёрдости материалов, обладающих абразивной способностью.

Таблица 1

Твёрдость по Моосу Эталонный минерал Абсолютная твёрдость Обрабатываемость Минералы с аналогичной твердостью
1 Тальк (Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ) 1 Царапается ногтем Графит
2 Гипс (CaSO 4 ·2H 2 O) 3 Царапается ногтем Галит, хлорит
3 Кальцит (CaCO 3 ) 9 Царапается медной монетой Биотит, золото, серебро
4 Флюорит (CaF 2 ) 21 Царапается ножом, оконным стеклом Доломит, сфалерит
5 Апатит (Ca 5 (PO 4 )3(OH-,Cl-,F-)) 48 Царапается ножом, оконным стеклом Гематит, лазурит
6 Ортоклаз (KAlSi 3 O 8 ) 72 Царапается напильником Опал, рутил
7 Кварц (SiO 2 ) 100 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Гранат, турмалин
8 Топаз (Al 2 SiO 4 (OH-,F-) 2 ) 200 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Берилл, шпинель, аквамарин
9 Корунд (Al 2 O 3 ) 400 Поддаётся обработке алмазом, царапает стекло Сапфир, рубин
10 Алмаз (C) 1600 Режет стекло

Перечень материалов, обладающих абразивной способностью очень широкий, но основные абразивные материалы, которые и в настоящее время имеют промышленное значение, неизменны. Знание свойств и области применения природных абразивных материалов позволяют их использовать даже в сверхсовременных производствах.

  1. Природный алмаз

1.png

АЛМАЗ - самый твердый минерал, встречающийся в природе и драгоценный камень, состоящий из одного элемента. Название, возможно, происходит от греческого «адамас» (непобедимый, непреодолимый) или от арабского «ал-мас» (персидское «элма») – очень твердый. Алмаз - одна из аллотропных модификаций углерода и самое твердое из известных веществ. Другая аллотропная модификация углерода – графит – одно из самых мягких веществ.

Алмаз состоит из углерода (96-99,8%). Кроме того, в количестве от тысячных до 0,2-0,3% в нем содержатся примеси химических элементов – азота, кислорода, алюминия, бора, кремния, марганца, меди, а также примеси железа, никеля, титана, цинка и др. Встречаются включения графита, оливина, пиропа, хромита, хромдиопсида, энстатита и др.

В природе алмазы встречаются в виде отдельных кристаллов, их обломков или поликристаллических агрегатов. Алмазы разделяют на ювелирные и технические. К ювелирным относят алмазы кристаллической формы, прозрачные, без трещин и включений, пятен и изъянов. Алмазы ювелирного качества встречаются в ЮАР и в Республике Саха (Якутия, Россия.

Все остальные кристаллы, а также поликристаллические разновидности относят к техническим алмазам. Технические алмазы низкого сорта и поликристаллические разновидности обязательно проходят предварительную обработку с целью разделения их по форме и размерам, а также для выделения алмазов с более высокими свойствами прочности. При этом алмазы дробят, овализируют, полируют, а также подвергают термической обработке и металлизации. Применяют для изготовления металлорежущих и других инструментов, широко используемых в промышленности (резцов, сверл, фильер, штампов, дисковых пил, буровых коронок и т.д.), а также в качестве абразивных материалов - алмазных порошков и микропорошков.

Свойства алмаза

Алмаз при обычных температурах химически инертен. Кислоты, даже самые сильные, на него не действуют. При высоких температурах алмаз приобретает химическую активность. Смесь серной кислоты с двухромовокислым калием при нагревании окисляет алмазные порошки в углекислоту. Алмаз растворяется в расплавленной натриевой и калиевой селитрах и соде при нагревании. В расплавленных карбонатах щелочей при 1000-1200 оС алмаз превращается в окись углерода. Отдельные металлы (железо, сплавы железа, никель и др.) при более 800 оС частично растворяют алмаз.

Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям.

Показатель преломления алмаза высокий (2,417), этим объясняется его яркий, алмазный блеск. Для лучей разного цвета показатель преломления различный: для красного 2,402, желтого 2,417, зеленого 2,42 фиолетового 2,465. Таким образом, дисперсия алмаза 0,063, что намного выше, чем других минералов. Высокой дисперсией объясняется «игра» бриллиантов всеми цветами радуги. Угол внутреннего отражения для алмаза при показателе преломления 2,42 составляет 24о 51'.

