Исследование фазового состава керамзита на основе отходов горно-обогатительной фабрики при обогащении угля Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 691.421-431.002.3

И. Ю. Рощупкина (к.х.н., доц.) 1, В. З. Абдрахимов (д.т.н., проф.) 2, Д. Ю. Денисов (асп.) 2

Исследование фазового состава керамзита на основе отходов горно-обогатительной фабрики при обогащении угля

1 Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С. П. Королева

кафедра «Химия» 443096, г. Самара, Московское шоссе, 34, тел. (846) 2674535 2 Самарского государственного архитектурно-строительного университета кафедра ««Производство строительных материалов изделий и конструкций»» 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194, тел. (846) 2423702

I. Yu. ЕозсЬиркта, V. Z. Abdrakhimov, D. Yu. Denisov

Research of phase structure of expanded clay on the basis of waste of mountain-concentrating factory at coal enrichment

Samara State Space University of academician S.P. Korolev, Faculty ««Chemistry» 34, Moscovskoe Shosse, 443096, Samara, Russia; ph. (846)2674535 Samara State Architectural-Building University Faculty ««Manufacture of building materials, products and constructions» 194, Molodogvardeyskaya Str, 443001, Samara, Russia; р^ (846)2423702

Показано, что введение в состав керамических масс отходов углеобогащения способствует образованию при температуре обжига 1050 оС муллита, что приводит к повышению физико-механических показателей керамзита.

Ключевые слова: анортит; гематит; гранулы; жидкое стекло; керамзит; муллит; нефелин; отходы углеобогащения; химический состав; фазовый состав.

В работах была показана принципиальная возможность использования отходов ГОФ (горно-обогатительной фабрики) при обогащении угля в производстве теплоизоляционного материала (керамзита) на основе жидкого стекла и монтмориллонитовой глины. Химический состав отходов ГОФ при обогащении угля (отходы флотации углеобогащения ГОФ «Томусинская») и монтмориллонитовой глины Смышляевского месторождения представлены в табл. 1.

Researches have shown that introduction in structure of ceramic weights of coal enrichment waste promotes formation of mullite at temperature of roasting 1050 оС, which, in turn, promotes increase of physic-mechanical parameters of expanded clay.

Key words: anorthite; chemical composition; coal enrichment waste; expanded clay; granules; hematite; liquid glass; mullite; nepheline; phase structure.

Производство керамзита осуществлялось по следующей технологии: керамзит из оптимального состава, % мас.: отходы флотации углеобогащения — 35, жидкое стекло плотностью 1.45—1.50 г/см3 — 30, хлорид натрия — 15, монтмориллонитовая глина Смышляевского месторождения — 20 гранулировался и подвергался термообработке при температуре 1050 оС. Полученные гранулы имели плотную сплошную корочку и внутреннюю высокопористую структуру. Результаты физико-меха-

Таблица 1

Химический состав отходов углеобогащения и монтмориллонитовой глины

Компоненты Содержание оксидов, % мас.

SiO2 AI2O3 Fe2O3 CaO MgO R2O SO3 п.п.п.

Отходы углеобогащения 50.40 18.56 6.4 1.51 0.50 4.78 0.90 16.5

Монтмориллонитовая глина 57.5 15.6 4.2 2.1 7.3 3.5 0.5 7.8

Примечание: п.п.п. - потери при прокаливании (отходы углеобогащения содержат в п.п.п. углерода до 12%)

Дата поступления 15.01.10

нических показателей керамзита приведены в табл. 2.

Таблица 2 Физико-механические показатели полученного керамзита

Диаметр гранул, мм Прочность при сжатии, МПа Средняя плотность в куске, г/см3 Насыпная плотность, кг/м3 Температура обжига, оС

6-8 1.8-2.0 0.6-0.9 480-520 1050

Истинная пористость (общая) исследуемого керамзита находится в пределах 50—65 %, пористость кажущаяся (открытая) — 30—55 %, пористость закрытая — 10—15 %.

Рентгенофазовый состав керамзита проводился на дифрактометре ДРОН-6 с использованием СоКа-излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град/мин.

На рис. 1 представлена рентгенограмма исследуемого керамзита.

На дифрактометре порошка отмечаются характерные интенсивные линии (а/и = 0.185; 0.254; 0.342 и 0.443 нм) кварца, присутствие линии (а/и = 0.192; 0.201 и 0.403 нм) обусловлено кристобалитом, линии (а/и = 0.211; 0.220; 0.270; 0.376 и 0.540 нм) муллитом, (а/и = 0.209; 0.224 и 0.321 нм) анортитом, (а/и = 0.244 и 0.365 нм) гематитом, (а/и = 0.370; 0.477 и 0.499 нм) нефелином, (а/и = 0.254 нм) магнетитом. О повышенном содержании стеклофазы в исследуемом керамзите свидетельствует соотношение интегральных площадей аморфного гало и дифракционных отражений на рентгенограммах.

Как видно из рентгенограммы (рис. 1), при обжиге керамзита образуются новые минералы: кристобалит, анортит, муллит, гематит, магнетит и нефелин.

Нефелин Ыа20 • А1203 • 2БЮ2 образуется за счет разложения жидкого стекла.

Муллит — один из часто встречающихся минералов в обожженных керамических материалах. Высокие показатели по огнеупорности, плотности, химической стойкости и меха-

нической прочности привлекли внимание исследователей как к получению синтетического муллита, так и к исследованию его структуры.

Анортит — полевой шпат (СаО • Л12Оз ■ 2БЮ2) является конечным членом плагиоклазов, обладает всеми свойствами, присущими полевошпатовым, и в составе неметаллических материалов встречается только в устойчивой модификации.

Гематит в керамических материалах способствует образованию железистого стекла, которое инициирует образование муллита.

Электронно-микроскопическое исследование керамзита сопряжено со значительными трудностями получения реплик от образцов, обожженных в области температуры ликвации, когда жидкая фаза содержит много неполностью растворенных глинистых частиц (рис. 2А).

Электронно-микроскопическое изучение таких образцов по методу реплик с предварительным протравливанием поверхности свежего скола 3% ИБ показало, что стекло претерпело интенсивную ликвацию и разделилось на капельную фазу и матрицу (рис. 2Б).

Капли имеют сложную и преимущественно не круглую форму, а размеры их колеблются от долей до 3 мкм.

По мнению авторов работы 3 случаи, когда капли имеют форму шара и располагаются на значительных расстояниях друг от друга, сравнительно редки. Чаще при электронно-микроскопическом изучении стеклофазы широкого «спектра» составов фиксировали лик-вационную структуру с весьма малыми размерами капель (0.03-0.05 мкм) и их тесном расположением.

Таким образом, исследования показали, что на основе отходов углеобогащения можно получить керамзит, физико-механические показатели которого удовлетворяют требованиям ГОСТ 4.

Литература

1. Пат. 2362749 РФ, МПК С04В 14/24. Композиция для производства пористого заполнителя / Денисов Д.Ю., Ковков И.В., Абдрахимов В.З., Журавль Л.В. // Б. И.- 2009.- №21.

2. Денисов Д. Ю., Ковков И. В., Абдрахимов В. З. // Башкирский химический журнал.-2008.- Т. 15, №2.- С. 107.

3. Грум-Гржимайло О. С., Квятовская К. К. Механизм формирования глушителя в легкоплавких борно-циркониевых глазурях // Тр. НИИ-стройкерамики.- 1979.- С. 127.

4. ГОСТ 9757-90 Гравий, щебень и песок искусственные пористые.- 1991.

Б

Рис. 2. Микроструктура керамзита. Увеличение: А - х5000, Б - х6000