авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 43 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ...»

-- [ Страница 31 ] --

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Рис.1 Дифрактограмма стеклогранулята и ПСКМ ИК–спектроскопия обладает высокой чувствительностью к состоянию химических связей и позволяет с помощью колебательных спектров молекул исследовать межатомные взаимодействия [2]. С целью исследования структурных изменений и химических связей изучены спектры пеностеклокристаллических материалов в срав нении со спектрами пеностекла, полученные на ИК-Фурье спектрометре Nicolet 5700 в средней области диапазо на 400 – 4000 см-1.

Полосы поглощения в низкочастотной области 400–550 см-1 связаны с деформационными колебаниями концевых связей O–Si–O. Группа полос, располагающаяся области волновых чисел 550–750 см-1, отнесена к симметричным колебаниям мостиковых связей Si–O–Si в тетраэдрах. В этой области спектра значительных от личий данных образцов не наблюдается.

Особое внимание заслуживает область 1250 – 800 см-1, являющаяся характерной для группы SiO4-. Ин тенсивная полоса с максимумом ~ 1100 см-1 обусловлена несимметричными валентными колебаниями мостико вых связей Si – O – Si, а в интервале 900 – 1000 см-1 – полоса связана с колебаниями немостиковых связей [3]. По полученным данным установлено, что доля немостиковой связи увеличивается при переходе от пеностекла к ПСКМ с уменьшением интенсивности поглощения пиков от 80 до 60. Данное обстоятельство связано с более высоким содержанием в составе стеклофазы ПСКМ Na2O, по сравнению с составом образца пеностекла, что при водит к уменьшению степени полимеризации сетки стекла.

Новые полосы поглощения появляются также в области волновых чисел 2103 – 3620 см-1, которые оче видно могут быть приписаны неассоциированным группам ОН, либо комплексам типа Si – OН...O – Si. Наличие воды и силанольных групп на поверхности материала можно обнаружить по двум характеристическим полосам поглощения 3200 см–1 и 1650 см–1.

Для изучения размерных характеристик и морфологии структурных элементов ПСКМ использована растровая электронная микроскопия высокого разрешения (JSM-7500FA JEOL, Япония), позволяющая различать участки изучаемых объектов размером до 5 – 10 нм. На рис.2 представлена область аморфной составляющей межпоровой перегородки ПСКМ.

Рис. 2 Микроэлектронный снимок ПСКМ Анализ электронно–микроскопических изображений показал, что материал характеризуется гетероген ной структурой. Пространственная неоднородность стекловидной фазы вызвана процессами дорастворения оста точного кварца при повторном повышении температуры на стадии вспенивания с образованием агрегатов из частиц размером 100 нм. Относительно высокое количество распределенных в объеме агрегатов, отличающихся по химическим или физическим характеристикам, от окружающей аморфной матрицы может стать исходной точкой для проявления склонности расплава к кристаллизации.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Макроструктура полученных образцов представлена герметичными ячейками гексагональной и сфери ческой формы. Размер пор, межпоровой перегородки меняется в зависимости от режима вспенивания, состава шихты и в среднем составляет 1,2 мм и 40 мкм соответственно. Образцы полученных материалов имеют высоко однородную мелкопористую структуру и достаточно равномерное распределение пор по всему объему Форми рование в аморфной матрице нано- и микроразмерных структурных элементов повышает прочностные характе ристики образцов в 1,5 – 3 раза по сравнению с традиционным пеностеклом (табл.).

Таблица Характеристика пеностекольных материалов Свойства Вид материала материала пеностекло ПСКМ плотность, кг/м3 100 – 250 100 – прочность, МПа 1,5 – 3, 1, теплопроводность, Вт/м ОС 0,06 – 0,08 0,06 – 0, водопоглощение, масс. % не более 5 не более Из представленных данных следует, что полученные пеностеклокристаллические материалы по физико механическим характеристикам аналогичны пеностеклу, а по прочностным показателям превышают значения прочности пеностекла в среднем в 3 раза.

Таким образом, управляя технологическими параметрами получения стеклогранулята и пеноматериала на его основе можно регулировать количество остаточной кристаллической фазы, влияющей на основные свой ства готового материала, в частности, увеличивать его механическую прочность при незначительном увеличении плотности.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федера ции (ГК 02.740.1 1.0855) и гранта Европейской Комиссии № 228536 (NMP4-SL-2009-228536) проект NEPHH и на оборудовании Нано-Центра ТПУ.

Литература Казьмина О.В., Верещагин В.И., Абияка А.Н., Мухортова А.В., Поплетнва Ю.В. Температурные режимы полу 1.

чения гранулята для пеностеклокристаллических материалов в зависимости от состава шихты // Стекло и ке рамика. – 2009. – № 5. – С. 26 – 29.

Зубехин А.П., Страхов В.И., Чеховский В.Г. Физико-химические методы исследования тугоплавких неметалли 2.

ческих и силикатных материалов. – СПб: «Синтез», 1995. – 190 с.

Гусев А.И., Ремпель А.А. Нанокристаллические материалы. – М.: Физматлит. 2001. – 224 с.

3.

ВОЗМОЖНОСТЬ СОЗДАНИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭФФЕКТИВНЫХ УТЕПЛИТЕЛЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ САХА (ЯКУТИЯ) А.И. Неустроева Научный руководитель старший преподаватель А.А, Дитц Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия В условиях современной экономики России все большую актуальность приобретает проблема энерго сбережения. Решение проблемы достигается применением эффективных высококачественных теплоизоляцион ных материалов. Высокие требования к эффективным теплоизоляционным материалам определяют ряд физико – технических свойств. Эффективные утеплители должны обладать малой объемной массой, высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами, способностью выдерживать воздействие широкого диапазона температур, высокой химической стойкостью, и являться экологически чистым продуктом. Этим требованиям в большой степени удовлетворяют различные виды минеральных волокон. Из минеральных волокон по различным техноло гиям получают теплоизоляционные материалы в виде плит и матов, а также нить, ровинг, базальтопластиковые несущие конструкции и трубы. В целом у этих технологий много общего: сырье, кадры и основные технологиче ские этапы. Также применение материалов из минеральных волокон горного происхождения позволяет сущест венно увеличить срок эксплуатации утеплителей, повысить их температуро - и водостойкость [1]. По показате лям сравнительной характеристики [3] видно, что базальтовое волокно превосходит стекловолокно и другие ми неральные волокна.

Темп роста потребности в теплоизоляционных материалах набирает обороты. По прогнозам аналитиков компании Discovery Research Group [3] это связано с увеличением объема строительства, улучшением инвести ционного климата. Также на российском рынке наблюдается рост объемов импорта [2]. Очевидно, что актуаль ной задачей является увеличение отечественного производства теплоизоляционных материалов.

Проблема энергосбережения в крайних северных районах с суровым климатом, где зима длится 9 меся цев, является главной и актуальной задачей. Инвестиционная привлекательность создания производства тепло изоляционных материалов видится в значительном объеме потребления и спроса, также в малом объеме произ водства, преимущественно поставкой из других регионов.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Таблица Сравнительные характеристики волокон Минеральное Базальтовое Параметр (характеристика) Стекловолокно волокно волокно Механическая характеристика Кажущаяся плотность, кг/м 1 12 - 25 25 - 40 15 - Диаметр элементарного волокна, мкм 2 4 - 12 4 - 10 1- Длина волокон, мм 3 15 - 50 16 40 - Модуль упругости, кгс/мм2 до 7200 5400…8000 9100… Коэффициент уплотнения при эксплуатации 5 1,6 1,8 1, Температурные характеристики Диапазон температур применения, С 6 -60…+250 -180…+450 -250…+ Коэффициент теплопроводности, Вт/мС 0,038…0,042 0,04…0,047 0,031…0, Температура спекания, С 8 600 850 Акустическая характеристика Коэффициент звукопоглощения 0,8…0,92 0,75…0,95 0,95…0, Химическая устойчивость (потеря веса), % в воде 6,2 4,5 1, в щелочной среде 10 6 6,1 2, в кислотной среде 38,9 24 2, Водопоглощение за 24 часа, % 11 1,7 0,95 0, Потребность в теплоизоляционных материалах в Республике Саха (Якутия) до недавнего времени удов летворялась за счет завоза продукции компаний, таких как ОАО «Хабаровский завод Базалит-ДВ», Технониколь, ЗАО «Завод минплита», Амурский завод теплоизоляции «Минпласт», завод компании Rockwool.

Общий объем потребности в теплоизоляционных материалах складывается из потребности строитель ного комплекса, ЖКХ, энергетики, частных потребителей, где значительная доля потребляется в строительном комплексе.

Так прогноз потребности строительного комплекса Республики Саха (Якутия) в теплоизоляционных материалах представлен Министерством строительства и промышленности строительных материалов РС (табл.

2).

Таблица Прогноз потребности строительного комплекса Республики Саха (Якутия) в теплоизоляционных материалах Прогноз на: Потребность в теплоизоляционных материалах, тыс. куб.м.

2011 г. 115, 2012 г. 125, 2013 г. 136, 2014 г. 148, 2020г. 247, По прогнозным данным отчетливо видна динамика потребности в теплоизоляционных материалах. Ес ли учесть вышеупомянутые потребности других отраслей, объем потребности значительно увеличится.

Также следует обратить внимание на сырье. Наиболее приемлемым сырьем для получения теплоизоля ционных материалов с уникальными свойствами являются «природные» горные породы базальтовой группы.

Базальты это высокостабильные по химическому и минералогическому составу экструзивные магматические горные породы, запасы которых в мире практически не ограничены и составляют от 25 до 38% площади, зани маемой на Земле всеми магматическими породами.

