Плотность шлама для газобетона
Обновлено: 14.05.2024
Влияние гидросиликатов на свойства песочного шлама в производстве газобетона автоклавного твердения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»
Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В., Клоков В.В.
Неотъемлемый компонент автоклавного газобетона песочный шлам , качество которого определяется плотностью газобетона . Показано влияние количества дисперсных добавок гидросиликатов, полученных путем дробления и помола из автоклавного газобетона и силикатного кирпича на свойства песочного шламапродукта подготовки песка в технологии автоклавного газобетона . Гидросиликаты газобетона в разы увеличивают водопотребность песочного шлама , чем гидросиликаты из кирпича, а плотность песочного шлама уменьшается в большей степени от введения газобетонного порошка, чем из силикатного кирпича .
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В., Клоков В.В.
АВС-анализ ассортимента сливочного масла Способы утилизации отработанных сорбентов на основе цеолитов в строительные материалы Влияние состава известково-кремнезёмистого вяжущего на свойства формовочной смеси в производстве силикатного кирпича О материалах для защиты строительных изделий от увлажнения и водонасыщения Использование отходов металлургического производства при изготовлении жаростойкого газобетона i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы. i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.Текст научной работы на тему «Влияние гидросиликатов на свойства песочного шлама в производстве газобетона автоклавного твердения»
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_
13.Бессонова Л.П., Дунченко Н.И. Управление безопасностью в пищевой промышленности на основе системы прослеживаемости // Стандарты и качество. 2010. №5. С. 82-85.
14.Леонов О.А., Темасова Г.Н. Использование диаграммы Парето при расчете внешних потерь от брака // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. 2004. № 5. С. 81-82.
15.Дунченко Н.И., Магомедов М.Д., Рыбин А.В. Управление качеством в отраслях пищевой промышленности. М., 2014. 212 с.
16.Вышемирский Ф.А. Качество масла из коровьего молока вчера и сегодня // Переработка молока. 2013. №2. С.14-18.
17.Вышемирский Ф. А. Маслоделие в России (история, состояние, перспектива). Рыбинск: Рыбинский Дом Печати, 1998. 591 с.
© Мигранова Д.Р., 2016
канд.техн. наук, доцент Казанский ГАСУ, Г. В. Кузнецова старш. препод., соискатель кафедры ТСМИК, Казанский ГАСУ,
В. В.Клоков студент 3 курса ИСТИЭС, Казанский ГАСУ г. Казань, РФ
ВЛИЯНИЕ ГИДРОСИЛИКАТОВ НА СВОЙСТВА ПЕСОЧНОГО ШЛАМА В ПРОИЗВОДСТВЕ
ГАЗОБЕТОНА АВТОКЛАВНОГО ТВЕРДЕНИЯ
Неотъемлемый компонент автоклавного газобетона - песочный шлам, качество которого определяется плотностью газобетона. Показано влияние количества дисперсных добавок гидросиликатов, полученных путем дробления и помола из автоклавного газобетона и силикатного кирпича на свойства песочного шлама-продукта подготовки песка в технологии автоклавного газобетона. Гидросиликаты газобетона в разы увеличивают водопотребность песочного шлама, чем гидросиликаты из кирпича, а плотность песочного шлама уменьшается в большей степени от введения газобетонного порошка, чем из силикатного кирпича.
Плотность, водопотребность, песочный шлам, газобетон, силикатный кирпич
Автоклавный газобетон получил новую популярность с появлением на строительном рынке монолитного высотного строительства и высоких теплофизических требований к ограждающим конструкциям различных зданий и сооружений (не зависимо от этажности). Как известно спрос порождает предложение, в связи с чем в последние десятилетие в России введено не менее 20-ти новых заводов автоклавного газобетона, а всего в стране работает около 70 заводов. [1, с.15].