Плотность алмаза - 3,48—3,56 г/см3, твердость по Моосу - 10, микротвердость 8600-10000 кгс/мм2. Однако у алмаза наблюдается анизотропия твердости, выражающаяся в том, что на разных гранях и в различных направлениях твердость несколько отличается. Это связано с особенностями структуры.

Износостойкость алмазов колеблется в широких пределах, средняя износостойкость алмаза в несколько раз выше износостойкости широко известных абразивных материалов – карбидов бора и кремния. Абразивная способность материала определяется отношением массы сошлифованного материала к массе израсходованного абразива. Если принять абразивную способность алмаза за единицу, то абразивная способность карбида бора составит 0,5-0,6, а карбида кремния 0,2-0,3.

Алмаз имеет совершенную спайность по, излом ровный, ступенчатый, раковистый. Модуль упругости (в МПа) алмаза равен 88254 (у карбида бора около 294180, карбида кремния 357919, твердого сплава до 588360). Этим объясняется способность алмаза деформироваться при воздействии на обрабатываемый материал. В связи с этим при алмазной обработке материалов удельное давление и температура в несколько раз ниже, чем при использовании других абразивов.

Предел прочности на изгиб у алмаза невысок – 206-490 МПа, что в три-четыре раза меньше, чем у твердого сплава (1079-1471 МПа), предел прочности алмазов при сжатии зависит от его формы и дефектности, он составляет в среднем 1961 МПа, что в два раза меньше среднего предела прочности на сжатие у твердых сплавов (3922-4903 МПа). Прочность на разрыв 7 746 740 МПа (теоретическая). Коэффициент сжатия алмаза и модуль сжимаемости в четыре раза меньше, чем железа.

Алмаз характеризуется высокой теплопроводностью, что позволяет быстрее отводить тепло с поверхности обрабатываемых изделий. Он является диэлектриком, вместе с тем отдельные разновидности алмазов (например, голубой или синий) могут обладать полупроводниковыми свойствами.

Температура плавления алмаза около 4000 оС. При нагревании алмаз сгорает, образуя углекислый газ. В струе кислорода он горит голубым пламенем при температуре около 720 оС, в атмосфере воздуха температура горения 850 оС. При нагревании без доступа воздуха поверхность алмаза графитизируется при 1000 оС, при более высокой температуре он полностью переходит в графит.

Применение алмаза в качестве абразивного материала.

Все вышеперечисленные свойства алмаза легли в основу его абразивного применения. Алмазные материалы и алмазный инструмент стоит отдельно от всех абразивных материалов, как супперабразивы.

Требования к алмазным шлифматериалам жестко регламентированы стандартами ГОСТ 9206-80 «Порошки алмазные. Технические условия» , ГОСТ Р 52370-2005 «Порошки из природных алмазов. Технические условия» , ИСО 6106:1979 "Абразивные материалы. Зернистость алмазных порошков и порошков кубического нитрида бора"

Указанные стандарты устанавливают требования на порошки из природных алмазов, предназначенные для изготовления алмазного инструмента, применяемого при камнеобработке, бурении горных пород, правке абразивных кругов, резке и обработке неметаллических материалов, цветных металлов и сплавов, а также для применения в незакрепленном состоянии в виде паст и суспензий.

Основными классификационными признаками алмазных порошков являются следующие характеристики алмазных зерен:

размер; коэффициент формы; прочность.

Алмазные порошки в зависимости от размера зерен делятся на группы:

- шлифпорошки различных марок - размер зерен от 1000 до 40 мкм (от 18 до 400 меш в системе ИСО);

- микропорошки - размер зерен от 40 мкм и мельче.

Размер зерен каждой фракции алмазных шлифпорошков определяют номинальными размерами сторон ячеек в свету двух контрольных сит в микрометрах, причем через верхнее сито зерна должны проходить, а на нижнем задерживаться.

Размер зерен алмазных микропорошков определяют полусуммой длины и ширины прямоугольника, условно описанного вокруг проекции зерна таким образом, чтобы большая сторона прямоугольника соответствовала наибольшей длине проекции зерна.

Марки шлифпорошков определяются изометричностью и прочностью зерен.

Алмазные шлифпорошки состоят из целых кристаллов и их обломков и обозначаются буквенными индексами АК:

А - природные алмазы;

К - индекс прочности, выраженный в ньютонах.

