Научная статья на тему 'АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ, ПРИГОДНОЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК'

АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ, ПРИГОДНОЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
49
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / АКТИВНЫЕ МИНЕРАЛЬНЫЕ ДОБАВКИ / ЦЕМЕНТНАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ / РЕСПУБЛИКА МОРДОВИЯ / ЦЕМЕНТ / НЕРУДНОЕ СЫРЬЕ / МОДИФИЦИРОВАННЫЙ ЦЕМЕНТНЫЙ КАМЕНЬ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Володин Владимир Владимирович, Низина Татьяна Анатольевна

Проведен анализ состояния минерально-сырьевых ресурсов Республики Мордовия, в частности, нерудного сырья - глин, песков, карбонатных пород и др. Учитывая возрастающую потребность в цементе, проведена оценка пригодности минерально-сырьевой базы Республики Мордовия для производства активных минеральных добавок на основе термоактивированных глин Старошайговского, Макаровского, Рузаевского, Саранского, Никитского и Кочкушского месторождений. Выявлен наиболее оптимальный режим получения минеральных добавок-глинитов - обжиг в течение 2 часов при температуре 700 °С с последующим помолом в шаровой мельнице в течении 1 часа. В результате комплексных исследований были получены подтверждения о перспективности разработки минеральных добавок для цементных систем на основе полиминеральных глин из минерально-сырьевой базы Республики Мордовия.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Володин Владимир Владимирович, Низина Татьяна Анатольевна

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ANALYSIS OF THE MINERAL RAW MATERIAL BASE OF THE REPUBLIC OF MORDOVIA SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF ACTIVE MINERAL ADDITIVES

The article conducts the analysis of the condition of mineral resources of the Mordovia Republic, which contain mainly non-metallic raw materials. Authors have noted the trend of the decline of the reserves of these deposits of the republic and have characterized their repayment without subsequent reple-nishment. Considering the increasing demand for cement, an assessment was made of the suitability of the mineral-raw material base of the Republic of Mordovia for the production of active mineral additives on the clays of the Staroshaigovsky, Makarovsky, Ruzayevsky, Saransky, Nikitsky and Kochkushsky deposits. As a result of complex studies, confirmation of the prospect of development of mineral additives for cement systems based on polymineral clays from the mineral-raw materials base of the Republic of Mordovia was obtained.

Текст научной работы на тему «АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ, ПРИГОДНОЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК»

ф

ЭКСПЕРТ: 2023 No 1 Ш EXPERT:

ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА 2023. № 1 (20/ THEORY AND PRACTICE

Научная статья УДК 691.3

ГРНТИ: 67.09 Строительные материалы и изделия ВАК: 2.1.5. Строительные материалы и изделия doi:10.51608/26867818_2023_1_59

АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ РЕСПУБЛИКИ МОРДОВИЯ, ПРИГОДНОЙ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

АКТИВНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК*

© Авторы 2023 ВОЛОДИН Владимир Владимирович

SPIN: 6597-4420 инженер научно-исследовательской лаборатории эколого-

AuthorID: 933723 метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз

ORCID: 0000-0002-3008-6242 Национальный исследовательский Мордовский государственный

ScopusID: 57195424982 университет имени Н.П. Огарёва

ResearcherID: AAN 7738-2020 (Россия, Саранск, e-mail: volodinw1994@gmail.com)

SPIN: 7494-0840 НИЗИНА Татьяна Анатольевна

AuthorID: 131099 доктор технических наук, профессор

ORCID: 0000-0002-2328-6238 Национальный исследовательский Мордовский государственный ScopusID: 57190161363 университет имени Н.П. Огарёва

ResearcherID: B-1228-2017 (Россия, Саранск, e-mail: nizinata@yandex.ru)

Аннотация. Проведен анализ состояния минерально-сырьевых ресурсов Республики Мордовия, в частности, нерудного сырья - глин, песков, карбонатных пород и др. Учитывая возрастающую потребность в цементе, проведена оценка пригодности минерально-сырьевой базы Республики Мордовия для производства активных минеральных добавок на основе термоактивированных глин Старошайговского, Макаровского, Рузаевского, Саранского, Никитского и Кочкушского месторождений. Выявлен наиболее оптимальный режим получения минеральных добавок-глинитов - обжиг в течение 2 часов при температуре 700 °С с последующим помолом в шаровой мельнице в течении 1 часа. В результате комплексных исследований были получены подтверждения о перспективности разработки минеральных добавок для цементных систем на основе полиминеральных глин из минерально-сырьевой базы Республики Мордовия.

Ключевые слова: строительные материалы; активные минеральные добавки; цементная промышленность; Республика Мордовия; цемент; нерудное сырье; модифицированный цементный камень

Для цитирования: Володин В.В., Низина Т.А. Анализ минерально-сырьевой базы Республики Мордовия, пригодной для производства активных минеральных добавок // Эксперт: теория и практика. 2023. № 1 (20). С. 59-62. doi:10.51608/26867818_2023_1_59.

Original article

ANALYSIS OF THE MINERAL RAW MATERIAL BASE OF THE REPUBLIC OF MORDOVIA SUITABLE FOR THE PRODUCTION OF ACTIVE MINERAL ADDITIVES

© The Author(s) 2023 VOLODIN Vladimir Vladimirovich

engineer of the research laboratory of ecological and meteorological monitoring, construction technologies and expertise National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk)

NIZINA Tatiana Anatolyevna

Doctor of Technical Sciences, Professor

National Research Mordovian State University named after N.P. Ogarev (Russia, Saransk, e-mail: nizinata@yandex.ru)

Annotation. The article conducts the analysis of the condition of mineral resources of the Mordovia Republic, which contain mainly non-metallic raw materials. Authors have noted the trend of the decline of the reserves of these deposits of the republic

* Материалы данной статьи использовались в докладе на Научно-технической конференции «Расширение применения местных сырьевых материалов и отходов предприятий Республики Мордовия, при изготовлении строительных материалов и изделий» (18-19 ноября 2022 г., Саранск, МГУ им. Огарева).

Технические науки. Строительство и архитектура ■

and have characterized their repayment without subsequent replenishment. Considering the increasing demand for cement, an assessment was made of the suitability of the mineral-raw material base of the Republic of Mordovia for the production of active mineral additives on the clays of the Staroshaigovsky, Makarovsky, Ruzayevsky, Saransky, Nikitsky and Kochkushsky deposits. As a result of complex studies, confirmation of the prospect of development of mineral additives for cement systems based on polymineral clays from the mineral-raw materials base of the Republic of Mordovia was obtained.

Keywords: building materials; active mineral additives; cement industry; Republic of Mordovia; cement; non-metallic raw material; modified cement stone

For citation: Volodin V.V., Nizina T.A. Analysis of the mineral raw material base of the Republic of Mordovia suitable for the production of active mineral additives // Expert: theory and practice. 2023. № 1 (20). Рр. 59-62. (InRuss.). doi:10.51608/26867818_2023_1_59.

Характерной особенностью минерально-сырьевой базы Республики Мордовия является наличие, в основном, нерудного сырья: глин, песков, карбонатных пород, кремнистого сырья и др. Данные полезные ископаемые связаны с приповерхностным залеганием и выходами на поверхность пород каменноугольной, меловой, палеогеновой, неогеновой и четвертичной систем [1]. В кадастре месторождений Республики Мордовия учтено 159 месторождений, на балансе находятся 96, из них официально вовлечены в эксплуатацию 44.

Цементная промышленность является одной из наиболее развитых отраслей промышленности, имеющей федеральное значение. Исходным сырьем для производства цемента в Республике Мордовия служат мергельно-меловые породы Алексеевского месторождения, а также глинистые породы Кочкуш-ского месторождения, используемые в качестве корректирующих добавок. Однако динамика запасов данных месторождений характеризуется лишь их погашением без последующего восполнения. Учитывая возрастающую потребность в цементе, на территории республики проводятся геологические исследования с целью расширения сырьевой базы [2].

Применение активных минеральных добавок в составе вяжущего является наиболее простым и эффективным способом снижения клинкерной части, позволяющей одновременно снизить ресурсо-, энергозатраты и отрицательное воздействие на экологию при производстве портландцемента. С целью расширения минерально-сырьевой базы для производства активных минеральных добавок получили развитие исследования по оценке эффективности различных видов минеральных добавок, в том числе широко распространенных полиминеральных глин [3-5]. В работах [6-7] представлены результаты исследований пуццоланической эффективности прокаленных молотых глин Оренбургской, Челябинской областей и Республики Татарстан. Показано, что данные глины могут иметь пуццоланическую активность, не уступающую широко распространённым минеральным добавкам - микрокремнезёму и мета-каолину.

Учитывая то, что глинистые породы составляют значительную часть полезных ископаемых Республики Мордовия, но только одно месторождение (Кочкушское) используется при производстве портландцемента, коллективом научно-исследовательской лаборатории эколого-метеорологического мониторинга, строительных технологий и экспертиз ФГБОУ ВО «МГУ им. Н.П. Огарёва» были проведены исследования влияния минеральных добавок на основе термоактивированных глин Республики Мордовия на свойства цементных композитов. Оценка пригодности минерально-сырьевой базы Республики Мордовия для производства активных минеральных добавок на их основе проводилась на глинах Старошайговского, Макаровского, Рузаевского, Саранского, Никитского и Кочкушского месторождений.

