Характеристика деарсенизированного кека Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691

ХАРАКТЕРИСТИКА ДЕАРСЕНИЗИРОВАННОГО КЕКА

Очур-оол А.П.1, Зырянова В.Н.2

1Тувинский государственный университет, г. Кызыл

2Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сиб-

стрин), г. Новосибирс

FEATURE DERSENSENMANN CAKE

Ochur-oolA.P.1, Zyryanova V.N.2

1Tuvan State University, Kyzyl

2Novosibirsk state University of architecture and civil engineering (Sibstrin), Novosibirsk

В данной статье рассматриваются рентгенофазовый анализ деарсенизированного кека, удельная эффективность естественных радионуклидов, физико-технические свойства деарсенизированного кека. Методом количественного рентгено-флюорисцентного анализа определены низкое содержание оксида кремния и оксида алюминия, что характерно для легкоплавкого сырья. Особенностью химического состава деарсенизированного кека является высокое содержание оксида железа, щелочноземельных оксидов оксида натрия. Для производства керамических изделий были проведены термические исследования и фазовый анализ продукта термической обработки. Изготовлены образцы-цилиндры диаметром 40 мм методом полусухого прессования для определения технологических свойств кека. В результате исследования температуры огнеупорности де-арсенизированного кека, его можно отнести к легкоплавким материалам в качестве отощающей добавки в изготовлении обжигового полнотельного кирпича методом полусухого прессования. Ключевые слова: отход, деарсенизированный кек, шлам, рентгенофазовый анализ, удельная активность, обожженные образцы.

This article discusses x-ray diffraction dersensenmann cake, specific efficiency of natural radionuclides, physico-technical properties dersensenmann cake. The method of quantitative x-ray fluorescence analysis was used to determine the low content of silicon oxide and aluminum oxide, which is typical for low-melting raw materials. A feature of the chemical composition of dearsenized cake is a high content of iron oxide, alkaline earth oxides of sodium oxide. For the production of ceramic products were conducted thermal studies and phase analysis of the heat treatment product. Samples-cylinders with a diameter of 40 mm by semi-dry pressing to determine the technological properties of the cake. The study temperature of fire resistance dersensenmann cake, it can be attributed to low-melting materials as a lean additive in the manufacture of firing full-bodied brick by semi-dry pressing. Keywords: waste, dearcinemafest cake, sludge, x-ray phase analysis, specific activity, burnt samples.

Объектом исследования данной работы является деарсенизированный кек - продукт, полученный в процессе извлечения цветных металлов из отходов комбината ГОК «Тувакобальт». Деарсенизированный кек (далее - кек) представляет собой оком-кованный материал, который легко поддается раздавливанию. Комки имеют серый цвет с белым налетом. Исследование мор-

фологии на сканирующем электронном микроскопе показало, что крупные частицы сложены из более мелких. На рис. 1б видно, что мелкие частицы имеют округлую форму и в виде пластин.

Определение крупнозернистых включений, которое производилось мокрым способом на сите с диаметром отверстия 0,5 мм, показало наличие грубых включений в

количестве около 30 %. Размер зерен лежит в диапазоне от 0,5 до 5 мм.

Рис. 1. Электронные фотографии: а- общий вид кека; б- формы мелких частиц кека

Методом рентгенофазового анализа (рис. ния и кремния: 1:1:1; 1:2:2; 1:2:6 [1]. Линии,

2) в кеке были установлены следующие до- относящиеся к соединению Na4Mg2Si3O10,

минирующие фазы: соединение состава, от- определялись согласно данным [2]. Обнару-

вечающего формуле Na4Mg2Si3O10, магние- живаются также следы цеолита (предполо-

вый кальцит - (Мg,Ca)COз, магнетит - Fe3O4 жительно жисмондита - (А^Ю^пСа^О^),

с примесью гематита - а-Ре2О3. Соединение кварца - а^Ю2 (высокотемпературный кри-

Na4Mg2Si3O10 в имеющейся литературе не стобалит). Наблюдается присутствие соеди-

встречено. В справочнике «Диаграммы состо- нений № (продуктов обработки содой), суль-

яния силикатных систем» даются данные по фидов и арсенидов (линии в интервале углов

трём соединениям в данной системе со следу- 33-35 20о). Водных арсенатов, установлен-

ющими соотношениями оксидов натрия, маг- ных в исходном образце, не обнаружено.

Рис. 2. Дифрактограмма пробы кека 21

Методом количественного рентгено-флюо- держание оксида железа, свыше 6 %, щелоч-

рисцентного анализа в составе средней про- ноземельных оксидов СаО + МgО - до 23 % и

бы образца кека были определены следую- оксида натрия - около 19 %.