К буквенному обозначению добавляются цифровые индексы, которые означают:

- после индекса А - содержание изометричных кристаллов и их обломков, выраженное десятками процентов;

- после индекса К - условный показатель прочности зерен алмазного порошка.

Алмазные микропорошки состоят из обломков кристаллов, полученных в результате дробления алмазов, и обозначаются буквенным индексом АМ - микропорошки из природных алмазов.

Примеры условных обозначений:

Шлифпорошок из природных алмазов марки А8К100, зернистостью 500/400:

А8К100 500/400 ГОСТ Р 52370-2005.

То же, зернистостью 35/40 меш:

А8К 100 35/40 меш ГОСТ Р 52370-2005.

То же, марки А, зернистостью 200/40:

А 200/40 ГОСТ Р 52370-2005.

Микропорошок из природных алмазов марки АМ, зернистостью 40/0:

Микропорошок АМ 40/0 ГОСТ Р 52370-2005.

Марки алмазных порошков и области применения должны соответствовать указанным в таблице 1.

Марка алмазного порошка Характеристика порошка Рекомендуемая область применения
Шлифпорошки
А10К300, А9К300,А8К300,
А10К250,А9К250,А8К250
Из целых кристаллов различных форм. Содержание изометричных алмазов - 100%-80% Изготовление инструментов на металлической связке для обработки наиболее твердых горных пород, бетона, жаропрочных материалов, правки абразивных кругов
А10К200, А9К200,А8К200,
А7К200
Из целых кристаллов различных форм. Содержание изометричных алмазов - 100%-70%
А10К160, А6К160,А9К160,
А8К160,А7К160
Из целых кристаллов различных форм. Содержание изометричных алмазов - 100%-60%. По показателю прочности являются аналогом марки АС160 по ГОСТ 9206
А9К125, А8К125, А7К125, А6К125 Из целых кристаллов различных форм и их обломков.
Содержание изометричных алмазов - 90%-60%.
По показателю прочности являются аналогом марки АС125 по ГОСТ 9206
Изготовление инструментов на металлической связке для обработки горных пород, бетона, стекла; в буровом и правящем инструменте
А9К100, А8К100, А7К100, А6К100, А5К100 Из целых кристаллов (60%) и их обломков.Содержание изометричных зерен - 90%-50%.
По показателю прочности являются аналогом марки АС100 по ГОСТ 9206
А9К80,А8К80, 7К80, А6К80, А5К80 В основном из обломков кристаллов. Содержание изометричных зерен - 90%-50%.
По показателю прочности являются аналогом марки АС80 по ГОСТ 9206
Изготовление инструментов на металлической связке для обработки горных пород средней твердости, природного камня, керамики, стекла, бетона, рубина; для чернового шлифования
А8К65,А7К65,6К65, А5К65, А4К65 В основном из обломков кристаллов.Содержание изометричных зерен - 80%-40%.
По показателю прочности являются аналогом марки АС65 по ГОСТ 9206
А7К50,А6К50,А5К50, А4К50, А3К50 В основном из обломков кристаллов.Содержание изометричных зерен - 70%-30%.
По показателю прочности являются аналогом марки АС50 по ГОСТ 9206
А5К32, А4К32, А3К32, А2К32А5К20, А4К20, А3К20, А2К20 Из обломков удлиненной и пластинчатой формы.
Содержание изометричных зерен - 50%-10%.По показателю прочности являются аналогами марок АС32, АС20, АС15 по ГОСТ 9206
Изготовление инструментов на металлической и керамической связках для обработки мягких горных пород, твердого сплава, стекла, рубина, корундов и других хрупких материалов
А5К15, А4К15, А3К15, А2К15, А1К15
А Из обломков кристаллов различной формы, полученных дроблением алмазов, с размером зерен от 200 до 40 мкм Изготовление порошков для инструментов на металлической связке для обработки стекла, керамики и труднообрабатываемых материалов
Микропорошки
AM Из обломков кристаллов различной формы, полученных в результате дробления с размером зерен от 40 мкм и менее Изготовление микропорошков для получения композиционных материалов и использования в свободном состоянии для полирования материалов