По геологическому анализу ГУП «Сахагеоинформ» и института геологии базальтовый магматизм на Сибирской платформе проявлялся многократно и охватывал площадь до 2 млн. м2. В юго – западной и цен тральной Якутии интрузивы базальтоидов локализуются в различных частях Чаро – Синского пояса. Выделяются Туолбинская, Синская, Кятчинская, Нижнее – Мархинская и другие зоны проявления интрузий. В региональной тектонической структуре территория Чаро – Синского пояса находится на юго – востоке Сибирской платформы и окраинной части северного склона Алданского щита в зоне перехода в Вилюйскую синеклизу. Площадь сло жена доломитами чуранского и еловского пестроцветного горизонта, а также известняками с редкими прослоями доломитов эльгяйской и мергелями, мергелистыми известняками толбачанской свит нижнего кембрия. Из выде ляемых зон Чаро – Синского пояса прослеживаются Туолбинская и Синская зоны. В пределах этих зон имеются два разведанных месторождения Тит – Арынское и Еловское (Туолбинское) и два проявления Билляхское, Син ское. В пределах Алданского щита развиты многочисленные изверженные породы различного состава от лейко кратовых гранитов до диабазов. В 155 км. севернее п. Чульман в центральной части Алданского щита в пределах СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Усть – Николкинской синклинали известно Васильевское месторождение. Гидрогеологические и горнотехниче ские условия благоприятны для разработки месторождения открытым способом.

По результатам исследований научно – исследовательского центра ОАО «Теплопроект» отобранных проб из месторождений габбро – долеритов Тит – Ары, Синское, Биллях, все месторождения пригодны в качест ве сырья для производства высококачественных штапельных минеральных волокон и теплоизоляционных изде лий на их основе. По отчету НПК «Терм» об испытаниях базальтов Еловского и Васильевского месторождений для производства базальтовых непрерывных волокон (нить) подходит только Васильевское месторождение, так как данная технология требует строгого соответствия в пределах вязкости, температуре плавления, и соответст венно химического состава. Также не исключают пригодность сырья данных месторождений в производстве штапельных волокон.

По данным о сырьевых запасов базальтовой группы на территории Республики Саха (Якутия) можно сделать вывод о том, что сырьевая база достаточно обширна.

Подытоживая вышесказанное, организация производства теплоизоляционных материалов из местного сырья в Республике Саха (Якутия) является перспективной и актуальной задачей.

К примеру о создании производства эффективных утеплителей, в Республике Саха (Якутия) недавно организовали завод по производству базальтовых плит и матов из местного сырья месторождения Тит – Ары (ООО «Завод базальтовых материалов»), также планируются производства базальтовых непрерывных волокон, базальтовой арматуры, базальтофибропенобетонов и геосеток.

Литература Костиков В.И., Смирнов Л.Н. Базальтоволокнистые материалы, сборник статей // Конверсия в машинострое 1.

нии. – 2001. – №5. – С. 52 – 64.

«Иткор» Состояние и перспективы развития российского рынка теплоизоляционных материалов. – М.: 2008. – 2.

40 с.

«Инфомайн» (Объединение независимых консультантов и экспертов в области минеральных ресурсов, ме 3.

таллургии и химической промышленности) Обзор рынка теплоизоляционных материалов на основе базальто вого волокна в России. – М.: 2007. – 145 с.

ОКРАШЕННЫЕ СТЕКЛОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ КАЛИЕВОГО ПОЛЕВОГО ШПАТА О.О. Николаева, В.В. Климова Научный руководитель профессор Т.А. Хабас Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия Цвет живого зуба может изменяться от молочно-белого до голубоватого или желтоватого. Современная ортопедическая стоматология все еще широко применяет металлические сплавы различного состава для созда ния металлокерамических коронок. Сочетание керамики с металлом позволяет создать почти идеальный протез целого зуба. Главное требование для используемых в стоматологии керамических пигментов - их химическая устойчивость, нетоксичность и постоянство цвета. Необходимые цвета таких пигментов - желтый, коричневый, серый, бежевый. Калиевый полевой шпат (ортоклаз K2OAl2O36SiO2) – основной материал для получения стома тологического фарфора. При термическом разложении ортоклаз превращается в кристаллический лейцит (K2OAl2O34SiO2) с образованием стеклофазы. Кристаллическая фаза (лейцит) обладает высокой вязкостью рас плава и придат стоматологической керамике необходимую формоустойчивость при обжиге и упрочняет е. В состав стоматологического фарфора могут также входить каолин, кварц и красители [1]. Температура плавления порошковых шихт может быть различной в зависимости от конкретного состава: 1180-1300 С. При высокой температуре полевой шпат обеспечивает развитие стекловидной фазы, в которой растворяются и другие компо ненты (кварц и каолин). Чем больше в смеси полевого шпата (и кварца), тем прозрачнее фарфоровая масса после обжига. Красителями обычно являются оксиды металлов. В основном это соединения переходных металлов:

железа, никеля, хрома, кобальта и др. Используются также соединения редкоземельных элементов (церия, празе одима, неодима, самария и т.д.) [2,3].

В работе исследовано влияние добавок оксидов некоторых f- и d-элементов (церий, тербий, празеодим, железо и марганец) на свойства и окраску полевошпатного стекла. Оксиды лантаноидов используются в произ водстве глазурей и эмалей, придавая им весь спектр желтых, коричневых и шоколадных оттенков. Это качество позволяет использовать лантаноиды и для изготовления окрашенного стоматологического фарфора. Для приго товления массы «дентин» смесь компонентов плавилась в корундовых тиглях при температуре 1250 °С, с вы держкой 15 минут при конечной температуре, после чего фритта гранулировалась в холодной воде. Остывшая фритта измельчалась в агатовых ступках до состояния пудры. Окрашивающие оксиды редкоземельных элемен тов (РЗО) вводились в сырьевую смесь и, параллельно, в порошок готовой фритты. Для формования образцов использовалась пресс-форма из органического стекла. Прессовки цилиндрической формы обжигались в стомато логической печи в вакууме. После обжига образцы имеют среднее значение линейной усадки, равное 13,4%, при допустимом значении не более 16% (табл.1).

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Таблица Зависимость линейной усадки образцов дентина после обжига в вакууме от вида основы и содержания добавки редкоземельных оксидов № Средняя величина ли Состав образца п/п нейной усадки, % Дентин (сырьевая смесь)+ 5% РЗО 1 13, Дентин (готовая фритта) + 5% РЗО 2 15, Дентин (сырьевая смесь)+10% РЗО 3 11, Дентин (готовая фритта)+10% РЗО 4 13, Оптимальные концентрации добавок, вводимых в дентин, и интервал варьирования выбирались на ос новании предварительного эксперимента и анализа импортных масс. Изображение образцов после термообра ботки обрабатывалось с помощью программы Adobe Photoshop, при этом определялось распределение цветов RGB и рассчитывались координаты цветности. Далее посредством цветового треугольника определялась доми нирующая длина волны окраски образцов, которая и являлась параметром оптимизации в уравнении регрессии.

При оценке влияния количества вводимой добавки оксидов редкоземельных элементов (РЗО) и способа его введения (в сырую шихту или готовую фритту) на интенсивность окраски образца установлено, что при со держании в образцах смеси РЗО в количестве 10% и введении добавок в исходную сырьевую смесь компонентов, цвет наиболее насыщенный и темный. Возможно, это объясняется тем, что при совместном сплавлении образу ются ярко окрашенные соединения типа церита: CeMgSi7(O,OH,F)28. Установлено также, что в условиях экспе римента введение добавки оксида железа способствует уменьшению значения длины волны, приближает его к стандартному. Повышение содержания оксида церия относительно выбранного уровня приводит к увеличению длины волны и придает образцам нежелательный красноватый оттенок. Основываясь на эффектах взаимодейст вия можно сказать, что совместное введение максимального количества оксида церия и празеодима приводит к увеличению длины волны и также придает красноватый оттенок составу. Поэтому введение оксида празеодима в количестве 2,0 % (верхний уровень) возможно только при количестве оксида церия, равном 0,5% (нижний уро вень) и наоборот. Добавка соединения марганца увеличивает значение длины волны и придает образцам серова тый оттенок, что объясняется наличием в готовом материале соединений марганца разной валентности. Ориен тируясь на значение максимума светового отражения образцов стандартной цветовой шкалы (табл.2), из шестна дцати экспериментальных составов выделены четыре наиболее подходящих,. соответствующая стандартным тонам А, В, С и D. Цвет образцов, соответствующий стандартным тонам достигается при введении в состав ден тина окрашивающих добавок оксида церия (до 0,5 мас. %), оксидов празеодима и железа не более 2,5 %, и не большого количества соединения марганца. Адгезия дентинового слоя к грунтовому после обжига при темпера туре Т=900 °С удовлетворительная.

Таблица Цветовые характеристики образцов фирмы CERAMCO Распределение цветов Координаты цветности Значение длины Код образца волны, нм R G B x y А4 218 201 162 0,375 0,346 B4 179 166 136 0,372 0,345 C4 171 159 122 0,378 0,352 D4 177 171 136 0,366 0,353 Исследования зависимости доминирующей длины волны образцов от состава окрашивающих добавок и среды термообработки показали, что наибольшей устойчивостью при перемене среды (воздух - вакуум) обла дают составы с введением оксидов тербия и церия. В этой группе стеклокристаллических покрытий получено наибольшее приближение к стандартной окраске группы А. Изменение длинны волны ( ) при переходе от опе раций варки стекла к нанесению суспензии фритты на металлическую поверхность в вакууме при таком сочета нии красящих оксидов было близким или равным нулю ( = 590 592 нм;

= 1 0 нм).

Литература Трезубов В. Н., Штейнгарт М.З., Мишнв Л.М. Ортопедическая стоматология. – СПб.: Специальная литерату 1.