щие оксиды элементов, %: SiO2 - 27,88; А1203 В инфракрасных - спектрах выделяются

- 7,04; Fe2O3 - 7,68; MgO - 7,99; СаО - 14,75; интенсивные полосы карбонатов и силикатов

Ш2О - 18,91; К20 - 0,41; МО - 0,163; СиО - с максимумами при 1450 и 970 см-1, соответ-

0,160; аморфная фаза - 12,91. ственно. Полосы практически бесструктур-

Анализ показал низкое содержание оксида ные, широкие, что свидетельствует о слабой

кремния и оксида алюминия, что характерно выраженности структуры у соответствую-

для легкоплавкого сырья. Особенностью хи- щих им соединений (рис. 3). мического состава кека является высокое со-

Рис. 3. Инфракрасные - спектры пробы кека Определение удельной эффективности на гамма-бета спектрометрическом ком-естественных радионуклидов проводили плексе «Спектр-1С». Суммарная эффек-согласно ГОСТ 30108-84 [3]. Исследование тивная удельная активность кека составила осуществлялось в ФГУЗ «Центр гигиены и 131,0+25,0 Бк/кг, что соответствует перво-эпидемиологии в Новосибирской области» му классу строительных материалов.

К физико-техническим свойствам ке- формовочную влажность. Свойства кека рамического сырья относят грануломе- представлены в таблице 1. трический состав, число пластичности и

Таблица 1 - Физико-технические свойства кека

Содержание фракций, % Число пластичности Группа

Глинистые частицы, % (менее 5 мкм) Пылеватые частицы, % (5-50 мкм) Песчаные частицы, % (50-100 мкм)

12,46 2,54 85 15 Умеренно пластичные

Анализ приведенных данных показывает, что кек является сильно запесоченным, с низким содержанием глинистых частиц. Такое сырье является менее чувствительным к сушке, т.е. его можно отнести к ото-щающим добавкам.

К основным технологическим свойствам керамического сырья относят связующую способность (связность), воздушную и Рис. 4. Внешний вид высушенного образца кека огневую усадку, огнеупорность материала. воздушная усадка - 0,24 % и связность 12 Для определения технологических свойств МПа. Остальные образцы подвергались об-готовили образцы-цилиндры диаметром 40 жигу.

мм методом полусухого прессования, согласно ГОСТ 7025-91 [4].

Для исследования поведения кека при обжиге были приняты следующие темпера-

Визуальный осмотр высушенных образ- туры: 800, 900, 1000, 1050, 1100 1150 и 1200

цов показал, что цилиндры из кека имеют °С. Уменьшение шага температуры связано

трещины, на боковой поверхности наблю- с определением температуры огнеупорно-

даются «высолы» (рис. 4). Для высушен- сти. Образцы, обожженные при темпера-

ных образцов определялись масса, плот- туре 800, 900, 1000 °С имеют бурый цвет,

ность, воздушная усадка и связность.

на ребрах наблюдаются трещины, поверх-

В среднем масса высушенных образ- ность на ощупь представляет пересушен-цов составляет 62,5 г, плотность 1,6 г/см3, ный материал, крошится (рис. 5).

Рис. 5. Вид образцов из кека обожженных при: а- 800, б- 900 и в- 1000 °С Для образцов, обожженных при температурах свыше 1000 °С наблюдается изменение цвета на зеленовато-серый (рис. 6). Образцы более плотные.

Технологические свойства обожженных образцов представлены в таблице 2. Как видно из таблицы происходит потеря массы образцов в среднем на 15 %. У обожженных образцов плотность, по сравнению с высушенными образцами, меньше. Однако с увеличением температуры от

Рис. 6. Вид образцов из кека обожженных при 1050, 1100, 1150 и 1200 °С

800 до 1150 °С происходит незначительное обожженные при температуре 1200 °С пол-

увеличение плотности. Прочность образ- ностью расплавились. Температура огнеу-

цов после обжига резко снижается, но с порности кека лежит в интервале темпера-

увеличением температуры от 800 до 1150 тур 1180-1200 °С. Таким образом, согласно

°С растет от 0,88 МПа для температуры 800 ГОСТ 9169-75 [5] его можно отнести к лег-

°С до 4,64 МПа для 1150 °С. Огневая усад- коплавким материалам с огнеупорностью

ка кека с увеличением температуры обжига менее 1350 °С.

увеличивается и для температуры 1150 °С составляет около 6 %.