Зернистости алмазных порошков по различным стандартам приведены в таблице 2

Таблица 2

Зернистость по Основная фракция, мкм, по
ИСО 6106:1979 ГОСТ 9206-80,
мкм
ГОСТ 9206-80 ГОСТ Р 52370-2005
I система, мкм II система, меш
Широкий диапазон зернистостей
852 20/30 1000/630 1000/630 -1000+630
602 30/40 630/400 630/400 -630+400
427 40/50 400/250 400/250 -400+250
252 60/80 250/160 250/160 -250+160
Узкий диапазон зернистостей
1001 18/20 1000/800 1000/800 -1000+800
851 20/25 800/630 800/630 -800+630
711 25/30 - - -
601 30/35 630/500 630/500 -630+500
501 35/40 500/400 500/400 -500+400
426 40/45 400/315 400/315 -400+315
356 45/50 - - -
301 50/60 315/250 315/250 -315+250
251 60/70 250/200 250/200 -250+200
213 70/80 200/160 200/160 -200+160
181 80/100 - - -
151 100/120 160/125 160/125 -160+125
126 120/140 125/100 125/100 -125+100
107 140/170 100/80 100/80 -100+80
91 170/200 80/63 80/63 -80+63
76 200/230 - - -
64 230/270 63/50 63/50 -63+50
54 270/325 50/40 50/40 -50+40
46 325/400 - - -

Показатели статической прочности шлифпорошков приведены в таблице

Таблица 3

Зернистость,
мкм
Показатель статической прочности, Н, не менее, для марок с индексом прочности
К15 К20 К32 К50 К65 К80 К100 К125 К160 К200 К250 К300
Широкий диапазон зернистостей
1000/630 40,5 58,2 94 125 162 200 225 311 400 500 625 750
630/400 30,7 42,5 64,8 89 115 142 177 221 283 353 441 529
400/250 22,6 30,3 45,3 62 80 99 124 155 198 247 309 370
250/160 16,2 22 32,8 43 56 69 86 107,5 138 172,5 215 258
160/100 11,9 16,2 23,8 30 39 48 60 75 96 120 150 180
100/63 9,2 12,5 17,3 21 27 33 41 51 65 81 101 121
63/40 7,1 9,6 13,2 15 19,5 24 30 37,5 48 60 75 90
Узкий диапазон зернистостей
1000/800 43,5 62,8 102,5 135 175 216 270 336 433 540 675 810
800/630 37,5 53,7 85,4 115 149 184 230 287 368 460 575 690
630/500 32,3 45,9 71,2 98 127 157 196 245 313 390 487 585
500/400 29,2 39,2 58,3 79,4 103 127 159 198 254 317 396 470
400/315 24,8 33,3 49,6 68 88 109 136 170 217 270 337 405
315/250 20,5 27,4 41,0 56 73 89 112 140 179 224 280 336
250/200 17,3 23,5 34,5 48 64 78 98 123 157 196 245 294
200/160 15,1 20,6 31,2 43 56 69 86 107 137 171 - -
160/125 13,0 17,6 25,9 36 47 58 72 - - - - -
125/100 10,8 14,7 21,6 30 39 48 60 - - - - -
100/80 9,7 13,2 18,4 25 32 40 50 - - - - -
80/63 8,6 11,8 16,2 22,1 29 36 45 - - - - -
63/50 7,6 10,3 14,0 19,6 25 31 39 - - - - -
50/40 6,5 8,8 12,3 17,6 22 27 34 - - - - -
  1. Природный корунд

Корунд представляет собой естественный минерал, состоящий из кристаллической окиси алюминия (Аl2Oз). В природе в чистом виде встречается редко. Кристаллы корунда содержат до 90% окиси алюминия. Наиболее частыми примесями являются окислы железа и кремния, придающие минералу различные цветовые оттенки. Его цветовые разновидности — сапфир, рубин используются в ювелирном деле. По твердости корунд уступает алмазу. Его твердость по шкале Moоса 9.
Название минерала епроисходит от  санскритского «kuruntaka» или тамильского «kuruntam» (так именовали этот минерал в Индии и на Цейлоне); возможно, от санскритского «curuvinda», что в переводе означает «рубин». Цвет корунда обычно синевато- или желтовато-серый; чистый корунд – белого цвета, он окрашивается в разные цвета (красный, красно-коричневый, фиолетовый, синий или голубой, от желтого до оранжевого, зеленый) примесями элементов-хромофоров: хрома, железа, титана или ванадия. Цвета нередко чистые, яркие. Обычный корунд просвечивает, имеет блеск от стеклянного до алмазного («алмазный шпат» с четко проявленной отдельностью параллельно базису кристаллов).