ра, 1999. – 324с.

Беленький Е.Ф., Рискин И.В. Химия и технология пигментов. – изд. 4- е пер. и доп. – Л.: Химия, 1974. – 656 с.

2.

Пищ И.В., Масленникова Г.Н. Керамические пигменты. – Минск: Высш. шк., 1987. – 220 с.

3.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДОБАВОК НА ПРОЦЕССЫ ГИДРАТАЦИИ И ТВЕРДЕНИЯ ЦЕМЕНТА А.П. Новослова, Е.А. Сударев Научный руководитель профессор В.А. Лотов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Цементу принадлежит ведущее место среди строительных материалов, его справедливо относят к тем видам промышленной продукции, производство и потребление которых характеризует экономический потенциал страны. Цемент – это основа строительной индустрии. Но, несмотря на это цемент был и остается весьма слож ным объектом исследования. Трудности его изучения обусловлены тем, что он полиминерален по составу, а про дукты его гидратации и твердения, составляющие основу цементного камня (бетона), являются тонкодисперс ными [1]. В свою очередь эти тонкодисперсные продукты в результате протекания процессов гидратации и твер дения переходят сначала в коллоидное (нанодисперсное) состояние, а затем в кристаллическое, формируя при этом структуру и прочность цементного камня. Изучение и понимание данных видов состояний необходимо для того, чтобы осознанно и обоснованно выбрать внешнее энергетическое воздействия на систему «цемент-вода», причем воздействие и управление данной системой целесообразно проводить на самых ранних стадиях структу рообразования.

Выбор этих воздействий базируется на использовании уравнения Гиббса, которое является выражением объединенного уравнения первого и второго законов термодинамики:

G = H – TS = PV + s + µn + q – TS, где G, H, TS – соответственно свободная энергия, энтальпийный и энтропийный факторы системы «цемент-вода»;

PV – работа, совершаемая системой при изменении объема, или энергия, необходимая для производ ства этого изменения;

s – работа, совершаемая системой при образовании новой поверхности, или энергия, выделяемая или поглощаемая при производстве этого изменения;

µn – работа, совершаемая системой или энергия, выделяемая или поглощаемая при образовании новых химических соединений и взаимопревращений количества вещества в системе, а также изменений ее фазового состава;

q – работа, совершаемая системой при изменении ее электрического потенциала и количества элек тричества в процессе изменения ионного состава жидкой или твердой фазы, при диспергировании и образовании новой поверхности.

Как видно из уравнения на систему «цемент-вода» можно оказать пять видов воздействий: механиче ское, воздействие, приводящее к изменению поверхностной энергии (тонкое измельчение), химическое, электро физическое и тепловое. Наибольший интерес представляет химическое воздействие на систему «цемент-вода», которое приводит к изменению химического потенциала (µn) системы и величины ее поверхностной энергии (s), вследствие протекания обменных химических реакций с продуктами гидратации цемента. Изменение же химического потенциала системы «цемент-вода» связано с ведением в данную систему химических добавок, которые оказывают существенное влияние на процессы гидратации и твердения цемента (главным образом на интенсивность набора прочности цементного камня). Использование химических добавок позволяет регулиро вать строительно-технические свойства цемента и повышать активность клинкерных минералов при их взаимо действии с водой.

Поэтому целью настоящей работы является исследование влияния химических добавок (ускорителей) на процессы гидратации и твердения цемента.

На сегодняшний день существует огромное множество различных химических добавок (например, со левые растворы), которые ускоряют процессы твердения цемента в составе бетонов и строительных растворов.

Но основными недостатками использования данных добавок является их повышенный расход (на 1 м бетона), приводящий к высолообразованию на бетоне, а самым главным недостатком является то, что эти добавки спо собствуют ускорению коррозии арматуры в ЖБ изделиях.

В нашей работе в качестве добавок-ускорителей твердения цемента были использованы водные раство ры кислот (плавиковая, серная, щавелевая) с различными концентрациями. Как известно при растворении кислот в воде они диссоциируют и насыщают воду соответствующими ионами (водорода, фторид, сульфат и оксалат ионами).

HF H+ + F- ;

H2SO4 H+ + HSO4- 2H+ + SO42- ;

H2C2O4 H+ + HС2O4- 2H+ + С2O42 В свою очередь ионы водорода (т.е. протоны) при первичном контакте с частицами цемента и при реак ции гидролиза, обладают аномально высокой подвижностью – 3,26 -5 м/с и высокой проникающей способно стью (размеры иона H+ на несколько порядков меньше размеров кристаллической решетки клинкерных минера лов цемента) и, тем самым интенсифицируют процессы гидратации и диспергирования зерен цемента с образо ванием нанодисперсных (5-10 нм) продуктов гидратации.

Фторид-, сульфат- и оксалат ионы вступают в обменные реакции с первичными гидратированными час тицами гидроксида кальция с образованием нерастворимых (или практически нерастворимых) соединений фто ридов, сульфатов и оксалатов кальция, которые выступают уже не как добавки-ускорители схватывания и твер ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР дения цемента, а как добавки-затравки, являясь центрами кристаллизации для продуктов гидратации клинкер ных минералов цемента.

Эффективность действия данных добавок была проверена на кинетике набора прочности цементного камня. Из цементного теста нормальной густоты (В/Ц = 0,25), приготовленного путем смешения цемента с вод ным раствором кислоты, заданной концентрации, формовались образцы размером 2х2х2 см, которые затем вы держивались в воздушно-влажных условиях. Через определенные сроки твердения образцов, определялся их предел прочности при сжатии, результаты представлены в табл.

Таблица Прочность цементных образцов при различных химических добавках Прочность при сжатии (МПа) после твердения в течение, сут Добавка Концентрация, % 3 7 14 Без добавок - 41,8 47,1 49,2 50, 0,5 50,0 56,9 57,9 62, 1 38,9 39,1 41,9 60, HF 2 36,1 40,3 41,1 67, 3 35,8 37,9 40,8 40, 0,5 36,3 27,2 36,3 63, 1 36,9 40,3 60,9 61, H2C2O 2 30,9 39,7 45,4 58, 3 39,5 39,8 60,1 50, 0,5 35,2 46,6 60,9 77, 1 40,8 44,5 57,6 65, H2SO 2 50,8 61,0 56,9 52, 3 54,7 71,6 66,1 49, Из данных табл. следует, что использование предлагаемых добавок интенсифицирует набор прочности цементного камня как в ранние (до 7 суток HF, H2SO4), так и в поздние сроки твердения (28 суток HF, H2SO H2C2O4). Через 28 суток твердения добавка HF с концентрацией от 0,5 до 2% увеличивает прочность при сжатии цементного камня в среднем на 26,6 %, добавка H2C2O4 – на 22,3 %, а добавка H2SO4 (с концентрацией от 0,5 до 1%) – на 43,2 %.

Таким образом, результаты исследований показывают положительное влияние добавок кислот (малые концентрации) на процессы гидратации и твердения цемента. Использование этих добавок позволит управлять процессами структурообразования цементного камня (бетона), и получать при этом бетонные изделия повышен ной прочности.

Литература Ларионова З.М., Никитина Л.В., Гарашин В.Р. Фазовый состав, микроструктура и прочность цементного камня 1.

и бетона. – М.: Стройиздат, 1977. – 262 с СИНТЕЗ МУЛЛИТА ИЗ ПИРОФИЛЛИТА МЕСТОРОЖДЕНИЯ КУЛЬ-ЮРТ-ТАУ В.В. Погребенкова, В.В. Горбатенко Научный руководитель профессор Т.В. Вакалова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия В 80-е годы XX века были начаты поисково-оценочные работы пирофиллитсодержащего сырья место рождения Куль-Юрт-Тау (Россия, Республика Башкортастан) и проведены исследования, направленные на опре деление возможных областей его применения в различных отраслях промышленности [1]. Показано, что его можно использовать для производства керамических и огнеупорных изделий [2].

В данной работе исследовалась возможность получения муллита из пирофиллита месторождения Куль Юрт-Тау с использованием гидродифторида аммония (ГДФА) для удаления избыточного оксида кремния из структуры пирофиллита по реакции: SiO2 +3NH4FHF = (NH4)2SiF6 + 2H2O + NH Результирующую реакцию процесса синтеза муллита из пирофиллита с применением гидродифторида аммония можно представить в следующем виде:

3(Al2O34SiO2H2O) + 30NH4FHF = 3Al2O32SiO2 + 10(NH4)2SiF6 + 23H2O + 10NH Исследование свойств и структуры пирофиллита месторождения Куль-Юрт-Тау и продуктов реакции муллитообразования проводилось с применением физико-химических методов анализа.

По химическому составу (табл. 1) в зависимости от содержания Al2O3 в прокаленном состоянии иссле дуемая пирофиллитовая порода (согласно классификации на глинистое сырье) относится к группе кислого алю мосиликатного сырья (содержание Al2O3 в прокаленном состоянии менее 15 мас. %), с низким содержанием кра сящих оксидов (суммарное содержание Fe2O3 и TiO2 в прокаленном состоянии менее 0,5 мас. %).

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Таблица Химический состав пирофиллитовой породы месторождения Куль-Юрт-Тау Содержание оксидов, % mпрк SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO Na2O K2O MnO TiO в воздушно-сухом состоянии следы 83,76 12,85 0,13 0,33 0,08 0,12 0,17 0,16 2, в прокаленном состоянии следы 85,82 13,17 0,13 0,34 0,08 0,12 0,17 0,16 Оценка рентгеновским методом качественного минералогического состава исследуемой пирофиллито вой породы (рисунок 1) показала, что она представляет собой полиминеральную породу, тонкодисперсная часть которой представлена пирофиллитом, о чем свидетельствуют интенсивные, хорошо разрешенные рентгеновские рефлексы с d/n – 0,913;

0,458;

0,305 нм и др. Грубодисперсная часть породы сложена, в основном, кварцем, вы сокая интенсивность рефлексов которого (d/n – 0, 424;

0,334;

0,229 нм) свидетельствует о присутствии его в значительных количествах.