Индекс активности глин после термической обработки определялся в соответствии с методикой ГОСТ Р 56178-2014 путём сопоставления результатов испытаний пределов прочности при сжатии мелкозернистых бетонов, содержащих 10% термоактивированной глины в составе вяжущего, вводимых взамен портландцемента, в возрасте 28 суток. В качестве основного компонента вяжущего был использован портландцементах класса ЦЕМ I 42,5Б производства АО «Мордовцемент» с активностью на момент испытаний 51,9 МПа. Исследования проводились на монофракционном песке Вьяского месторождения Республики Мордовия. Водовяжущее отношение составляло 0,42, соотношение вяжущего и песка - 1:3.

В процессе получения минеральных добавок исходное глинистое сырьё подвергалось обжигу в течение 2-4 часов при температуре 400-800 оС с последующим измельчением. Исходя из анализа комплекса исследуемых физико-механических показателей установлено, что наиболее оптимальным режимом является обжиг глинистых пород в течение 2 часов при температуре 700 °С с последующим помолом в шаровой мельнице в течении 1 часа. Результаты испытаний серий мелкозернистых цементных бетонов с добавками шести видов глинитов, получаемых по вышеуказанному режиму, приведены в таблице.

№1 ЭКСПЕРТ: ч[р ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА

Прочностные показатели модифицированных мелкозернистых бетонов и индекс активности минеральных добавок на основе термоактивированных полиминеральных глин Республики Мордовия

№ Месторождение глинистых пород Республики Мордовия Предел прочности при сжатии, МПа Индекс активности МД, %

1 Кочкушское 52,9 102

2 Никитское 54,7 105

3 Старошайговское 52,4 101

4 Саранское (с. Поповка) 51,8 100

5 Рузаевское (АО «Керамик») 50,9 98

6 Макаровское 47,7 92

Анализ полученных данных показал, что минеральные добавки на основе глин Никитского, Коч-кушовского и Старошайговского месторождений Республики Мордовия, обожженных по рекомендуемому режиму, являются активными с Кмд> 100%. Замена 10% портландцемента добавкой обожжённой глины Поповского месторождения позволяет достичь активности смешанного вяжущего 51,8 МПа, что находится на уровне активности портландцемента. Термическая обработка глин Рузаевского (АО «Керамик») и Макаровского месторождений в заданном температурно-временном режиме обжига не позволяет получить смешанное цементное вяжущее с активностью, соответствующей, либо превышающий аналогичный показатель для бездобавочных мелкозернистых бетонов.

В результате комплексных исследований были получены следующие результаты: определен оптимальный режим обжига полиминеральных глинистых пород [8]; произведена оценка влияния добавок на основе обожжённых глин на фазовый состав и физико-механические характеристики цементного камня [9]; исследована кинетика ранних стадий твердения цементных систем модифицированных добавками на основе термоактивированных глинистых пород[10]; изучен характер изменения прочных показателей цементного камня во временном интервале от 1 суток до 1 года [11]; исследовано влияние различных концентраций разработанных добавок на прочностные показатели цементных композитов [12-13]. Полученные результаты свидетельствуют о том, что глины, являющиеся повсеместно распространённым, доступным и дешёвым материалом, представляют собой ценное сырьё для получения минеральных добавок для цементных вяжущих. Итогом проведенных исследований стала разработка и получение патента на составы самоуплотняющихся мелкозернистых бетонов с применением минеральных добавок на основе термоактивированных глин Республики Мордовия [14].

EXPERT: THEORY AND PRACTICE

Проведённые исследования подтверждают перспективность и актуальность направления по разработке минеральных добавок для цементных систем на основе полиминеральных глин, что позволит расширить номенклатуру выпускаемых на сегодняшний день модификаторов за счёт более полного использования местной минеральной сырьевой базы Республики Мордовия.

Библиографический список

1. Маскайкин, В. Н. Прогноз прироста запасов полезных ископаемых на территории Мордовии / В. Н. Маскайкин, А. А. Белов, А. В. Кирюшин // Современные проблемы территориального развития. - 2017. - № 1. - С. 6. -EDN YTCEUF.

2. Минерально-сырьевая база строительной отрасли Мордовии : практическое пособие / В. П. Селяев, А. А. Ямашкин, Л. И. Куприяшкина [и др.]. Том Часть 1. -Саранск : Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва", 2013. - 152 с. - ISBN 978-5-7103-2709-8. - EDN TIUYRV.