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_
Одним из основополагающих компонентов автоклавного газобетона является песочный шлам, который на производстве получают при мокром помоле песка с содержанием кварца, согласно СН 277, не менее 85%, слюды не более 0,5%, илистых и глинистых примесей не более 3% и не более 1% глинистых примесей типа монтмориллонита. Вторым требованием по качеству песочного шлама является его тонина помола и она зависит от плотности получаемого газобетона. Согласно СН 277, удельная поверхность молотого песка для ячеистого бетона должна быть:
Так же СН 277 регламентирует плотность песочного шлама, которая из грубомолотого песка должна быть не менее 1,6 кг/л. Плотность шлама песка нормального помола (при вибрационном способе формования изделий) 1,68 кг/л; плотность шлама вторичных продуктов обогащения руд должна быть 1,75— 1,8 кг/л. И как, нормативный документ показывает, что чем ниже плотность газобетона, тем выше должна быть удельная поверхность песка, а это повышает и энергоемкость производства. Поэтому баланс качества и цены продукции - это один из направлений совершенствования производства в целом.
В связи с выше изложенным, проведено исследование влияние молотых силикатных материалов на качество песочного шлама.
В качестве модификаторов использованы молотые материалы, приведенные в табл.1. Помол материалов произведен на дисковом истирателе с предварительным их дроблением до наибольшего размера зерен 2,5 мм.
Характеристики минеральных модификаторов песочного шлама
Наименование материала 3 Истинная плотность, г/см 2 Удельная поверхность, см /г
Молотый газобетон 2,47 14000-15000
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.Молотый силикатный кирпич 2,7 6900-7030
Молотый песок 2,65 2860-2930
Как видно из данных табл.1, молотый газобетон и силикатный кирпич обладают высокой размолоспособностью по сравнению с песком. Так же следует заметить, что газобетон может быть отходом собственного производства в связи с появлением некондиционной продукции и/или подрезного слоя из-за принятой технологии его производства. Подрезной слой может образовываться при технологии одностороннего кантования (рис.1) и его отсутствием - при двухстороннем кантованием, но при этом появляются другие немаловажные недостатки [5, с. 120-144].
Высокое качество поверхности
Больший коэффициент использования автоклава
Образование отхода -подрезной слой
Отсутствие подрезного слоя
Высокая металлоемкость производства
Высокий расход тепловой энергии
Низкий коэффициент заполнения автоклава
Рисунок 1 - Преимущества способов производства газобетона
_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070_
И для предприятий по производству автоклавного газобетона с одностороннем кантованием отход газобетона неизбежен, возврат которого может осуществляться прямым введением в газобетономешалку или через песочный шлам.
^^силикатный кирпич ■^Нтазобетон Рисунок 2 - Влияние молотого газобетона и Рисунок 3 - Влияние молотого газобетона и
силикатного кирпича на водопотребность силикатного кирпича на плотность песчаного
песочного шлама шлама
Введении минеральных добавок в газобетономешалку оказывает влияние, в первую очередь, на однородность и технологические свойства смеси, но при этом выделяются другие факторы как время созревания массива, плотность, прочность, коэффициент конструктивного качества [6, с.9, 7, с.51].
В случает введения порошков в песочный шлам, нами проверено их влияние на изменение его водопотребности и плотности.
Как видно из полученных результатов (рис.2 и 3) добавки порошков из газобетона и силикатного кирпича приводят к росту водопотребности и снижают плотность песочного шлама. Таким образом, выполненные эксперименты показали:
- что отходы газобетона и силикатного кирпича измельчаются соответственно в 4,5 и 2,5 раза больше, чем строительный песок;
- водопотребность порошка газобетона и силикатного кирпича соответственно в 1,4 и 2,8 раза больше, чем у порошка из песка;
- водотопотребность песочного шлама при добавлении 15% газобетона возрастает на 28%, а при введении силикатного кирпича - лишь на 5%,
- плотность песочного шлама больше снижается при введении газобетона (на 2,5%), чем от силикатного кирпича (лишь на 1%).
Список использованной литературы:
1. Вишневский А.А., Гринфельд Г.И., Смирнова А.С. Итоги работы предприятий по производству автоклавного ячеистого бетона в 2013 г.// Технологии бетонов. -2014. - №5. - С. 12-15.