Плотность корунда 3,9-4,1 г/см3, твердость по Моосу — 9, микротвердость 1800-2400 кгс/мм2, механическая прочность — 5,5—13,7Н (560—1400гр).

Корунд – очень твердый кристаллический материал с большим содержанием оксида алюминия, белого цвета с розовыми или красными прожилками, означающими включения сапфира или рубина.

Для образования корунда необходимы условия дефицита кремнезема и высокого содержания глинозема. Магматический акцессорный корунд встречается в сиенитах и нефелиновых сиенитах, в более крупных кристаллах присутствует в щелочных пегматитах. Иногда образуется в результате десиликации (потери кварца) гранитных пегматитов, залегающих в ультраосновных породах. Известен как продукт метаморфизма бокситов и других высокоглиноземистых пород. Развит в глубокометаморфизированных породах типа гнейсов, кристаллических сланцев, гранатовых амфиболитов, а также в мраморах. В зонах контактового метаморфизма высокоглиноземистых осадочных пород могут образоваться наждаки – тонкозернистые смеси корунда с магнетитом, гематитом, иногда со шпинелью, диаспором, хрупкими слюдами, гранатом и другими минералами.

Благодаря высокой твердости корунд издавна использовался как абразивный материал, но в настоящее время в этих целях применяется в основном искусственный корунд. В промышленных масштабах корунд не добывается, но при добыче других минералов может выделяться, например наждака, который добывают на древнейшем (известном с античных времен) месторождении на острове Наксос в Кикладском архипелаге (Эгейское море, Греция), а также в США (Честер, шт. Массачусетс; близ Пикскила, шт. Нью-Йорк). В России месторождение наждака (несколько отличного по составу) расположено в Красноярском крае. Крупнейшее корундовое месторождение Семиз-Бугу находится в Казахстане.

Прозрачные цветные корунды, без трещин (или почти без них), представляют собой дорогие ювелирные (драгоценные) камни. Красные корунды, окрашенные примесью хрома, называются рубинами, синие, окрашенные примесью железа и отчасти титана, - сапфирами. Так же называют и прозрачные корунды других цветов (кроме красного), в том числе бесцветный корунд – лейкосапфир. Некоторые разновидности сапфира и рубина, обработанные кабошоном, обнаруживают в направлении главной (вертикальной) кристаллографической оси эффект астеризма: в них появляется фигура правильной 6- или 12-лучевой звезды, лучи которой перемещаются по поверхности камня при его повороте. Такие камни – звездчатые сапфиры и звездчатые рубины – называют астериями, и они весьма высоко ценятся.

В настоящее время в промышленных масштабах производится искусственный корунд, включая его ювелирные разновидности - рубины и сапфиры разных цветов, а также звездчатые рубины и сапфиры. Искусственный рубин, получаемый в основном методом Вернейля (плавлением порошка глинозема в пламени водородно-кислородной горелки) или методом Чохральского (вытягиванием из расплава), нашел применение как материал для твердотельных лазеров, часовых камней, осей и цапф точных приборов, а также в ювелирном деле. Искусственные сапфиры используются в осветительной технике (особенно лейкосапфир) и в ювелирной промышленности.

Искусственный технический корунд абразивного применения производится методом рудотермической плавки из бокситного и глинозёмного сырья

Применение в качестве абразивного материала.

Природный корунд сослужил добрую службу промышленности с доисторических времён до и получения плавленных электрокорундов, появившихся благодаря развитию электрометаллургии. О его важной роли и традиционности в народном хозяйстве можно судить по тому, что сведения о залежах корунда упоминаются в геологических отчетах 60-х годов 20-го столетия, а в товарной номенклатуре ВЭД до сих пор существует графа 6804 : «Жернова и камни точильные... из природных или абразивов...»
На базе месторождения природного корунда (Семиз-Бугу) в 30-е годы прошлого столетия даже был создан Кыштымский абразивный завод.

Много абразивного корунда добывали в Индии. Тусклый, почти непрозрачный корунд из Индии, будучи измельченным для получения шлифовального материала, известен под названием "алмазный шпат". Добытая корундовая руда измельчалась, сортировалась по величине зерна. Применялась в порошке и для изготовления из него искусственных кругов, брусков и шкурок.