ИК-спектры пропускания пирофиллитовой породы месторождения Куль-Юрт-Тау (рис. 2) по набору полос поглощения полностью соответствуют эталонному спектру пирофиллита [2, 3].

По гранулометрическому составу, оцененному седиментационным способом, данная пирофиллитовая порода представляет собой грубодисперсное сырье с содержанием частиц менее 0,005 мм не более 10,5 мас. %.

Породообразующий минерал (пирофиллит) в исследуемой породе находится в агрегированном состоянии, глав ным образом, во фракциях менее 0,063 мм, в то время как кварцевый компонент породы – в крупных фракциях с размером частиц от 1 до 0,25 мм и, частично, во фракции (0,25 - 0,063 мм).

Таким образом, Выявленное высокое содержание кварца (53 мас.%) в составе пирофиллитовой породы месторождения Куль-Юрт-Тау ограничивает возможности использования ее в исходном состоянии для получе ния высококачественной алюмосиликатной керамики и обусловливает необходимость обогащения пирофиллито вой породы от кварцевой составляющей, что может быть обеспечено в процессе фтораммонийной обработки.

Для выяснения возможности и сущности взаимодействия между пирофиллитом и гидродифторидом аммония исследования физико-химических процессов проводились в смесях пирофиллитовой породы с недос татком ГДФА (составы Р1 и Р2), и в стехиометрическом соотношении по муллиту (состав Р3) (табл. 2).

Таблица Компонентный состав смесей пирофиллита с ГДФА Шифр Соотношение Содержание компонентов в смеси, мас.% состава пирофиллит : ГДФА пирофиллитовая порода ГДФА 1 : 0 – без фторида P0 100 P1 1:1 50,00 50, 1 : 1,3 недостаток фторида P2 43,48 56, 1 : 1,6 - стехиометрия P3 38,46 61, 0, 0, 0, 0, 0, 0, Ед. импульса 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 2, град Рис.1 – Рентгеновская дифрактограмма пирофиллитовой породы ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Пропускание, %, см- Рис.2 ИК-спектр пропускания пирофиллитовой породы Процессы фазообразования при обжиге продуктов фторирования пирофиллита изучались при помощи рентгенографического анализа. По полученным результатам можно констатировать, что гидродифторид аммония не только вносит изменения в процесс термодеструкции пирофиллита, но и в корне меняет схему синтеза мулли та из пирофиллита.

Установлено, что процесс синтеза муллита при фторировании пирофиллита проходит через стадии об разования промежуточных продуктов, а именно, трифторида алюминия и топаза. Причем, количество промежу точных продуктов термофторирования пирофиллитовой породы зависит от количества вводимого фторагента.

Экспериментальным путем определено, что с позиций обескремнивания кварцпирофиллитовой породы Куль-Юрт-Тау (с содержанием кварца 53 мас.% и пирофиллита 45,5 мас.%) оптимальным соотношением породы к гидродифториду аммония является 1 : 1,6. Выявлено, что прокаливание фторированной при температуре 650 °С кварцпирофиллитовой породы обеспечивает снижение температуры полной деградации структуры пирофиллита (метапирофиллита) с 1100 до 800 °С и температуры синтеза игольчатого муллита с 1200 до 900 °С, вследствие чего к температуре 1300 °С его содержание достигает 68,3 % (против 12,3 мас.%, образующегося в аналогичных условиях в исходной породе). Наряду с муллитом зафиксировано наличие корунда и остаточного кварца.

Таким образом, проведенные исследования позволили определить пригодность пирофиллитовой поро ды месторождения Куль-Юрт-Тау в качестве основного сырьевого материала для синтеза муллита с использова нием фтораммонийной технологии. Данный способ синтеза муллита позволит снизить себестоимость конечных продуктов за счт невысокой себестоимости минерального сырья, а также за счет уменьшения температуры син теза.

Литература Захарова А.А., Криницкая Е.Ю. Позднепалеозойский метаморфизм среднепалеозойских колчеданных зон на 1.

Южном Урале. Уфа: Баш. фил. АН СССР, 1982.

Шаяхметов У.Ш. Пирофиллит и материалы на его основе. – М.: Наука, 2007. – 168 с.

2.

Плюснина И.И. Инфракрасные спектры минералов. – М.: МГУ, 1976. – 175 с.

3.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИРОДНОГО СЫРЬЯ И ОЦЕНКА ЕГО ПРИГОДНОСТИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БАЗАЛЬТОВОГО ВОЛОКНА А.А. Половодова Научный руководитель старший преподаватель А.А. Дитц Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия В настоящее время потребность в экологически чистых и долговечных теплоизоляционных материалах возрастает ежегодно. По оценкам специалистов, ежегодный прирост рынка теплоизоляционных материалов со ставляет не менее 10-15%. Общая потребность всех отраслей российской экономики в утеплителях к 2015 году составит не менее 70 млн. м. [1].

Одним из основных видов теплосберегающих материалов является минеральная вата, которая обладает высокими тепло и звукоизоляционными свойствами, негорючестью, имеет низкую, не возрастающую во времени гигроскопичность, высокую химическую стойкость к щелочным и кислотным средам и является экологически чистым продуктом.

Исходным сырьем для производства базальтовых волокон являются базальтовые породы вулканическо го происхождения. Они имеют высокую природную химическую и термическую стойкость. Базальтовые породы – однокомпонентное сырье, обогащение, плавление и гомогенизация которых произведены в результате древней вулканической деятельности. При этом основные энергозатраты по первичному плавлению базальтов выполнены СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ природой. В отличие от сырья для производства стекла, базальт – это уже готовое природное сырье для произ водства волокон. Стоимость добычи базальтового сырья не высокая.

Для производства базальтовых волокон с заданными характеристиками по прочности, химической и термической стойкости, определенными электроизолирующими свойствами, необходимо использовать базальто вые породы с требуемыми характеристиками по химическому составу и выработочным свойствам.

В настоящее время на территории Алтайского края, Новосибирской, Кемеровской и Томской областей геологами выделено 232 комплекса магматических пород, причем в состав ста из них входят базальты, диабазы, габбро и порфириты. Таким образом, в южной части Западной Сибири может быть создана надежная сырьевая база для производства минеральной ваты [2].

Базальтовые волокна, как правило, получают из однокомпонентного дешевого сырья при одностадий ном технологическом процессе, что обуславливает их более низкую (на 15 – 20 %) себестоимость. При этом из кг базальтового сырья получается практически тот же 1 кг готового базальтового волокна.

Для производства базальтового волокна подходят породы отвечающие следующим требованиям:

- легкоплавкость шихты, температура плавления шихты в вагранке ограничена температурой 1700 °С, а печах 1550 °С;

- не высокая вязкость и поверхностное натяжение расплава, вязкость расплава должна быть 250 Пас при 1300 °С, 150 Пас при 1400 °С и 50 Пас при 1500 °С;

- изменение вязкости расплава при понижении температуры должно происходить медленно;

например, увеличение вязкости при понижении температуры расплава с 1300 °С до 1200 °С не должно превосходить Пас.

- модуль кислотности шихты должен быть не менее - 1,2.

- легкодоступность и достаточные балансовые запасы месторождений, наличие транспортных магист ралей (автомобильных, железнодорожных, водных);

- расположение источника сырья вблизи перерабатывающего предприятия;

- постоянный химический и минералогический состав сырья, позволяющий получать расплав с невысо кой температурой плавления и значительным интервалом вязкости для переработки в волокно, стойкое к воздей ствию атмосферных, температурных, физико-химических факторов;

- простота предварительной подготовки сырья [3].

К сожалению специальной оценки месторождений, используемых при производстве минерального во локна, не происходит, и зачастую производители довольствуются разведанными месторождениями для произ водства щебня. Но к щебню предъявляют другие требования, сильно отличающиеся. Это ведет к производству продукции невысокого качества, или повышению энергозатрат, к удорожанию себестоимости продукта, если используется однокомпонентная шихта. Основными корректирующими добавками являются известняк, доломит, или шлаки.

На сегодняшний день в литературе встречается много различных методик исследования сырья на при годность его использования для производства базальтового волокна, но во всех методиках есть и общие пункты:

- исследование химического и фазового состава сырья - расчет поверхностного натяжения и вязкости - лабораторная варка Для определения возможности использования базальта для получения волокна, так же определяют верхний и нижний пределы кристаллизации, зависимость изменения вязкости от температуры. И на основании этого комплекса данных делают выводы о пригодности сырья для производства определенного вида волокна [2].

В работе проводили исследование месторождения диабазов Кемеровской области, и известняк Томской области, химический анализ материалов приведен в табл. 1. Минералогический состав диабаза, определенный с помощью РФА на установке ДРОН-3М, представлен главным образом анортит – альбитовым полевым шпатом, диопсидом и лабродоритом.

По данным химического анализа были рассчитаны модуль кислотности и модуль вязкости Мк = 6,2, Мв = 3,04. Согласно литературным данным расплав с хорошими выработочными свойствами получается из сырье вых материалов, для которых значения модулей находиться в следующих интервалах М к = от 3 до 6, Мв = от 1, до 2,5. Данный диабаз имеет завышенные значения как по Мк, так и по Мв. Высокие значения модуля кислотно сти говорит о том, что в составе диабаза большое количество кислых оксидов. А высокий модуль вязкости, что рабочая вязкость будет достигаться при более высоких температурах. Что делает применение данного диабаза не выгодным как однокомпонентное сырье. Как правило, в таких случаях, для корректировки сырья используют добавки CaO. В работе для корректировки использовали известняк месторождения Томской области, химический состав которого представлен в табл. На основе диабаза и известняка были приготовлены шихты. Рекомендуемое содержание известняка от 6 до 20 мас.%, для этих крайних точек соответственно М к = 4,53, Мв = 2,53, Мк = 2,9, Мв = 1,98.