2. Кузнецова Г.В., Морозова Н.Н. Проблемы замены традиционной технологии силикатного кирпича с приготовлением известково-кремнеземистого вяжущего на прямую технологию// Строительные материалы. 2013. № 9. С. 14-17.
3. Хозин В.Г., Морозова Н.Н., Матеюнас А., Захарова Н.А., Акимова Э.П. Исследование внутренней коррозии модифицированных монолитных бетонов на основе местных заполнителей РТ// Технологии бетонов. 2008.№ 3. С. 58.
4. Ерошкина Н.А., Коровкин М.О., Аксенов С.В. Малоэнергоемкие ресурсосберегающие технологии производства вяжущих для конструкционных бетонов// Современные проблемы науки и образования. 2013. № 6. С. 45.
i Не можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.5. Сажнев Н.П, Сажнев Н.Н., Сажнева Н.Н., Голубев Н.М. Производство ячеистобетонных изделий. Теория и практика. Минск: Стрикино, 2010.-464с.
МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №5/2016 ISSN 2410-6070
7. Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В., Голосов А.К. Влияние цементов разных производителей на свойства ячеисто-бетонной смеси автоклавного газобетона // Строительные материалы. 2014. № 5. С. 49-51.
© Морозова Н.Н., Кузнецова Г.В., Клоков В.В., 2016
ЦЕЛЕУСТРЕМЛЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА В СОВРЕМЕННОМ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Статья посвящена формированию гибкой производственной системы, стремящейся к наиболее рациональным параметрам под выпуск конкретного вида машиностроительной продукции. Последовательный анализ текущей производственной ситуации, формирование коррекции параметров производственной системы, направленной на ее улучшение, позволяет в динамическом режиме формировать решения, принятие которых улучшает технико-экономические показатели производства.
производство, технология, проектирование, продукция, трудоемкость, производительность.
PURPOSEFUL PROCESSING SYSTEM IN MODERN ENGINEERING PRODUCTION
The article is devoted to the formation of a flexible manufacturing system, tending to the most rational parameters for the release of a specific type of machinery products. Serial analysis of the current production of the situation, the formation of the correction parameters of production system aimed at its improvement, allowing Regis dynamic-me form a solution, the adoption of which improves the technical and economic performance.
production, technology. design, produktion, the complexity of performance.
В настоящее время в промышленном производстве наблюдается сокращение размеров партий выпускаемых изделий, вместе с тем, требуется резкое сокращение времени на их выпуск, включая не только сам процесс изготовления, но и подготовку производства при запуске изделия в производство. То есть, происходит постоянное смещение основных объемов производства от условий массового и крупносерийного производств к условиям мелкосерийного и даже единичного. Здесь наблюдается противоречие, заключающееся с одной стороны в повышении частоты перестройки производства, что неминуемо ведет к увеличению общего времени простоя оборудования производственной системы (ПС), с другой - остро стоит вопрос о максимальной загрузке этого оборудования.
Это продиктовано требованиями обеспечения конкурентоспособности выпускаемой продукции определяемой с одной стороны снижением себестоимости выпуска, с другой - оперативной реакцией на изменение требований к потребительским качествам выпускаемой продукции. Следствием этого является появление и развитие таких специфических форм предприятий промышленного производства, как
Сырьевая смесь для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий из ячеистого газобетона автоклавного твердения. Сырьевая смесь для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения содержит, мас.%: бездобавочный портландцемент 32,67-42,71, кварцевый песок с тонкостью помола 3500-4100 см 2 /г 53,071-63,865, двуводный гипс 2,92-4,17, алюминиевую пудру или пасту 0,095-0,119, воду затворения при температуре 42-52°C в количестве, соответствующем отношению В/Т, равному 0,55-0,63, при этом конечная щелочность сырьевой смеси равна 26-32%. Указанная выше сырьевая смесь содержит бездобавочный портландцемент марки М500 Д0, двуводный гипс с содержанием сульфата кальция не менее 95%. Технический результат - упрощение технологического процесса, снижение отпускной влажности газобетона и удешевление стоимости сырьевой смеси. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 2 табл.