С целью изучения возможности использования кека после извлечения цветных

Как видно на рисунке 6 образцы, металлов из отвального шлама для произ-

Таблица 2 - Технологические свойства кека

Температура обжига образца, 0С Масса образца, г Плотность образца, г/см3 Огневая усадка, % Прочность при сжатии, МПа

800 53,0 - 0,8 0,88

900 53,0 1,35 1,8 1,45

1000 52,9 1,42 3,7 2,06

1050 52,9 1,43 4,2 4,4

1100 53,1 1,36 2,6 1,9

1150 52,9 1,43 5,9 4,64

водства керамических изделий изначально были проведены термические исследования и фазовый анализ продукта его термической обработки.

Результаты термического анализа кека представлены на рисунке 7.

На термограмме первый эндоэффект присутствует в области температур с максимумом при 160 °С (кривая ДТА), что связано с удалением адсорбированной влаги. Потеря массы составляет около 9 %. Эндо- Рис. 7. Термограмма кека

эффекты в области температур 450 - 600 °С ствует повышение прочности образцов при связаны с удалением молекулярной воды, температуре выше 1000 °С.

т.е. происходит разложение гидратирован-ных структур (жисмондита) с образовани-

В продукте после термографирования кека по результатам РФА преобладает в

ем новых фаз (бредигита и др). При даль- основном соединение Na4Mg2Si3O10, при-

нейшем нагреве происходит разложение сутствуют в небольшом количестве фазы

магниевого кальцита (эндоэффекты в обла- магнетита, гематита. Возможно нали-

сти температур 680 - 770 °С). Небольшие чие алюмосиликата - №А^Ю4, бредиги-

экзоэффекты области температур от 880 та - Ca14Mg2(SiO4)8. Отмечаются следы

- 920 °С говорят о начале формирования везувианита (идокраза) - Сa10Al4(Mg,F

первичных решёток структур типа муллита, шпинелей. Об этом также свидетель-

e)2*[(SiO4)5*(Si2O7)2(OH,F)4], муллита -

3Al2O3*2SiO2.

Таким образом, настоящая работа посвящена решению по ликвидации техногенных отходов горно-обогатительного комбината «Тувакобальт», переработав их в кек, далее экономическое обоснование по утилизации кека и использование его в качестве отощающей добавки в изготовлении

Библиографический список

1. Кара-Сал Б.К., Молдурушку М.О., Очур-оол А.П. Оптимизация водного выщелачивания оббоженных отходов извлечения кобальтового концентрата // Естественные и технические науки. 2012. № 3 (59). С.348-351.

2. Foris C. M., Zumsteg F. C., Shannon R. D. Crystal data for Na4Mg2Si3O10 // Journal of Applied Crustallography. 1979. V.12. Part 4. P.405-406.

3. ГОСТ 30108-94 «Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективности естественных радио-нуклидов». М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 9 с.

4. ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопогло-щения, плотности и контроля морозостойкости». М.: ИПК Издательство стандартов, 1991. 5 с.

5. ГОСТ 9169-75 «Сырье глинистое для керамической промышленности. Классификация». М.: ИПК Издательство стандартов, 2001. 3 с.

обжигового полнотельного кирпича методом полусухого прессования. Использование кека в производстве керамических изделий предлагается взамен его повторного захоронения с последующей платой за негативное воздействие окружающей среды.

References

1. Kara-Sal B.K., Moldurescu M.A., Ochur-ool A.P. Optimization of the water leaching of calcined waste extraction of cobalt concentrate // Natural and technical Sciences. 2012. № 3 (59). C. 348351.

2. Foris C. M., Zumsteg F. C., Shannon R. D. Crystal data for Na4Mg2Si3O10 // Journal of Applied Crustallography. 1979. V12. Part 4. P.405-406.

3. GOST 30108-94 "Building Materials and products. Determination of specific efficiency of natural radionuclides". M.: IPK Publishing house of standards, 2001. 9 p.

4. GOST 7025-91 " Bricks and stones, ceramic and silicate. Methods for determination of water absorption, density and frost resistance control". M.: IPK Publishing house of standards, 1991. 5 p.

5. GOST 9169-75 "Raw clay for ceramic industry. Classification.» M.: IPK Publishing house of standards, 2001. 3 p.

Очур-оол Аржана Петровна, старший преподаватель кафедры общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, Кызыл E-mail: adacka@mail.ru

Зырянова Валентина Николаевна, профессор, д.т.н. кафедры строительные материалы, стандартизация и сертификация НГАСУ (Сибстрин), Новосибирск E-mail: vnzyr@mail.ru

Ochur-ool Arzhana, senior lecturer of the Department of General engineering of Tuvan State University, Kyzyl E-mail: adacka@mail.ru

Zyryanova Valentina, professor, doctor of technical Sciences, Department of building materials, standardization and certification of NGASU (Sibstrin), Novosibirsk E-mail: vnzyr@mail.ru