Таблица Химический состав сырья Материал Содержание оксидов, мас. % Na2O,K2O п.п.п SiO2 Al2O3 CaO MgO Fe2O3 TiO2 SO Диабаз 54,04 17,83 7,91 3,69 12,16 2,10 - - 2, Известняк 1,48 0,28 53,67 0,75 1,64 - - 1,35 40, ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Вязкость также является важнейшим технологическим свойством, с определнным значением которого связана способность расплавов, вытягиваться в волокно. В связи с этим возникает необходимость установления зависимостей между составом и вязкостью расплавов при различных температурах взаимосвязи, позволяющей прогнозировать это свойство без проведения трудомких экспериментов по его определению. Для определения этой зависимости мы использовали метод Охотина.

Исследование вязкости расплавов показало, диабаз образует средневязкие расплавы, отличающиеся от сткол более резкой температурной зависимостью вязкости. Температурное изменение вязкости, можно объяс нить изменением структуры кремнекислородных анионов в расплавах под действием температуры. С повышени ем температуры вязкость падает, а структура, упрощается.

По расчетным данным вязкости для первого состава при t=1400 °С составила 7,8 Пас, а при t=1450 °С =2,7 Пас для второго состава: при t=1400 °С =54.6 Пас;

при t=1450 °С =19,18 Пас. Согласно литературным данным для выработки тонких штапельных волокон способом вертикального раздува воздухом вязкость должна быть равна 39 Пас при температуре 14001450 °С;

для получения непрерывных волокон вязкость равна Пас при температуре 14001450 °С. Способность расплава к волокнообразованию часто ограничивается его склонностью к кристаллизации и сродством к материалу фильеры, через которую вытягивается волокно. Первый состав удовлетворяет значениям вязкости для выработки тонких штапельных волокон, а второй состав не удов летворяет литературным данным значения вязкости. С технологической точки зрения при выработке волокна необходимо знать следующие температуры Твпк и Тнпк, потому что температура выработки должна быть на °С выше Твпк. В работе был проведен термический анализ на приборе STA 449 F3 Jupiter, скорость нагрева °/мин, эталон Al2O3 в среде воздуха. Из кривой мы видим что, плавление идет достаточно сложно. При темпера туре 1044,6 °С образуется первый эвтектический расплав, и уже при 1172 °С образуется 100 % расплав.

Для того чтобы проверить результаты, была проведена контрольная варка двух составов. Контрольная варка показала следующее: при Т=1200 °С получается очень вязкий расплав. По данным РФА на дифрактограм ме мы видим, что интенсивность рефлексов для состава №2 выше, чем интенсивность рефлексов состава №1. Это значит, что количество кристаллической фазы в составе №1 меньше чем в составе №2 это хорошо согласуется с нашими расчетными данными.

Литература Состояние рынка теплоизоляционных материалов. // Мир стекла. – 2009. – № 1.

Кутолин В.А., Широких В.А. Рациональная методика изучения месторождений базальтов в целяхоптимизации 2.

производства из них минеральной ваты высокого качества. // Техника и технология производства теплоизоля ционных материалов из минерального сырья: Доклады 8 Всероссийской научно-практической конференции – 7 июня 2008г. (г. Белокуриха).

Татаринцева О.С. Оценка возможности применения горных пород в производстве базальтового непрерывного 3.

волокна. // Техника и технология производства теплоизоляционных материалов из минерального сырья: Док лады 8 Всероссийской научно-практической конференции 6 – 7 июня 2008г (г. Белокуриха).

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БУРОУГОЛЬНОГО СЫРЬЯ ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО РЕГИОНА А.В. Рассказова, К.В. Прохоров Научный руководитель профессор Т.Н. Александрова Институт горного дела Дальневосточного отделения Российской Академии наук, г. Хабаровск, Россия В структуре установленной мощности энергетики ДФО 30% занимает гидрогенерация, остальное при ходится на тепловые электростанции (ТЭС) [2]. В свою очередь доля угля в топливном балансе ТЭС составляет 72% [3]. В целом по России доля угля в топливном балансе производства энергии – 29–32%, на Дальнем Востоке – 75%. [2]. В настоящее время значительную долю в топливно – энергетическом балансе занимают бурые низко метаморфизированные угли, характеризующиеся высокой хрупкостью и выходом мелких фракций [5]. Разработ ка инновационных подходов к снижению зольности, повышению теплоты сгорания угля и вовлечению угольной мелочи в цикл углепереработки является актуальной задачей. В настоящее время нет единого научно обоснован ного подхода к выбору эффективного связующего и технологического регламента производства угольных брике тов на базе исследуемого месторождения, поэтому актуальна разработка технологии производства брикетиро ванного буроугольного топлива для Дальневосточного региона. Объект исследования – буроугольное сырь од ного из месторождений Юга Дальневосточного региона. Цель исследования – обоснование комплексных техно логических решений по получению угольных брикетов, обладающих высокими энергетическими и механиче скими характеристиками. Поставленные исследователями задачи – селективный отбор проб в пределах дейст вующего угольного разреза и их технологическая диагностика, разработка технологии получения угольных бри кетов с подбором технологического режима и компонентного состава, технологическая диагностика полученных термобрикетов.

Целесообразность брикетирования обусловлена склонностью бурых углей к окислению кислородом воздуха и самовозгоранию, потерей мелких классов при слоевом сжигании рядового бурого угля в результате просыпи между колосниками топки. Так, КПД использования тепла термобрикетов составляет 75 % по сравне нию с 46,7 для рядового угля, содержащего мелочь. Для углей исследуемого месторождения количество уголь СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ ной мелочи составляет 7 - 9%. [1],[4]. Отбор проб на действующем угольном разрезе проводился по пластам, результаты технологической диагностике приведены в табл.:

Таблица Технологические характеристики исследуемых бурых углей № пробы Wа, % Vа, % Аа, % Sобщ, % N, % I пласт (точка 1) 29,61 27,62 16,99 0,41 0, I пласт (точка 1) 26,02 26,63 19,92 0,66 0, I пласт (точка 1) 35,78 25,59 8,37 0,41 0, I пласт (точка 2) 25,74 26,14 25,75 0,25 0, I пласт (точка 3) 21,25 22,10 35,26 0,23 0, II пласт 22,25 35,93 11,06 0,39 0, III пласт 17,78 31,01 24,60 0,34 0, Wа, Vа, Аа – влажность, выход летучих веществ, зольность на аналитическое состояние топлива, %;

Sобщ, N – содержание общей серы и азота, % (масс).

Наблюдается неоднородность качественных показателей угля по пластам. Наполнитель гидролизный лигнин обладает следующими техническими характеристиками: Qsа=16,6 МДж/кг, Аа = 0,7%, S = 1,1 %, N=0,57%.

При создании буроугольных брикетов по технологии «наполнитель – связующее» предлагается в уголь ную матрицу (отсев мелочи, подсушивание и дробление до оптимальной крупности 0-1,25 мм) добавлять нефте битум как связующий компонент и наполнитель – лигнин (отходы одного из гидролизных заводов Хабаровского края), обладающий адсорбционной способностью по отношению к масляной фракции нефтяных масел битума.

Оптимальное значение влажности угольной мелочи для исследуемых бурых углей составляет 20 %. Нефтяные битумы - дисперсные системы, в которых дисперсионной средой являются масла и смолы, а дисперсной фазой – асфальтены. Битумы получают окислением кислородом воздуха гудронов, данные вещества не подвержены окислению и самовоспламенению. Битум обладает хорошей связующей способностью и придает брикетам доста точную прочность при небольшом расходе;

имеет хорошие спекающие свойства и придает брикетам необходи мую термическую устойчивость при горении;

устойчив по отношению к влаге;

быстро затвердевает, не увеличи вает содержание балласта в топливе и не понижает его теплоту сгорания. Предварительная механохимическая активация в мельницах – активаторах планетарного типа позволяет значительно увеличить степень дисперсности наполнителя (лигнина) и удельную поверхность, способствует накоплению энергии на границе раздела, которая тратится на взаимодействие, что приводит к увеличению адсорбционных свойств.

Процесс приготовления брикетов включает следующие операции:

Отсев и дробление мелочи (до класса -1+0 мм), флотационное обогащение (собиратель - тяжелый ваку умный газойль), подсушивание концентрата до оптимальной влажности (20%). Крупная фракция направляется на прямое сжигание на ТЭС;

Сушка и механоактивация лигнина, смешение с расплавленным битумом в лопастном смесителе;

дози рование и добавление угля, разогрев шихты (90 °С) и прессование (50 МПа).

Комплексное использование сырья характеризует коэффициент комплексности. Он показывает отноше ние суммарной стоимости, извлеченной в товарный продукт полезных компонентов, исчисляемую по оптовым ценам к суммарной стоимости полезных компонентов в исходном сырье, исчисленных по тем же ценам.

К= ( Wтп *С) / (Wс * С), где Wтп - доля полезных компонентов, извлеченных в товарный продукт, Wс доля полезных компонентов в сырье, С – оптовая цена. Чем ближе коэффициент к 1, тем выше рентабельность производства и ниже экологическая вредность.

Снижение зольности при флотационном обогащении буроугольной мелочи и вовлечение буроугольной мелочи в технологический цикл повышает коэффициент комплексности использования буроугольного сырья на 39,56 %.