Изобретение относится к промышленности строительных материалов и может быть использовано для изготовления теплоизоляционных и конструкционно-теплоизоляционных изделий из ячеистого газобетона автоклавного твердения.
Основными показателями, определяющими физико-технические характеристики автоклавного газобетона, являются прочность на сжатие и связанная с ней плотность (теплопроводность). При прочих равных условиях с ростом плотности автоклавного газобетона происходит повышение его прочности. Кроме того, прочность автоклавного газобетона зависит от качества макро- (ячеистой) и микро- (структура межпорового пространства) структуры материала, что в свою очередь, определяется технологическими параметрами сырьевой смеси и особенностями технологического процесса. Растущий спрос на изделия из ячеистого газобетона автоклавного твердения с высокими конструкционно-теплоизоляционными свойствами заставляет искать технологические решения, позволяющие компенсировать наблюдающееся в настоящее время падение качества исходных материалов и роста цен на них, в частности, негашеной извести - одного из основных компонентов сырьевой смеси.
Известна сырьевая смесь для приготовления ячеистого газобетона автоклавного твердения, включающая золу-унос ТЭЦ электрофильтрового отбора, цемент, известково-зольную смесь с соотношением извести и золы 1:1, газообразователь на основе алюминиевой пудры и шлам, приготовленный из отходов производства ячеистого бетона, при следующем соотношении компонентов, мас.%: цемент 24-27; известково-зольная смесь 14-21; зола-унос 34-40; указанный шлам 16-21; газообразователь 0,07-0,09, а также сверх 100 мас.% воду в количестве, соответствующем водотвердому соотношению В/Т=0,6-0,7 (RU №2378228 C1, 28.08.2008). Указанная сырьевая смесь предназначена для изготовления только теплоизоляционных изделий. Данное техническое решение предусматривает содержание извести в пределах 7-10,5 мас.% и дополнительное введение ее в виде шлама, что позволяет снизить содержание извести в качестве основного компонента, а в качестве кремнеземистого компонента использовать золу-унос ТЭЦ.
Недостатком указанной сырьевой смеси является то, что при автоклавной обработке бетона зола является относительно ненадежным заполнителем, так как в ней могут содержаться некоторые нежелательные окислы и несгоревшее топливо. Последние могут быть причиной проявления недопустимой трещиноватости в готовых изделиях. Для ослабления возможных деструктивных явлений, а также для ускорения темпов набора прочности и интенсификации процессов газовыделения необходимо применять добавки, которые способны вступать в реакции обмена и присоединения с составляющими золо-цементных композиций с образованием щелочи NaOH и структурно активных фаз Aft и AFm. При этом золы ТЭЦ должны быть высококальциевыми. Разработка технологий автоклавных газобетонов на основе зол ТЭЦ в целом приводит к неоправданно сложным и энергоемким решениям (постоянное изменение дозировок и технологических режимов в соответствие с колебаниями свойств зол).
По своей технической сущности наиболее близким аналогом-прототипом является сырьевая смесь для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения, включающего минеральное вяжущее смешанного состава - цемент с известью, кремнеземистый компонент - термолитовый песок, газообразователь - алюминиевую пудру и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральное вяжущее - 24,5-36; термолитовый песок - 24,4-36; алюминиевая пудра - 0,1-0,5 и вода - остальное (SU №1377268 A1, 07.05.1985). Хотя указанная сырьевая смесь обеспечивает наибольшую прочность ячеистого газобетона при автоклавировании, равную 4,2 МПа, но средняя плотность бетона при этом составит 500-600 кг/м 3 , а расход вяжущих приближается к 60%, половину которых составляет известь. К недостаткам данной сырьевой смеси также следует отнести и применение малораспространенного (практически недоступного) кремнеземистого компонента - термолитового песка и необходимость дополнительной его технологической переработки.
Задачей изобретения является упрощение технологического процесса, снижение отпускной влажности газобетона и удешевление стоимости сырьевой смеси.