В настоящее время природный корунд с содержанием Аl2Oз более 70% потерял своё промышленное значение и не добывается, шлифматериалы из него не производятся. Однако, одной из разновидностей природного корунда является "наждак" - это не нечто обобщенное, а конкретное название непрозрачного корунда с содержанием физического корунда менее 70%. Эта горная порода до сих пор применяется при изготовлении абразивного инструмента.

3. Наждак

Наждак - мелкозернистая горная порода черного и черно-зеленого цвета, содержащая в значительном количестве твердый минерал корунд, используемая в качестве абразивного материала. Различают разновидности наждака: 1) хлоритоидно-корундовые с содержанием корунда от незначительного до 40—70%; 2) магнетитовые и шпинель-магнетитовые с содержанием корунда до 30—40%; 3) диаспор-корундовые с содержанием А1203 ОТ 40 до 65% и более.

Особенность наждака как абразивного материала — присутствие легкоплавких примесей, в связи с чем наждак можно использовать только при изготовлении инструмента на силикатных, магнезиальных и органических связках. Важнейший показатель абразивных материалов — абразивная способность — зависит у наждака от содержания физического корунда и наиболее высока (для отечественного сырья) у хлоритоидных руд уральских месторождений, но в 2—3 раза ниже, чем у качественных корундовых руд. Наждак применяется в гибких дисках на различных основах, в том числе для накатки на войлочную основу, преимущественно для шлифования неответственных металлических изделий. Кроме того, на магнезиальной связке изготовляют из наждака искусственные мельничные жернова, спец. шлифовальные камни для напилочных заводов, дефибрерные камни (для измельчения древесины); с использованием наждачных порошков изготовливают шлифовальную шкурку.

Наиболее эффективен наждак, как абразивный материал, в шлифовальном инструменте при обработке металлов невысокой твердости (незакаленной стали, железа, цветных металлов), где он дает более высокое качество обработки, чем корунд. Особенно высокое качество поверхностей получается при использовании хлоритоидных наждаков. Выпускаются преимущественно грубые порошки — шлифзерно с диаметром частиц основной фракции 90 мкм и больше. Рассев шлифовального зерна и порошков из наждака, граната и корунда производится по  стандарту FEPA. Ориентировочная крупность шлифматериалов по зернистости приведена в таблице 4

Таблица 4

Шлифовальное зерно и порошки для абразивного инструмента фиксированной формы Шлифовальное зерно и порошки для гибкого абразивного инструмента (щлифовальной шкурки)
Зернистость Размер зерен, мкм. Содержание основной фракции, % Зернистость Размер зерен, мкм. Содержание основной фракции, %
F10 2360-2000 45 - - -
F12 2000-1700 45 P12 2000-1700 45
F14 1700-1400 45 - - -
F16 1400-1180 45 P16 1400-1180 49
F20 1180-1000 45 P20 1000-850 44
F22 850-710 45


F24 710-600 45 P24 850-710 47
F30 600-500 45 P30 710-600 47
F36 500-425 45 P36 600-500 47
F40 425-355 40 P40 425-355 47
F46 355-300 40


F54 300-250 40 P50 355-300 49
F60 250-212 40 P60 300-250 45
F70 212-180 40 - - -
F80 180-150 40 P80 212-180 49
F90 150-125 40 P100 180-150 45
F100 125-106 40 P120 125-106 44
F120 106-90 40 P150 106-90 49
F150 90-63 40 P180 90-75 47
F180 75-63 40 P220 75-63 47
F220 63-53 40 - - -
  1. Гранат

3.png

По составу различают шесть видов граната: огненно-красный пироп, желтоватый или зеленоватый гроссуляр, оранжевый спессартин, прозрачный меловатый, пурпурный или фиолетово-красный альмандин, изумрудно-зеленый уваровит, зеленый, буро-красный или черный андрадит.

Ярко-красные гранаты в старину назывались карбункулами («угольками»). На Руси гранаты имели название «червчатый яхонт». Прозрачный золотисто-зеленый гранат, который встречается на Урале, называют демантоидом («подобным алмазу») за цветные переливы. Часто все красные разновидности называют «гранатами», а все зеленые — «оливинами».

Название «гранат» произошло от латинского Bagranurn — крупинка, зерно. Другие названия минерала и его разновидностей: шорломит, меланит, лейкогранат, карбункул, червец, вениса, бечета, уральский гранат. Гранатами называют несколько минералов, в числе которых пироп, альмадин, гроссуляр, спессартин и др. Гранат очень похож, формой и цветом, на зерна в плодах гранатового дерева. Старое русское название граната - "вениса".

Состав. Классификационная группа силикатов островной структуры, объединяющая 6 минеральных видов:
* пироп Mg3Al2[SiO4]3,
* альмандин Fe3Al2[SiO4]3,
* спессартин Mn3Al2[SiO4]3,
* уваровит Ca3Cr2[SiO4]3,
* гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3,
* андрадит Ca3Fe2[SiO4]3.

В природе гранаты встречаются обычно в виде твердых растворов и часто содержат примеси железа, титана, ванадия и др.

Физические свойства:
а) цвет: гранаты известны всех цветов, кроме синего: пироп обычно темно-красный; альмандин - розовый или вишневый; уваровит - ярко-зеленый, розовый, бесцветный; андрадит - красно-бурый, коричневый,
б) твердость по Моосу: 6,0 - 7,5,
в) плотность: 3,2 - 4,3 г/см3,
г) степень прозрачности: от прозрачного до непрозрачного. Бездефектные светлоокрашенные кристаллы прозрачны, а густоокрашенные просвечивают лишь в тонком слое,
д) блеск: от стеклянного до смолистого (у демантоида и топазолита до алмазного).

Месторождения. Самые крупные пиропы (468,5 и 633,4 карат) были найдены в делювиальных отложениях гор Среднечешской области. Пироп - высокотемпературный, магматический минерал, встречается в ультраосновных породах. Накапливается в россыпях.

На протяжении длительного времени пироп добывали из уникальных россыпных месторождений гор Среднечешской области, а также алмазоносных кимберлитовых трубок Восточной и Южной Африки. В нашей стране пироп, совместно с хризолитом и алмазом находят в месторождениях Якутской алмазоносной провинции.

Применения. С древних времён гранат считался изысканным драгоценным камнем. Крупные и качественные кристаллы используются в ювелирном деле

Неювелирные разновидности гранатов используются, главным образом, как абразивные, фильтровальные и полупроводниковый материалы, которые изготавливаются из гранатовых концентратов (ГК). Области применения весьма обширны :

- Очищение поверхностей методом струйной обработки пескоструйными агрегатами ( в 5-7 раз эффективней кварца, в 2-3,5 раза уменьшение расхода материала по отношению к кварцу).

- «Тонкая» очистка сточных и питьевых вод, вина от механических примесей. Гранат обладает более высокой степенью смачиваемости и фильтрацией по отношению к кварцу.

- Очистка масел и нефтепродуктов.

- Гидроабразивная резка твердых материалов (бетон, метал, камень, стекло) под большим давлением (до 4000 атм) с помощью воды и ГК с минимальной толщиной распила до 0,8 мм при толщине материала до 250 мм.

- Шлифовальные материалы для шлифовальной шкурки и абразивного инструмента на органических связках

- Суспензии и пасты для шлифовки и полировки точной оптики, зеркал, кожи, бумаги, ценных пород дерева и т.д.

- Керамика, электрокерамика, художественная керамика (инертный наполнитель, композит).

- Нефтяная промышленность (повышение нефтеотдачи нефтяных пластов на 15-20 %, очистка отложений, смол и парафинов на магистральных нефтепроводах).

- Точное литье (увеличение количества отливок в 20-40 раз по сравнению с кварцевым песком).

В качестве абразивных материалов используются частицы гранатов природного происхождения, по форме близкие к крупному песку, поскольку при измельчении крупных камней они претерпевают конхоидальный излом с образованием формы частиц, малопригодной для абразивного применения. Твердость абразивного граната связана с его кристаллическим строением и обеспечивает высокое сопротивление к разрушению. Благодаря этой способности гранатовый абразив обладает хорошей абразивной способностью.

главные месторождения абразивного граната располагаются в Австралии и Индии, бывшей Чехословакии, Южной Африке и США.