Исследовались энергетические характеристики полученных брикетов. Высшая и низшая теплота сгора ния рассчитываются соответственно по формулам Qas = Qab -(94*Sat+* Qab) и Qai = Qas -24,42*(8,94*Ha+Wa), где Qab – теплота сгорания по калориметрической бомбе, Sat, Ha - содержание серы и водорода, Wa- влажность на аналитическое состояние топлива, =0,015. Проведена серия опытов по определению теплоты сгорания топ ливных брикетов различного трехкомпонентного компонентного состава, полученные результаты обрабатыва лись с применением методов математического моделирования. Получена следующая квадратичная зависимость между компонентным составом топливного брикета и высшей теплотой сгорания смеси, включающая как адди тивные, так и мультипликативные члены:


Qas=71,28+0,46*У-5,03*Б-1,178*Л-0,0097*У+0,178*Б+0,01167*Л+0,0013*У*Б*Л, где У, Б, Л – про центное массовое содержание угля, битума и лигнина в топливном брикете соответственно. Из уравнения следу ет, что повышение доли низкокалорийного лигнина в брикете его теплота сгорания снижается. Согласно экспе риментальным данным, состав, обеспечивающий оптимальную теплоту сгорания (Qas = 21,36 МДж/кг) и физико механические свойства брикета (такие как устойчивость к истиранию, влагостойкость) – 75 % угля, 15% битума, 10% лигнина. Расхождение между расчетными и экспериментальными данными не превышает 8 %.

На основе технологических характеристик угольных проб разработана комплексная технология получе ния угольных брикетом с подбором технологического режима и оптимального компонентного состава брикетов, обеспечивающего необходимую прочность и низкое влагопоглощение брикетов. Получено уравнение, опреде ляющее зависимость между компонентным составом брикета и его теплотворной способностью, удовлетвори ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР тельная сходимость опытных данных и прогноза свидетельствует об адекватности математической модели. Та ким образом, в ходе исследования обоснованы технологические решения по получению высококачественного кускового твердого топлива из буроугольного сырья и отходов производства Хабаровского края. В предложен ной технологии обогащения и брикетирования буроугольного сырья в полной мере используется резерв в эконо мии минеральных ресурсов с применением вторичного сырья и побочной энергии. Важно отметить и то, что комплексное использование и бережное расходование буроугольного сырья при его добыче и переработке нераз рывно связано с охраной окружающей природной среды.

Литература Бычев, М.И., Конопов В.Н., Петрова Г.И. Перспективы создания брикетных производств в республике Саха 1.

(Якутия). – Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1996. – 120 с.

Липатов Ю. Председатель Комитета Государственной Думы РФ по энергетике, [электронный источник]:

2.

http://www.rusoil.ru/opinions/o08-09.html Садардинов И.В. Топливно – энергетический комплекс Дальнего Востока в системе ТЭК России. – М., 2006. – 3.

351 с.

Петрова Г.И. Электрохимическая переработка углей. – Якутск: ЯФ СО РАН, 2001. – 168 с.

4.

Угольная база России. Том V. Книга 1. Угольные бассейны и месторождения Дальнего Востока (Хабаровский 5.

край, Амурская область, Приморский край, Ерврейская АО). – М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1997. – 371 с.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ АЛЮМОСИЛИКАТНЫХ ПРОПАНТОВ ИЗ ЕЛЕНИНСКОГО КАОЛИНА А.А. Решетова, Е.П. Михалева, А. С. Скрипченко, Л.П. Говорова Научный руководитель профессор Т.В. Вакалова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия На современном этапе развития отечественной нефтедобывающей отрасли достаточно острой становит ся проблема сохранения достигнутого уровня добычи нефти. Данное обстоятельство вызывает необходимость совершенствования технологии вскрытия продуктовых нефтегазовых пластов с низкой проницаемостью и широ кого использования методов интенсификации работы скважины. В настоящее время все более актуальным ста новится применение горизонтального бурения и гидроразрыва пластов (ГРП). Необходимым материалом в тех нологии ГРП являются пропанты – гранулированные расклинивающие агенты с размером гранул 0,85–0,425 мм, используемые для заполнения и предотвращения смыкания трещин, образованных в результате гидроразрыва пласта с запасами нефти и газа. Для больших глубин залегания нефти и газа возникла необходимость в примене нии синтетических пропантов средней и высокой прочности.

Совокупность физико-механических и химических свойств пропантов в сильной степени влияет на эф фективность проводимого гидроразрыва. Основное влияние на эти свойства оказывает состав шихты, из которой получают пропанты. В настоящее время в качестве пропантов используются такие материалы, как очищенный и просеянный кварцевый песок, гранулы из спеченных бокситов, гранулы из расплава глинозема, гранулы из песка на смолянистой связке, гранулы из спеченного каолина. Наиболее часто применяется керамический пропант из каолина, как легкий материал с достаточной прочностью, признанный как универсальный материал для исполь зования в основной популяции газовых и нефтяных скважин [1].

Главной проблемой при разработке состава шихты для изготовления пропантов является наличие таких взаимоконкурирующих параметров, как требуемая высокая прочность при сохранении низких значений насып ной и кажущейся плотности гранулированного материала, а также снижение энергозатрат (снижение времени измельчения и уменьшение тонины помола сырьевых компонентов, снижение температур термоподготовки сы рья и обжига гранулированного материала) при сохранении прочности готового продукта. Ранее было установ лено, что основными критериями пригодности глин и каолинов для получения алюмосиликатных керамических пропантов являются следующие: содержание каолинита в глинистом сырье должно быть не менее 90 %, содер жание свободного кварца – не более 5 %, содержание щелочных оксидов, ответственных за образование стекло фазы, в пределах 1,0 – 1,2 %, прочность при сжатии в спеченном состоянии – не менее 100 МПа [2].

Целью данной работы являлось исследование возможности получения алюмосиликатных пропантов из промышленно обогащенного каолина и исследование влияния температуры термообработки на эксплуатацион ные свойства получаемых пропантов. В России все ресурсы элювиальных каолинов, пригодных для производства посуды, сосредоточены на Урале и в Оренбургской области. В Челябинской области разведано пять месторожде ний каолина с запасами 36 млн т. Основная добыча каолина ведется на Кыштымском месторождении, месторож дениях Журавлиный Лог и Еленинское.

В качестве исследуемого сырья в работе использовался обогащенный каолин Еленинского месторожде ния (Челябинская область, с. Еленинское).

По содержанию Al2O3 данный каолин относится к группе основного глинистого сырья со средним со держанием (до 2 мас. %) красящих оксидов (Fe2O3 и TiO2) (табл.1).

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Таблица Химический состав исследуемого каолина Содержание оксидов, мас. % К2O mпрк SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O 49,08 31,92 - 2,00 3,94 0,00 - - 13, Рентгенографически установлено, что в состав данного каолина входят такие минералы, как каолинит, гидрослюда, кварц, а также наблюдается присутствие кальцита. Основываясь на данных химического и рентге нофазового анализов, расчетным способом было определено содержание каолинита в еленинском каолине, кото рое достигает 80%, свободного кварца до 13%, остальное приходится на примесные минералы. По данным, при веденным в [2], возможность получения пропантов надлежащего качества из данного каолина в исходном со стоянии невысокая.

К настоящему времени достоверно доказано, что свойства глин определяются не только их минераль ным составом, но и степенью кристалличности глинообразующих минералов, оцениваемой по величине индекса кристалличности каолинита по Хинкли, который определяется по степени разрешения рентгеновского триплета каолинита в области 18 - 24 градусов. В случае еленинского каолина индекс кристалличности по Хинкли равен 1,19, что свидетельствует о высокой степени упорядоченности кристаллической решетки слагающего его каоли нита [3].

Для характеристики поведения каолина при нагре вании проводилось определение его спекаемости. Образцы изготавливались по пластичной технологии. Каолин увлаж няли до формовочной влажности. Затем из полученной мас сы формовали образцы: кубики размером 25х25х25 мм и плиточки 50х50х10 мм. Сформованные образцы высушива лись до постоянной массы и обжигались в интервале темпе ратур 1100-1400 °С с интервалом 100 °С с выдержкой при максимальной температуре 1 час. Полученные данные при ведены на рис. 1.

Из приведенных данных видно, что процесс спека ния исследуемого каолина начинается при температуре Рисунок 1. Кривые спекания еленинского 1100 °С, о чем свидетельствует изменения значений контро каолина: 1 - водопоглощение, %;

2 – огне- лируемых параметров, таких как огневая усадка и водопо вая усадка, %;

3 – механическая проч- глощение, механическая прочность. При повышении темпе ность на сжатие, МПа ратуры обжига до 1400 °С значение водопоглощения снижа ется до 10 %, что свидетельствует о неполном спекании као лина, следовательно, для интенсивного уплотнения образцов из каолина и его полного спекания необходимо повышать температуру обжига свыше 1400 °С.

Традиционная схема получения алюмосиликатных пропантов включает стадии брикетирования шихты, термообработки брикетов при температуре до 900 °С, помол продукта термообработки до размера частиц менее 10 мкм, гранулирование до насыпной плотности 0,8-0,9 г/см (в сухом состоянии) с использованием в качестве связующего водные растворы органического связующего, в количестве, обеспечивающим влажность материала 16-26 %, промежуточный рассев гранул, спекающий обжиг при температуре до 1450 °С, окончательный рассев на товарные фракции пропантов.