Поставленная задача решается тем, что сырьевая смесь для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения, включающая минеральное вяжущее, кремнеземистый компонент, газообразователь в виде алюминиевой пудры или пасты и воду затворения, согласно изобретению содержит в качестве минерального вяжущего бездобавочный портландцемент, а в качестве кремнеземистого компонента - кварцевый песок с тонкостью помола 3500-4100 см 2 /г и дополнительно двуводный гипс при конечной щелочности сырьевой смеси, равной 26-32 мас.%, и следующем соотношении указанных компонентов: цемент 32,67-42,71; кварцевый песок 53,012-63,865; двуводный гипс 2,92-4,17; газообразователь - алюминиевая пудра или паста 0,095-0,119; вода затворения при температуре 42-52°C в количестве, соответствующем отношению В/Т, равному 0,55-0,63. При этом бездобавочный портландцемент берут марки М 500 Д0, а двуводный гипс - с содержанием сульфата кальция не менее 95%.
Сущность изобретения заключается в следующем. Из состава исходной сырьевой смеси исключается известь, обычно используемая как один из основных компонентов, но обеспечение общей щелочности смеси в пределах 26-32% достигается за счет свободной извести бездобавочного портландцемента не ниже марки М 500 Д0 с нормируемым содержанием алита и белита. Количество цемента должно быть в пределах 32,67-42,41 мас.% (в пересчете на сухую смесь). Если цемент не соответствует паспортным данным на содержание свободной извести, то величина конечной щелочности сырьевой смеси может быть скорректирована добавлением щелочи NaOH в смесь.
Согласно изобретению в сырьевой смеси предусмотрено использование двуводного гипса в качестве регулятора структурообразования из расчета в указанных пределах в перерасчете на SO3. Гипсовая добавка замедляет процесс начальной гидратации цемента и тем самым сохраняется вязкость смеси в процессе газовыделения, что уменьшает количество дефектов в массиве из-за неизбежной несбалансированности во времени процесса газовыделения и роста пластической прочности. Добавка двуводного гипса при увеличенном содержании бездобавочного портландцемента марки М 500 Д0 и кварцевого песка с заявленной величиной тонкости измельчения обеспечивает проявление синергетического эффекта, который способствует повышению коэффициента конструктивного качества (ККК) конструкционно-теплоизоляционного автоклавного газобетона плотностью 500-600 кг/м 3 .
Расход алюминиевой пудры зависит от заданного объемного веса и составляет от 300 до 700 г на 1 м 3 газобетона, что согласуется с пределами содержания газообразователя, указанными в изобретении.
Получение сырьевой смеси проводили по технологической документации, утвержденной предприятием-изготовителем и соответствующей ГОСТ 31359-2007 «Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия», после этого готовили образцы для лабораторных испытаний в соответствие с нормативными ссылкам (Раздел 2 ГОСТ 31359-2007).
В таблице 1 представлены данные испытаний, которые позволяют сделать заключение, что наилучшие показатели по пределу прочности на сжатие и плотности для газобетонов с превышением этих показателей по сравнению с прототипом в пределах от 4 до 18% и от 2,4 до 16.8% соответственно достигаются в составах, указанных в примерах №№1 и 2, при этом ввиду отсутствия данных по остаточной влажности, относящихся к прототипу, эти показатели для газобетона из предложенной сырьевой смеси оценивались относительно остаточной влажности газобетона, выпускаемого на предприятии по стандартной технологии, и представлены в таблице 2.
| Таблица 2 | ||
| Показатели сравнительных испытаний ячеистого бетона с различным содержанием извести в составе ячеистой газобетонной смеси | ||
| Процентное содержание извести в смеси | Отпускная прочность газобетона, МПа | Влажность газобетона, % |
| 8,65 стандартный состав | 3,06-3,4 | 37-40 |
| 5,0 | 3,02-3,35 | 34-35 |
| 2,9 | 3,2-3,49 | 32-33 |
| 0 | 3,09-3,2 | 29-31 |
Из таблицы 1 следует, что предлагаемые пределы содержания компонентов смеси позволяют получить оптимальные характеристики газобетона после автоклавной обработки.
Таким образом, техническим результатом, достигаемым при использовании предложенной сырьевой смеси для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения, является реализация поставленной задачи изобретения - как упрощение технологического процесса, так и снижение остаточной влажности газобетона, а также удешевление стоимости сырьевой смеси.