3. Schulze S.E. Optimization of cements with calcined clays as supplementary cementitious materials / S.E. Schulze, R. Pierkes, J. Rickert // Proc. XIV International Congress on the Chemistry of cement. - Beijing, China.- 2015. - 693 p.

4. Castello L.R. Evolution of calcined clays soils as supplementary cementitious materials / L.R. Castello, H.J.F. Her-nandes, K.L. Scrivener, M. Antonic // Proceedings of a XII International Congress of the chemistry of cement. Instituto de Ciencias de la Construction «Eduardo torroja». - Madrid. -2011. - P. 117.

5. Fernandez R. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorrilonite / R. Fernandez, F.Martizena, K.L. Scrivener // Cement and Concrete Research. - 2011. - № 41. -P. 113-122.

6. Рахимов, Р. З. Влияние добавок в портландцемент прокаленной и молотой глины с содержанием 40% каолинита на прочность цементного камня / Р. З. Рахимов, Н. Р. Рахимова, А. Р. Гайфуллин // Academia. Архитектура и строительство. - 2015. - № 2. - С. 129-131. - EDN UGUXHD.

7. Гайфуллин, А. Р. Влияние добавок глинитов в портландцемент на прочность при сжатии цементного камня / А. Р. Гайфуллин, Р. З. Рахимов, Н. Р. Рахимова // Инженерно-строительный журнал. - 2015. - № 7(59). - С. 6673. - DOI 10.5862/MCE.59.7. - EDN VBPUDJ.

8. Влияние добавок на основе обожжённой глины на прочность модифицированного цементного камня / Т. А. Низина, В. В. Володин, А. С. Балыков [и др.] // Региональная архитектура и строительство. - 2019. - № 3(40). - С. 5867. - EDN FGLZXY.

9. Влияние термоактивированных глин и карбонатных пород на фазовый состав и свойства модифицированного цементного камня / Т. А. Низина, А. С. Балыков, В. В. Володин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Строительство. - 2019. - № 8(728). - С. 45-55. - DOI 10.32683/0536-1052-2019-728-8-45-55. - EDN UZCTTH.

10. Кинетика ранних стадий твердения цементных систем с индивидуальными и комплексными добавками

2023. № 1 (20)

Технические науки. Строительство и архитектура

ф

разной химической природы / Т. А. Низина, А. С. Балыков, Д. И. Коровкин [и др.] // Фундаментальные, поисковые и прикладные исследования РААСН по научному обеспечению развития архитектуры, градостроительства и строительной отрасли Российской Федерации в 2020 году : Сборник научных трудов РААСН: в 2 томах / Российская академия архитектуры и строительных наук (РААСН). Том 2. - Москва : Издательство АСВ, 2021. - С. 186-192. - EDN FWOYMJ.

11. Оценка кинетики твердения цементного камня, модифицированного добавками термоактивированной глины и карбонатных пород / Т. А. Низина, В. В. Володин, А. С. Балыков, Д. И. Коровкин // Региональная архитектура и строительство. - 2021. - № 1(46). - С. 86-94. - EDN NJYBUO.

12. Влияние добавок глинитов на прочностные характеристики модифицированного цементного камня /

A. С. Балыков, В. В. Володин, М. О. Карабанов [и др.] // Ога-рёв-Online. - 2020. - № 3(140). - С. 3. - EDN ОШ.

13. Прочность цементного камня с минеральными добавками на основе обожженной глины и карбонатных пород / А. С. Балыков, Т. А. Низина, В. В. Володин, Д. И. Коровкин // Эксперт: теория и практика. - 2020. - № 4(7). -С. 26-30. - Р^ 10.24411/2686-7818-2020-10031. - EDN RJCINA.

14. Патент № 2778123 С1 Российская Федерация, МПК С04В 28/04, С04В 111/20, С04В 111/62. Мелкозернистая самоуплотняющаяся бетонная смесь : № 2022103662 : заявл. 14.02.2022 : опубл. 15.08.2022 / Т. А. Низина,

B. В. Володин, А. С. Балыков, Д. И. Коровкин ; заявитель Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва". - EDN AWJVQG.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Авторы сделали эквивалентный вклад в подготовку публикации. Статья поступила в редакцию 17.01.2023; одобрена после рецензирования 16.02.2023; принята к публикации 20.02.2023.

The authors declare no conflicts of interests. The authors made an equivalent contribution to the preparation of the publication. The article was submitted 17.01.2023; approved after reviewing 16.02.2023; accepted for publication 20.02.2023.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.