Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ МАГНЕЗИАЛЬНОЙ ГЛИНЫ С ИЗВЕСТЬЮ В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Научная статья
Володченко А.Н.
Выпуск: № 10 (29), 2014
Опубликована:
2014/11/08
PDF

Володченко А.Н.

Доцент, кандидат технических наук, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ МАГНЕЗИАЛЬНОЙ ГЛИНЫ С ИЗВЕСТЬЮ В ГИДРОТЕРМАЛЬНЫХ УСЛОВИЯХ

Аннотация

Установлено, что магнезиальные глины можно использовать в качестве сырья для производства автоклавных силикатных материалов.

Ключевые слова: магнезиальная глина, известь, автоклавная обработка, силикатные материалы.

Volodchenko A.N.

Associate Professor, PhD of Technical Siences, Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov

REACTIVITY MAGNESIAN CLAYS WITH LIME IN HYDROTHERMAL CONDITIONS

Abstract

It was established that the magnesium clays can be used as raw material for the production of autoclave silicate materials.

Keywords: magnesia clay, lime, autoclave processing, silicate materials.

Для производства автоклавных силикатных материалов, являющиеся наиболее распространенными стеновыми материалами, используют известково-кремнеземистое вяжущее. Кроме кварцевого песка в качестве кремнеземистого компонента можно использовать некоторые промышленные отходы. Большую перспективу в этом плане имеют рыхлые вскрышные породы горнодобывающей промышленности, в частности, песчано-глинистые породы. Такие породы, отвечающие нормативным требованиям можно использовать для производства керамических материалов, а также для получения металлокомпозитов [1–20]. Породы, не отвечающие таким требованиям, которые в огромных количествах извлекаются при добыче полезных ископаемых, можно использовать в качестве сырья для производства силикатных материалов гидротермального твердения [21–34].

В Архангельской алмазоносной провинции в зону горных работ в больших количествах попадают магнезиальные глины, содержащие преимущественно сапонит. В составе данных пород содержатся также другие глинистые минералы, тонкодисперсный кварц и кальцит. Породы подобного состава можно использовать для получения автоклавных силикатных материалов.

Цель данной работы – изучение синтеза новообразований на основе магнезиальных глин и извести при гидротермальной обработке.

Содержание извести в сырьевой смеси на основе изучаемой породы составляло 10–40 мас. %. Образцы готовили методом полусухого прессования. Автоклавную обработку проводили при давлении пара 1 МПа по режиму 1,5+6+1,5 ч.

Установлено, что при взаимодействии магнезиальной глины и извести наиболее активно реагирует сапонит. При этом образуются низкоосновные гидросиликаты кальция CSH(B) и глиноземистый тоберморит. Возможен также синтез рентгеноаморфных гидросиликатов магния.

Методом рентгенофазового анализа и ИК-спектроскопии показано, что с увеличением содержания в сырьевой смеси извести в цементирующем соединении повышается содержание карбоната кальция и магния (усиление интенсивности полос поглощения 857 и 1475 см–1 на ИК-спектрах и рефлекса 2,917 Å на рентгенограмме). На ИК-спектрах наиболее интенсивные полосы поглощений аниона СО32– (1500–1450, 878–857 см–1) и SiO44– (1100–950, 550–370 см–1) наблюдаются в запаренных образцах, содержащих 20 мас. % извести. Такая сырьевая смесь обеспечивает оптимальный состав цементирующего соединения и, соответственно, максимальную прочность образцов.

При невысоких температурах и непродолжительных режимах гидротермальной обработки в системе MgO–SiO2–H2O синтезируются аморфные гидросиликаты магния. Для образования серпентина необходимы высокие температуры гидротермальной обработки. В нашем эксперименте в системе MgO–SiO2–H2O при давлении автоклавирования 1,0 МПа и изотермической выдержке 6 ч термографическим анализом по экзоэффекту при 820 °С также обнаружены аморфные гидросиликаты магния (рис. 1, а).

17-06-2020 20-10-54

Рис. 1 – Термограммы (а), рентгенограммы (б) продуктов взаимодействия SiO2 с Са(OH)2 (1) и SiO2 с Мg(OH)2 (2)

 

Изучение в тех же условиях системы СаO–SiO2–H2O, показало, что образующиеся гидросиликаты кальция CSH(B) определяются как термографическим (экзоэффект при 820 °С), так и рентгенофазовым (3,06 Å) (см. рис. 1, а, б) анализами. При этом взаимодействие SiO2 с Са(OH)2 происходит в большей степени, чем с Мg(OH)2. Это зафиксировано по относительно меньшей величине аналитических линий свободного кварца на рентгенограмме в продуктах взаимодействии с Са(OH)2 (серия рефлексов 3,35; 4,26; 1,82 Å) и по присутствию не вступившего в реакцию Мg(OH)2 (эндоэффект при 410 °С на ДТА).

Гидросиликаты магния, синтезированные при низких температурах, не идентифицируются рентгенофазовым анализом. Для этого необходимо использовать дифференциально-термический анализ, причем необходимо учитывать, что экзоэффекты гидросиликатов магния и кальция при 820 °С совпадают.

Таким образом, магнезиальные глины можно использовать в качестве сырья для производства автоклавных силикатных материалов. При взаимодействии магнезиальной глины с известью образуется оптимальный состав цементирующего соединения, обеспечивающий высокие прочностные показатели силикатных материалов.

Литература

  1. Ключникова Н.В., Лымарь Е.А. Конструкционная металлокерамика - один из перспективных материалов современной техники // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2005. – № 9. – С. 111-114.
  2. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials // Glass and Ceramics. – 2005. – Т. 62. – № 9-10. – С. 319-320.
  3. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – Т. 63. – № 1-2. – С. 68-69.
  4. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – С. 110-111.
  5. Ключникова Н.В. Влияние пористости на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 3. – С. 41-45.
  6. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2. – С. 450-452.
  7. Ключникова Н.В. Термомеханическое совмещение компонентов при создании керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 6. – № 2. – С. 65-69.
  8. Ключникова Н.В. Принципы создания керамометаллического композита на основе глин и металлического алюминия // Естественные и технические науки. – 2012. – № 2. – С. 450-452.
  9. Ключникова Н.В. Выбор компонентов как важное условие создания композитов с заданными свойствами // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 16-21.
  10. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // Наука и общество. – 2013. – Т. 1. – С. 111-115.
  11. Ключникова Н.В. Исследование физико-механических свойств керамометаллического композита // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 10-15.
  12. Ключникова Н.В. Влияние металлического компонента на свойства керамометаллических композитов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 54-60.
  13. Ключникова Н.В. Рентгенофазовый анализ композиционных материалов на основе глин // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 7. – № 1. – С. 3-10.
  14. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
  15. Klyuchnikova, N.V Modification of components used for making a metal-ceramic composite // Последние тенденции в области науки и технологий управления. – 2013. – Т. 1. – С. 192-197.
  16. Ключникова Н.В. Эксплуатационные характеристики строительных композиционных материалов // Сборник научных трудов SWorld. – 2013. – Т. 50. – № 3. – С. 3-8.
  17. Ключникова, Н.В. Композиционные системы с металлическими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
  18. Ключникова Н.В. Адаптация поверхности глинистого компонента к металлической составляющей // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 36. – № 1. – С. 24-31.
  19. Ключникова Н.В. Композиционные системы с металличекими компонентами // Сборник научных трудов SWorld. – 2014. – Т. 19. – № 1. – С. 12-18.
  20. Ключникова Н.В. Особенности создания композиционных материалов с использованием разнородных компонентов // Актуальные вопросы современной науки. – 2014. – № 34. – С. 168-176.
  21. Лесовик В.С., Вишневская Я.Ю., Алфимова Н.И., Савин А.В. Влияние гидротермальной обработки и давления на структурообразование композиционных вяжущих // Технологии бетонов. – 2013. – № 10 (87). – С. 38-39.
  22. Алфимова Н.И., Шаповалов Н.Н. Материалы автоклавного твердения с использованием техногенного алюмосиликатного сырья // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-3. – С. 525-529.
  23. Алфимова Н.И. Повышение эффективности стеновых камней за счет использования техногенного сырья // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2011. – № 2. – С. 56-59.
  24. Володченко А.А. Влияние режима гидротермальной обработки на свойства силикатных материалов // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 6-6. – С. 1333-1337.
  25. Лесовик В.С., Володченко А.А. Влияние глинистого сырья на микроструктуру безавтоклавных силикатных материалов // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 30. – № 3. – С. 42-44.
  26. Алфимова Н.И., Черкасов В.С. Перспективы использования отходов производства керамзита в строительном материаловедении // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2010. – № 3. – С. 21-24.
  27. Володченко А.А. Свойства безавтоклавных стеновых материалов на основе песчано-глинистых пород // Технические науки - от теории к практике. – 2013. – № 17-2. – С. 7-12.
  28. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Повышение эксплуатационных характеристик стеновых материалов // Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. – 2014. – № 3. – С. 29-34.
  29. Володченко А.Н. Автоклавные силикатные материалы на основе отходов горнодобывающей промышленности // Сборник научных трудов Sworld. – 2012. – Т. 47. – № 4. – С. 29-32.
  30. Володченко А.Н. Нетрадиционное сырье для автоклавных силикатных материалов // Технические науки - от теории к практике. – 2013. – № 20. – С. 82-88.
  31. Володченко А.Н. Влияние глинистых минералов на свойства автоклавных силикатных материалов // Инновации в науке. – 2013. – № 21. – С. 23-28.
  32. Володченко А.Н. Влияние песчано-глинитых пород на пластичность газобетонной массы // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 7-10. 16
  33. Володченко А.Н. Магнезиальные глины – сырье для производтва автоклавных ячеистых бетонов // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 43. – № 1. – С. 3-7.
  34. Володченко А.Н. Влияние состава сырья на пластическую прочность газобетонной смеси // Сборник научных трудов Sworld. – 2013. – Т. 39. – № 2. – С. 45-49.

References

  1. Kljuchnikova N.V., Lymar' E.A. Konstrukcionnaja metallokeramika - odin iz perspektivnyh materialov sovremennoj tehniki // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2005. – № 9. – S. 111-114.
  2. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. The effect of metal filler on structure formation of composite materials // Glass and Ceramics. – 2005. – T. 62. – № 9-10. – S. 319-320.
  3. Klyuchnikova N.V., Lumar’ E.A. Production of metal composite materials // Glass and Ceramics. – 2006. – T. 63. – № 1-2. – S. 68-69.
  4. Klyuchnikova N.V. Interaction between components at metal composites production // European Journal of Natural History. – 2007. – № 6. – S. 110-111.
  5. Kljuchnikova N.V. Vlijanie poristosti na svojstva keramometallicheskih kompozitov // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2012. – T. 6. – № 3. – S. 41-45.
  6. Kljuchnikova N.V. Principy sozdanija keramometallicheskogo kompozita na osnove glin i metallicheskogo aljuminija // Estestvennye i tehnicheskie nauki. – 2012. – № 2. – S. 450-452.
  7. Kljuchnikova N.V. Termomehanicheskoe sovmeshhenie komponentov pri sozdanii keramometallicheskih kompozitov // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2012. – T. 6. – № 2. – S. 65-69.
  8. Kljuchnikova N.V. Principy sozdanija keramometallicheskogo kompozita na osnove glin i metallicheskogo aljuminija // Estestvennye i tehnicheskie nauki. – 2012. – № 2. – S. 450-452.
  9. Kljuchnikova N.V. Vybor komponentov kak vazhnoe uslovie sozdanija kompozitov s zadannymi svojstvami // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2013. – T. 43. – № 1. – S. 16-21.
  10. Klyuchnikova N.V. Ceramic composites properties control using metal filler // Nauka i obshhestvo. – 2013. – T. 1. – S. 111-115.
  11. Kljuchnikova N.V. Issledovanie fiziko-mehanicheskih svojstv keramometallicheskogo kompozita // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2013. – T. 7. – № 1. – S. 10-15.
  12. Kljuchnikova N.V. Vlijanie metallicheskogo komponenta na svojstva keramometallicheskih kompozitov // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2013. – T. 39. – № 2. – S. 54-60.
  13. Kljuchnikova N.V. Rentgenofazovyj analiz kompozicionnyh materialov na osnove glin // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2013. – T. 7. – № 1. – S. 3-10.
  14. Kljuchnikova N.V. Jekspluatacionnye harakteristiki stroitel'nyh kompozicionnyh materialov // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2013. – T. 50. – № 3. – S. 3-8.
  15. Klyuchnikova, N.V Modification of components used for making a metal-ceramic composite // Poslednie tendencii v oblasti nauki i tehnologij upravlenija. – 2013. – T. 1. – S. 192-197.
  16. Kljuchnikova N.V. Jekspluatacionnye harakteristiki stroitel'nyh kompozicionnyh materialov // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2013. – T. 50. – № 3. – S. 3-8.
  17. Kljuchnikova, N.V. Kompozicionnye sistemy s metallicheskimi komponentami // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2014. – T. 19. – № 1. – S. 12-18.
  18. Kljuchnikova N.V. Adaptacija poverhnosti glinistogo komponenta k metallicheskoj sostavljajushhej // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2014. – T. 36. – № 1. – S. 24-31.
  19. Kljuchnikova N.V. Kompozicionnye sistemy s metallichekimi komponentami // Sbornik nauchnyh trudov SWorld. – 2014. – T. 19. – № 1. – S. 12-18.
  20. Kljuchnikova N.V. Osobennosti sozdanija kompozicionnyh materialov s ispol'zovaniem raznorodnyh komponentov // Aktual'nye voprosy sovremennoj nauki. – 2014. – № 34. – S. 168-176.
  21. Lesovik V.S., Vishnevskaja Ja.Ju., Alfimova N.I., Savin A.V. Vlijanie gidrotermal'noj obrabotki i davlenija na strukturoobrazovanie kompozicionnyh vjazhushhih // Tehnologii betonov. – 2013. – № 10 (87). – S. 38-39.
  22. Alfimova N.I., Shapovalov N.N. Materialy avtoklavnogo tverdenija s ispol'zovaniem tehnogennogo aljumosilikatnogo syr'ja // Fundamental'nye issledovanija. – 2013. – № 6-3. – S. 525-529.
  23. Alfimova N.I. Povyshenie jeffektivnosti stenovyh kamnej za schet ispol'zovanija tehnogennogo syr'ja // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2011. – № 2. – S. 56-59.
  24. Volodchenko A.A. Vlijanie rezhima gidrotermal'noj obrabotki na svojstva silikatnyh materialov // Fundamental'nye issledovanija. – 2013. – № 6-6. – S. 1333-1337.
  25. Lesovik V.S., Volodchenko A.A. Vlijanie glinistogo syr'ja na mikrostrukturu bezavtoklavnyh silikatnyh materialov // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2012. – T. 30. – № 3. – S. 42-44.
  26. Alfimova N.I., Cherkasov V.S. Perspektivy ispol'zovanija othodov proizvodstva keramzita v stroitel'nom materialovedenii // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2010. – № 3. – S. 21-24.
  27. Volodchenko A.A. Svojstva bezavtoklavnyh stenovyh materialov na osnove peschano-glinistyh porod // Tehnicheskie nauki - ot teorii k praktike. – 2013. – № 17-2. – S. 7-12.
  28. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Chhin S. Povyshenie jekspluatacionnyh harakteristik stenovyh materialov // Vestnik Belgorodskogo gosudarstvennogo tehnologicheskogo universiteta im. V.G. Shuhova. – 2014. – № 3. – S. 29-34.
  29. Volodchenko A.N. Avtoklavnye silikatnye materialy na osnove othodov gornodobyvajushhej promyshlennosti // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2012. – T. 47. – № 4. – S. 29-32.
  30. Volodchenko A.N. Netradicionnoe syr'e dlja avtoklavnyh silikatnyh materialov // Tehnicheskie nauki - ot teorii k praktike. – 2013. – № 20. – S. 82-88.
  31. Volodchenko A.N. Vlijanie glinistyh mineralov na svojstva avtoklavnyh silikatnyh materialov // Innovacii v nauke. – 2013. – № 21. – S. 23-28.
  32. Volodchenko A.N. Vlijanie peschano-glinityh porod na plastichnost' gazobetonnoj massy // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2013. – T. 43. – № 1. – S. 7-10. 16
  33. Volodchenko A.N. Magnezial'nye gliny – syr'e dlja proizvodtva avtoklavnyh jacheistyh betonov // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2013. – T. 43. – № 1. – S. 3-7.
  34. Volodchenko A.N. Vlijanie sostava syr'ja na plasticheskuju prochnost' gazobetonnoj smesi // Sbornik nauchnyh trudov Sworld. – 2013. – T. 39. – № 2. – S. 45-49.