Все указанные факторы определяют технический и экономический полезные эффекты изобретения.
1. Сырьевая смесь для получения ячеистого газобетона автоклавного твердения, включающая минеральное вяжущее, кремнеземистый компонент, газообразователь в виде алюминиевой пудры или пасты и воду затворения, отличающаяся тем, что она содержит в качестве минерального вяжущего бездобавочный портландцемент, а в качестве кремнеземистого компонента - кварцевый песок с тонкостью помола 3500-4100 см 2 /г и дополнительно двуводный гипс при конечной щелочности сырьевой смеси, равной 26-32%, и следующем соотношении указанных компонентов, мас.%:
| цемент | 32,67-42,71 |
| кварцевый песок | 53,071-63,865 |
| двуводный гипс | 2,92-4,17 |
| газообразователь - | |
| алюминиевая пудра или паста | 0,095-0,119 |
| вода затворения при температуре 42-52°C | |
| в количестве, соответствующем отношению В/Т, | |
| равному | 0,55-0,63 |
2. Сырьевая смесь по п.2, отличающаяся тем, что бездобавочный портландцемент берут марки М500 Д0, а двуводный гипс - с содержанием сульфата кальция не менее 95%.
Плотность шлама для газобетона
В настоящее время современная строительная индустрия нуждается в дешевых и практичных материалах. Наиболее перспективным направлением снижения себестоимости строительных материалов и повышения их физико-механических показателей является замена традиционных сырьевых материалов на техногенные продукты.
Использование отходов не только позволит найти новые источники сырьевых материалов, но и решить ряд экологических проблем.
На сегодняшний день актуальной проблемой является утилизация нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината. Ежегодные объемы образования составляют примерно 6–7 млн т в год. Общий объем накопленных отходов оценивается в пределах 220 млн т. При этом использование нефелинового шлама в качестве вторичного материального ресурса не превышает 200–300 тыс. т в год.
Комплекс уникальных физико-химических свойств нефелинового шлама делает перспективным его использование в производстве фасадной керамической плитки и ячеистых бетонов [1].
Цель исследования: исследование химического, минералогического и гранулометрического составов нефелинового шлама АО «РУСАЛ Ачинский глиноземный комбинат», разработка составов и технологических режимов получения строительных материалов на его основе.
Материалы и методы исследования
Исследование элементного и фазового состава исходных сырьевых материалов и техногенных продуктов проводили с применением рентгеноспектрального и рентгенофазового анализа на спектрометре Lab Center XRF-1800 Shimadzu (Japan) и дифрактометре фирмы Shimadzu XRD-6000. Термогравиметрический анализ выполнен на термоанализаторе STA 449 C on 18 TASC 414-4 фирмы Netzch. Для грубого помола сырьевых материалов использовали щековую дробилку марки ЩД–6. Тонкое измельчение осуществляли с использованием кольцевой мельницы Roklabs. Гранулометрический состав материалов определяли с использованием ситового анализатора ВПТ-220.
Измерение предела прочности образцов строительных материалов проводили на испытательной машине LFM усилием 40 т (Швейцария).
Нефелиновый шлам является побочным продуктом производства глинозема. В процессе выщелачивания нефелино-известковых спеков образуется алюминатный раствор и нефелиновый (белитовый) шлам [1–3].
Химический состав нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината представлен в табл. 1.
Химический состав нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината, мас. %
Результаты рентгеноструктурного фазового анализа (рис. 1) показали, что основной кристаллической фазой, содержащейся в нефелиновом шламе, является двухкальциевый силикат в фазе белита β–Ca2SiO4.
Рис. 1. Дифрактограммы нефелинового шлама: а) свежий шлам; б) лежалый шлам
При этом установлено, что в процессе длительного хранения шлама в отвалах за счет естественной гидратации двухкальциевого силиката Ca2SiO4 образуется значительное количество гидросиликатов и карбонатов кальция.