Шлифовальные материалы из граната получают путем через обработки песков граната. На начальном этапе зерна подвергаются механическому воздействию, чтобы стабилизировать микроструктуру. Тем не менее, острые грани зерен обеспечивают высокое качество разреза, что делает гранатовый песок жестким, острым и высокоэффективным гранатовым абразивом. Далее гранатовый песок классифицируется (рассевается) на фракции, в зависимости от назначения.

Для гидроабразивной резки и струйной обработки изготавливаются фракции следующего гран-состава:

0,8...1,2мм ( 12\20 MESH)

0,35-0,8 мм ( 20\40 MESH )

0,25-0,6 мм ( 30\60 MESH)

0,125-0,6 мм (80 MESH)

0,07-0,18 мм ( 120 MESH)

Рассев шлифовального зерна и порошков из граната производится по стандарту FEPA (см. таблицу 4).

При всех достоинствах гранатовых абразивных материалов, широкого распространения в абразивных инструментах и шкурке они не получили. Но для струйной обработки и гирдроабразивной резки гранатовые шлифматериалы незаменимы, как незаменимы микропорошки гранатов для полирования оптики и зеркал.

  1. Кремень

4.png

Кремень — однородная плотная горная порода, состоящая из кремнезема (халцедона) скрытокристаллической структуры и микроскопических зерен кварца с примесью карбонатов, глинистых веществ и органических остатков. Цвет его — от светло-серого до черного, иногда с буровато-желтым оттенком; излом раковистый, благодаря чему при дроблении кремня образуются частицы с острыми кромками. Форма кремней очень разнообразна: это округлые, пальцевидные, пластинчатые и другой формы конкреции, часто имеющие наросты, отверстия и пустоты, заполненные мелкими кристалликами кварца.

Кремень и кремний - совсем не одно и то же. Это вязкий прочный агрегат скрытокристаллического и аморфного кремнезема. Смесь скрытокристаллических и аморфных кремнеземов: халцедона, кварца и опала, очень слабо просвечивающий. Часто кремень имеет органогенное происхождение, поскольку кремень входит в состав скелетов некоторых морских одноклеточных организмов

Микротвердость кремня находится на уровне гранатов, в природе встречается в виде массивных пород и гальки.

В качестве шлифовального материала используется кремень, содержащий не менее 96 % SiO4 и не более 1 % Fe2O3, Применяется крайне ограниченно для изготовления специальной шлифовальной шкурки, которой обрабатывают кожи, эбонит, дерево. Классификация по крупности шлифовального материала производится в соответствии с таблицей 4.

  1. Пемза

5.png

Пемза - светлоокрашенное чрезвычайно высокопористое (пузырчатое, пенистое) природное вулканическое стекло. Образуется в результате столь быстрого затвердевания риолитовой, реже дацитовой или трахитовой лавы, что минералы не успевают выкристаллизоваться из расплава. Резко выраженное пузырчатое сложение породы обусловлено выделением пузырьков растворенных паров и газов из магмы во время ее затвердевания. В результате порода приобретает высокую пористость и низкую объемную плотность - от 0,5-0,6 до 1,3-1,4 (обычно куски пемзы плавают в воде). Кислые (риолитовые) пемзы имеют такое же высокое содержание кремнезема и низкое - железа и магния, как и сами риолиты. Дацитовые пемзы имеют состав дацита, трахитовые - трахита.

Пемза может залегать в виде обособленных пластообразных тел, некогда бывших лавовыми потоками, но чаще слагает поверхностную зону потоков кислых лав. Месторождения пемзы выявлены в некоторых вулканических областях на западе США (штаты Орегон, Калифорния и др.). Ее добывают, дробят и используют в тех же целях, что и вулканический пепел, который она весьма напоминает по своим свойствам, т.е. как заполнитель для легких бетонов и гидравлическую добавку к портландцементу. Пемза применяется также в качестве теплоизоляционной засыпки в строительстве.

В качестве абразивного материала пригодна пемза с тонкими пластинками стекла, образующими перегородки между ячейками Пемзовые блоки, которые добываются из карьеров на Липарских о-вах в Тирренском море (Италия), используются в качестве исходного материала для получения абразивных порошков и гигиенических брусков. Кроме того, поставщиками пемзы являются Новая Зеландия, Германия (долина Рейна), Австрия, Япония и Франция. Значительные месторождения пемзы известны на Камчатке и в Закавказье (Армения, близ Еревана).

Промышленное значение пемза, как абразивный материал, потеряла в начале 20-го века.


Возврат к списку