По традиционной технологической схеме были получены пропанты из еленинского каолина, свойства которых приведены в табл.2. О качестве получаемых пропантов судят по величинам насыпной плотности и доли разрушенных гранул. Массовую долю разрушенных гранул определяют как отношение массы разрушенных гра нул к массе навески, взятой для испытания. В соответствии с ГОСТ P 51761-2005 для фракции 20/40 доля раз рушенных гранул при определенном давлении не должна превышать 10%. По данным таблицы 2 из еленинского каолина при температуре термообработки 900 °С и температуре обжига 1450 °С не удалось получить пропанты необходимой прочности. Чтобы получить пропанты требуемой прочности, необходимо либо повысить темпера туру обжига гранул свыше 1450 С, либо активировать процесс спекания каолина введением спекающих добавок.


Ранее было доказано влияние температуры предварительной подготовки каолина на процесс уплотне ния и упрочнения гранулированного материала /4/. Поэтому в работе проводилось исследование влияния темпе ратуры предварительной термообработки еленинского каолина при 980 °С на эксплуатационные свойства про пантов.

Первоначально влияние температуры термообработки каолина изучалось на формованных образцах.

Образцы формовались в виде цилиндров и таблеток при давлении 15 МПа и влажности 10% из каолина, прока ленного при температуре 900 и 980 °С, а также из исходного каолина. В качестве связующего использовался пла стификатор «Полипласт СП – 1». Сформованные образцы обжигались при температуре 1450 °С, данные приве дены в табл. 2.

ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Таблица Влияние температуры термообработки еленинского каолина на свойства формованных образцов и грану лированного материала (пропантов), обожженных при температуре 1450°С Формованные образцы Пропанты (фракция 20/40) Температура Насыпная Массовая доля раз термоподготовки Водопоглощение, Огневая Мех. проч плотность, рушенных гранул, % каолина, °С усадка, % ность, МПа % г/см (при 52 МПа) 0 7,57 11,87 112,71 - 900 8,77 14,85 104,50 1,433 21, 980 3,04 16,77 134,42 1,520 13, Как видно из приведенных данных (табл. 2), применение прокаливания каолина при температуре °С существенно не изменило величины водопоглощения и огневой усадки. Повышение температуры предвари тельной термоподготовки каолина до 980 °С приводит к снижению величины водопоглощения в 2,5 раза, огневой усадки в 1,2 раза и увеличению механической прочности изделий в 1,3 раза. Аналогичная зависимость наблюда ется и на пропантах: при увеличении температуры предварительной термоподготовки каолина до 980 °С массо вая доля разрушенных гранул уменьшилась в 2 раза, следовательно, прочность полученных пропантов при по вышении температуры подготовки существенно увеличивается.

Таким образом, установлено, что при увеличении температуры предварительной термообработки као лина с 900 до 980 °С наблюдается резкая активация его спекания, что связано с образованием при данных темпе ратурах дефектной скрытокристаллической структуры муллита, которая обеспечивает повышенную активность системы в последующем спекающем обжиге гранулированного материала. Это позволяет получить из еленин ского каолина легкие и прочные алюмосиликатные пропанты с насыпной плотностью до 1,54 г/см.

Литература Пат.№ 2180397 РФ. Пропант. Можжерин В.А., Мигаль В.П., Саккулин В.Я. и др. Опубл. 03.10.2002, Бюл. № 51.

1.

Вакалова Т.В., Погребенков В.М., Решетова А.А. Критерии выбора глинистого сырья для получения алюмоси 2.

ликатных пропантов // Стекло и керамика. – 2009. - №9. – С. 10-14.

Августиник А. И. Керамика — Л.: Стройиздат, 1975. — 591 с.

3.

Вакалова Т.В., Решетова А.А. Алюмосиликатные керамические пропанты на основе огнеупорного глинистого 4.

сырья // Новые огнеупоры, 2010. – № 4. – С. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ХИМИЧЕСКОГО АКТИВИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СПЕКАНИЯ ОБОГАЩЕННОГО КАОЛИНА А.А. Решетова, А.С. Скрипченко, Е.П. Михалева, Л.П. Говорова Научный руководитель профессор Т.В. Вакалова Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Важным направлением расширения современных областей применения алюмосиликатных керамиче ских материалов является использование их в качестве расклинивающих агентов (керамических пропантов) при добыче нефти и газа методом гидравлического разрыва пласта (ГРП). Гидравлический разрыв пласта представля ет собой гидромеханический метод воздействия на продуктивный нефтегазоносный пласт, при котором в резуль тате воздействия на пласт давления, создаваемого закачкой жидкости разрыва, порода разрывается по плоско стям минимальных напряжений. После разрыва пласта за счет продолжающейся закачки жидкости образовав шаяся трещина увеличивается в размерах, далее этой же жидкостью в трещину транспортируется пропант. Он удерживает трещину в раскрытом состоянии после снятия избыточного давления.

Главной задачей пропанта является обеспечение проводимости и поддержание тока флюидов в течение жизни скважины. Высокая проводимость для нефти и газа определяется химической стойкостью, сферичностью, легкостью, механической прочностью керамического пропанта [1].

Особенностью керамических алюмосиликатных пропантов на основе каолинов и огнеупорных глин яв ляется их относительно невысокая прочность, что обусловливает необходимость изыскания путей повышения прочности керамических материалов системы Al2O3 – SiO2.

Практика использования алюмосиликатных пропантов свидетельствует о том, что основными причина ми невысокой прочности являются наличие в них некоторого количества непрочных плавней и недостаточно плотная упаковка материала в гранулах. В данной работе для повышения механической прочности алюмосили катных пропантов из обогащенного каолина проводились исследования по изысканию возможности, путей и способов регулирования процессов синтеза муллита и спекания алюмосиликатной керамики.

Целью данного работы являлось исследование возможности химического активирования процессов уп лотнения и упрочнения обогащенного каолина месторождения «Журавлиный лог» для получения легких алюмо силикатных пропантов при температуре обжига, не превышающей 1450 °С.

Присутствие добавки изменяет условия реакции по сравнению с ее протеканием в смеси чистых реаген тов и, естественно, оказывает влияние на реакцию (в частности на ее скорость) и свойства получаемого продукта.

Это влияние в зависимости от свойств реагентов и примесей, добавок, а также от условий процесса может быть весьма разнообразным как по своему характеру и направлению, так и по интенсивности [2].

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Анализ литературных данных свидетельствует о том, что наибольшим минерализующим действием на процесс спекания алюмосиликатной керамики обладает оксид магния [3]. В данной работе оксид MgO вводили в состав шихты в виде каустического магнезита в количестве от 2 до 40 мас. % в предварительно прокаленный при температуре 900С и измельченный журавлиноложский каолин. Предварительная термоподготовка каолина обу словлена необходимостью дегидратирования каолинового сырья в процессе получения алюмосиликатных про пантов. Тонкое измельчение термообработанного каолина проводилось в шаровой мельнице сухим способом до размера частиц менее 0,063 мм. Образцы в виде таблеток и цилиндров формовались методом полусухого прессо вания под давлением 15 МПа.

Химическое активирование процесса спекания композиций каолина с добавками MgO проводилось в температурном интервале 1300 – 1400 °С с интервалом 50 °С с выдержкой при максимальной температуре в течение 1 часа. Характер спекания исследуемого каолина изучался по степени уплотнения и упрочнения образ цов (рис.1).

Рис. 1 Зависимость физико-механических свойств обожженных изделий от содержания MgO в ших те Установлено, что при введении добавки оксида MgO в состав композиций на рентгеновских дифракто граммах наблюдается появление новых кристаллических фаз (рис. 2), причем вид и содержание кристаллических фаз зависит от количества вводимого оксида.

1 2 3 0 5 10 0 5 10 0 5 Содержание MgO, мас.% Содержание MgO, мас.% Содержание MgO, мас.% Рис. 2 Влияние добавки MgO на процесс фазообразования при обжиге обогащенного каолина:

1 – интенсивность рефлексов муллита;

2 – кристобалита;

3 – кордиерита;

4 – кварца.

Так, при содержании оксида MgO в композициях до 10 мас. % наблюдается образование кордиерита по реакции 1, количество которого увеличивается как с увеличением содержания MgO в составе композиций, так и с увеличением температуры обжига образцов с 1300 до 1350 °С, о чем свидетельствует появление и увеличение интенсивности рентгеновских рефлексов с межплоскостными расстояниями d /n = 0,85;

0,845;

0,491;

0,338 нм и др.

2(Al2O32SiO2) +2MgO +SiO2= 2MgO2Al2O35SiO2 (1) Одновременно с этим наблюдается некоторое снижение интенсивности рентгеновских рефлексов мул лита, кристобалита и остаточного кварца.

Таким образом, проведенные исследования позволили определиться с оптимальными условиями прове дения процесса активации процесса спекания каолина.

Отобранные составы были опробованы в технологии получения пропантов. Пропанты были получены по традиционной технологической схеме, включающей следующие технологические стадии: дегидратации сырья при температуре не более 900 °С, смешение спекающей добавки, гранулирование, предварительный рассев, об жиг при оптимальной температуре. На полученных обожженных гранулах, представляющих собой пропанты, определяли прочность на сжатие при давлении 52 МПа, насыпную массу, сферичность и округлость. Прочность ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР пропантов оценивали по доле разрушенных гранул при давлении 52 МПа. Свойства полученных пропантов при ведены в табл.

Таблица Свойства пропантов фракцией 20/40 из обогащенного каолина в зависимости от содержания оксида MgO Количество Температура обжига, % Доля разру- Сферичность шенных гранул и округлость MgO,% 1400 доля раз- по ГОСТ, %, не полученных насыпная доля раз- насыпная более пропантов плотность, руш. гра- плотность, руш. гра г/см нул, % г/см нул, % 0 - - 1,45 6,3 10 0,8 - 0, 0,8 – 0, 3 1,575 21,4 - - 0,8 – 0, 5 1,467 21,6 - - Как видно из приведенной таблицы из каолина без добавок возможно получить при температуре 1500С пропанты, способные выдерживать давление до 52 МПа.

Введение добавок каустического магнезита в количестве 3 и 5 мас. % не обеспечивает достижения при температуре обжига 1400 °С необходимой прочности пропантов, что скорее всего связано с недостаточной плот ностью упаковки материала на стадии гранулирования, что требует необходимости отработки режимов гранули рования, например, подбора эффективных связующих компонентов.

Таким образом, оптимальное содержание добавки MgO, вводимого в виде каустического магнезита со ставляет не более 5 мас.% при температуре обжига 1400 °С, данные композиции были опробованы в технологии получения алюмосиликатных пропантов.

Литература Рябоконь Т.В. Технологические жидкости для закачивания и ремонта скважин. – Краснодар: Нефтегазбурсер 1.

вис, 2009. – 42с.

Стрелов К.К. Теоретические основы технологии огнеупорных материалов. – М.: Металлургия, 1985. – 480 с.

2.

Левандовская, Н.Ф., Черняк Л.П., Балкевич В.Л. Влияние минерализатора на спекание и свойства глин // Стек 3.

ло и керамика. – 1988. – № 5. – С. 15 – 16.

ВЛИЯНИЕ ДОБАВКИ AL2О3 НА ВЫХОД МУЛЛИТА ПРИ ПРОКАЛИВАНИИ ОСТАТКА ХЛОРАММОНИЙНОЙ ОБРАБОТКИ БОКСИТА А.В. Рыбаков, А.А. Решетова Научный руководитель ассистент В.А. Борисов Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г.Томск, Россия Производство муллитсодержащих огнеупоров играет важнейшую роль для металлургической промыш ленности. Керамика на основе муллита обладает значительной коррозионной стойкостью в кислородосодержа щих средах, в которых ведется обжиг руд и доменные процессы. Существуют различные способы получения муллита. Одним из основных способов получения является высокотемпературный обжиг боксита или каолинита.

Качество исходного сырья сильно влияет на качество полученных огнеупоров: примеси снижают огнеупорность, в конечном продукте остаются не прореагировавшие Al2O3 и SiO2.

К современным способам получения относятся пламенное распыление, кристаллизация из газовой фа зы, синтез муллита из расплава, электроплавление [1]. Первые два способа предполагают использование в каче стве сырья чистые оксиды кремния и алюминия, следовательно являются наиболее затратными, но так же и без отходными. Для остальных способов в качестве сырья используют боксит, каолинит, пирофиллит, кварцевый песок. Но если в качестве сырья брать высокожелезистую руду то получиться низкокачественный продукт, так как железо снижает огнеупорность [2].

В работе [3] было проведено сравнение двух образцов боксита, после прокаливания при 1350-1400 °С.

Один образец был предварительно подвергнут хлораммонийной обработке. Было установлено, что удаление железа и муллитообразование улучшается после хлораммонийной обработки. После спекания обработанного боксита при 1350-1400 °С в образце остается 14 % SiO2 и 11 % стеклофазы. Содержание муллита составило 72 75%. В образце, изготовленном из необработанного боксита, содержание муллита составило 39%. Оксид алюми ния расходуется на муллитообразование. Так как муллит состоит из оксида алюминия и кремния, то необходимо было проверить как оставшийся после спекания оксид кремния будет связываться с добавленным оксидом алю миния.

СЕКЦИЯ 18. КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ Рис.1 Дифрактограмма смеси боксита с оксидом алюминия после хлораммонийной обработки при 700 °С, и затем прокаленной при 1400 °С -муллит, -корунд, - FeO Целью данной работы явилось исследование влияния добавки Al2O3 на выход муллита при прокалива нии остатка хлораммонийной обработки боксита. Оксида алюминия было добавлено из расчета на то, что он полностью прореагирует с оксидом кремния.

Для исследования в данной работе были синтезированы 3 образца. Первый синтезировали из смеси бок сита с оксидом алюминия после хлораммонийной обработки при 700 °С. Это позволило определить как влияет добавка оксида алюминия на стадии хлораммонийной обработки. Второй синтезировали из смеси боксита после хлораммонийной обработки при 700 °С, с последующем добавлением оксида алюминия. Это позволило опреде лить как влияет добавка оксида алюминия на стадии прокаливания. Третий синтезировали из смеси боксита с оксидом алюминия, и дальнейших двух последовательных хлораммонийных обработок при 700 °С. Это позволи ло определить как влияет добавка оксида алюминия в течении двух последовательных хлораммонийных обрабо ток. Полученные образцы были исследованы методом рентгенофазового анализа.

На всех дифрактограммах наблюдаются практически одинаковые графики: муллит является основной фазой. Корунд и кварц не полностью реагируют, так как присутствуют их пики. Также в образцах содержится, не удаленный до конца после хлораммонийной обработки, гематит. Иллит в образце не присутствует, так как про изошло его разложение при 1400 °С. На второй дифрактограмме пик, принадлежащий муллиту, при угле 16,40° существенно меньше, чем в первом и третьем образцах. Остальные пики практически совпадают по интенсивно сти с пиками на первой дифрактограмме. Содержание муллита в первом образце около 40%, во втором 26%. На третьей дифрактограмме интенсивности пиков, принадлежащих только корунду, при углах 37,62° и 52,50° больше чем на первой и второй дифрактограммах. Тем не менее на дифрактограмме третьего образца пик, харак теризующий муллит больше, чем на дифрактограммах первых двух образцов, содержание муллита – 41%.

Рис.2 Дифрактограмма смеси боксита после хло- Рис.3 Дифрактограмма смеси боксита с оксидом раммонийной обработки при 700 °С, с последующем алюминия после двух последовательных хлораммо добавлением оксида алюминия, и затем прокаленной нийных обработок при 700 °С и прокаливания при при 1400 °С -муллит, -корунд, - FeO 1400°С -муллит,-корунд, - FeO ПРОБЛЕМЫ ГЕОЛОГИИ И ОСВОЕНИЯ НЕДР Таким образом существует разница в полученных образцах от того когда мы вводим оксид алюминия в образец, и от предварительной термической обработки. При определенном порядке этих действий можно полу чить образец с относительно малым содержанием муллита. Это можно увидеть на второй дифрактограмме. В первом и третьем образцах относительное содержание муллита так же получилось меньше чем без добавки окси да алюминия. Так как без добавки в остаток после хлораммонийной обработки боксита и прокалке при 1400 °С мы получаем 75% муллита в образце. А с добавкой – около 40% примерно столько же, сколько в боксите, прока ленном при 1400 °С. Из этого можно сделать заключение, что оксид алюминия остается в образцах в свободном виде, так и не прореагировав с кварцем.

Литература 1. http://www.himi.oglib.ru/bgl/8689/183.html Решетова А.А. Керамические пропанты на основе природного алюмосиликатного сырья: Автореферат Дис. … 2.

канд. тех. наук. – Томск, 2009. – 22 с.

Борисов В.А., Вакалова Т.В., Крайденко Р.И., Решетова А.А. Определение обогащаемости высокожелезистого 3.

боксита хлораммонийным способом // Проблема геологии и освоения недр: Труды XIV Международного сим позиума студ., аспир. и молодых учных. – Томск, 2010, С. 441 – 443.

КРИТЕРИИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ МИНЕРАЛОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КЕРАМИЧЕСКИХ ПИГМЕНТОВ М.Б. Седельникова, доцент Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск, Россия Одной из главных проблем современного общества является рациональное использование сырьевых за пасов, создание безотходных производств. Для перехода на более экономичные технологии требуются новые решения при выборе сырьевых материалов Керамические пигменты – это широко используемые в керамическом производстве окрашенные кри сталлические материалы, устойчивые к высоким температурам и агрессивному воздействию глазурей и флюсов.

Традиционная технология получения керамических пигментов требует больших энергозатрат и применения дорогостоящего сырья. Необходимы новые подходы и технологические решения, такие, как получение керами ческих пигментов с использованием природного сырья и техногенных отходов, основанное на синтезе кристал лических структур с применением этих материалов и внедрении ионов-хромофоров в кристаллические структу ры. При этом температура обжига пигментов снижается на 200-400 °С, существенно сокращаются затраты на производство керамических пигментов [1].

К сырьевым материалам, применяемым для получения керамических пигментов, предъявляются высо кие требования. В данной работе предлагается использовать следующие критерии при выборе природных мине ралов в качестве сырьевых материалов для получения керамических пигментов:

- подходящий химический состав (наличие структурообразующих оксидов), постоянство химического состава;

- чистота (отсутствие окрашивающих примесей);

- вместимость структуры (способность к изоморфным замещениям на ионы-хромофоры);

- огнеупорность.

Одним из главных критериев является низкое содержание в природном минерале красящих примесей.

Очевидно, что высокая степень белизны используемого материала способствует получению пигментов с лучши ми цветовыми свойствами. Целесообразно установить количественные пределы влияния окрашивающих оксидов на белизну исходных минералов и на цветность пигментов.

С помощью спектрофотометра Cary 100 Scan оценивали колористические характеристики исходных минералов в системе CIE L*a*b*, определяя светлоту (белизну) L по шкале от 0 (чрный) до 100 (белый), значе ния цветности а – на оси от зелной (–а) до красной (+а), b – на оси от голубой (–b) до жлтой (+b) (табл.) [2].

Анализ зависимости светлоты L и желтизны b от содержания красящих оксидов железа и титана, пока зал, что точка, соответствующая содержанию красящих оксидов 0.5 мас.%, является пограничной, характери зующей их предельно допустимое содержание в природных минералах.



Pages:     | 1 |   ...   | 29 | 30 || 32 | 33 |   ...   | 43 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.