Проведенный термогравиметрический анализ (рис. 2) показывает наличие эндотермического эффекта и значительную потерю массы нефелинового шлама (до 1,5–5,9 %) в диапазоне температур 700–750 °С, связанного с разложением карбоната кальция [3].
Рис. 2. Дериватограммы нефелинового шлама: а) свежий шлам; б) лежалый шлам
Частицы нефелинового шлама характеризуются высокой пористостью, достигающей 30–60 % при размере пор от 10 до 1000 мкм.
Фракционный состав нефелинового шлама (табл. 2) характеризуется превалирующим содержанием фракций 0,5 + 0,315 мм и –0,315 + 0,08 мм, в сумме превышающих 50 мас. %. Это позволяет использовать его для получения строительных материалов без дополнительного измельчения.
Фракционный состав нефелинового шлама
Анализ результатов химического, минералогического и гранулометрического составов нефелинового шлама Ачинского глиноземного комбината позволил выявить перспективность его использования для производства строительных материалов за счет высокотемпературного и гидрохимического синтеза новых кристаллических фаз, позволяющего получать материалы с высоким уровнем физико-механических свойств.
Результаты исследования и их обсуждение
В работе выбраны два направления исследований использования нефелинового шлама для производства строительных материалов. Одно из направлений связано с получением качественной фасадной керамической плитки, характеризующейся низкими значениями усадки при обжиге и высокой прочностью при изгибе.
На основе нефелинового шлама в сочетании с каолинит-гидрослюдистой глиной Компановского месторождения и кварцевым песком разработаны составы керамических масс, обеспечивающие достижение требуемых физико-механических показателей фасадной керамической плитки за счет направленного синтеза полезных кристаллических фаз в процессе обжига.
Прогнозируемыми полезными кристаллическими фазами могут быть геленит и анортит, синтез которых предположительно в твердой фазе может наблюдаться при температуре выше 400 °С и идти наиболее активно при 800–900 °С. Кроме того, основной кристаллической фазой в структуре керамического материала при температуре обжига 1000–1100 °С предполагается β-волластонит, образующий армирующий каркас из разнонаправленных игольчато-волокнистых кристаллов [3–5].
К основным факторам, оказывающим основное влияние на формирование кристаллической фазы волластонита, относятся: молярное соотношение CaO/SiO2, гранулометрический состав сырьевых материалов, температура спекания и продолжительность изотермической выдержки, а также способ и давление формования.
Оценку степени спеченности керамического черепка в зависимости от изменения молярного соотношения CaO/SiO2 проводили по показателям водопоглощения ( %) и предела прочности при изгибе (МПа).
Экспериментальным путем установили оптимальную область молярного соотношения CaO/SiO2 (0,55–0,65), обеспечивающую получение образцов фасадной керамической плитки с высокой прочностью на изгиб (18–22,5 МПа) и водопоглощением менее 12, что соответствует требованиям стандартов [6]. Зависимости водопоглощения (1) и прочности при изгибе (2) образцов от молярного соотношения CaO/SiO2 при температуре обжига 1100 °С представлены на рис. 3.
Рис. 3. Зависимость водопоглощения (1) и прочности при изгибе (2) образцов от молярного соотношения CaO/SiO2 при температуре обжига 1100 °С
С увеличением удельной поверхности нефелинового шлама увеличивается свободная энергия его частиц, что способствует твердофазному синтезу волластонита. Содержание волластонита увеличивается от 5,52 до 16,2 мас. %, при этом содержание ларнита снижается от 14,3 до 6,12 мас. %, а кварца от 53,1 до 48,7 мас. %.
Выявленные закономерности взаимосвязи фракционного состава сырья и свойств композиционных материалов распространяются как на силикатные системы, так и на анодные массы при производстве алюминия электролизом.
Вторым перспективным направлением исследования выбрано применение нефелинового шлама для производства легких ячеистых бетонов. Наиболее предпочтительно использование свежего нефелинового шлама, содержащего помимо двухкальциевого силиката β–Ca2SiO4, значительное количество свободного оксида кальция до 20 мас. % в форме гидроксида Ca(OH)2 [7–9].
Читайте также: