Научная статья на тему 'Исследование причин "ржавления" кровельных гранул в процессах технологического передела и эксплуатации мягкой кровли'

Исследование причин "ржавления" кровельных гранул в процессах технологического передела и эксплуатации мягкой кровли Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
151
13
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КРОВЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ГИБКАЯ ЧЕРЕПИЦА / КРОВЕЛЬНЫЕ ГРАНУЛЫ / ПОСЫПОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ОКСИГИДРОКСИД ЖЕЛЕЗА / ПИРИТ / ПИРРОТИН / СУЛЬФИД / ROOFING MATERIALS / RUST POTENTIAL / SHINGLES / ROOFING GRANULES / IRON HYDROXIDE / PYRITE / SULFIDE

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Кочергин Александр Владимирович, Алматов Алексей Сергеевич, Соков Виктор Николаевич

Предмет исследования: кровельные гранулы дробленная каменная крошка, которая применяется в качестве защитного и декоративного слоя на внешней поверхности гибкой черепицы и полимерно-битумных мембран. Для получения кровельных гранул используется широкая гамма магматических и вулканических пород основного и среднего составов. Породы подвергаются дроблению и фракционированию. Различают три типа кровельных гранул: сланцевая посыпка из дробленых кровельных сланцев, минеральные гранулы, которые представляют собой неокрашенные гранулы из отсевов горных пород и керамизированые (керамические) гранулы, которые представляют собой частицы горных пород с окрашенной керамической оболочкой. В связи с увеличением требований к надежности кровельных материалов, выходом отечественных предприятий на международный рынок и развитием технологий посыпочные материалы для кровли производятся из сланца кровельного и базальтовых пород. Кровельные гранулы с керамической оболочкой являются самым сложным и дорогим продуктом среди посыпочных материалов. Именно эти гранулы применяются при производстве гибкой черепицы и полимерно-битумных мембран сегмента премиум. Цели: изменение цвета, появление пятен и подтеков ржавчины на полимерно-битумных кровлях является одним из наиболее частых случаев рекламаций со стороны покупателей. Избежать всего этого можно целенаправленным выбором в качестве минерального носителя для производства гранул горных пород, не предрасположенных к выделению «ржавчины» и разрушению. Причины изменения цвета и методы выбора горной породы, наименее подверженной данному фактору, описаны в этой статье. Материалы и методы: методический подход исследований заключался в изучении зависимости степени изменения окраски сырцовых и окрашенных гранул и минералого-петрографических особенностей горных пород, являющихся их минеральной основой. В качестве эталона для сравнения приняты образцы гранул долеритов месторождения Канадского месторождения Хейвлок, используемых компанией 3M, характеризующихся высоким качеством. Изменение цвета окрашенных гранул фиксировалось визуально после натурных климатических испытаний, для неокрашенных гранул после обжига при операционных температурах 550…600 °C. Минералого-петрографические особенности изучались методами оптической микроскопии шлифов из горных пород, термического и рентгеноструктурного анализов, дополнительно использованы результаты химического анализа горных пород рентгено-флуоресцентным методом в лабораториях ООО «Уральское горно-геологическое агентство» (г. Уфа), Института геологии УНЦ РАН (г. Уфа). Результаты: петрографический и химический состав эталонных образцов горных пород минерального основания кровельных гранул довольно близки. Все они относятся к магматическим породам основного и среднего состава. Основные различия заключаются в содержании сульфидных минералов, содержании железистых разновидностей хлоритов, актинолита. Наблюдаются различия в интенсивности изменения окраски цвета окрашенных поверхностей эталонных гранул после климатических испытаний и пород-носителей после технологического обжига. Все породы-носители показали изменение цвета после технологического обжига за счет появления буровато-желтых пятен и налетов. Однако интенсивность этого процесса неодинакова. Наилучшими показателями характеризуются образцы посыпок из долеритов канадского месторождения. Определены минералы, которые изменяют цвет и минералы, которые кроме изменения цвета подвержены деструкции с выделением оксигидроксидов железа при нагреве до операционных температур. Выводы: негативные изменения цвета кровельных гранул в процессе эксплуатации мягких кровель (появление пятен и подтеков «ржавчины») связаны с развитием на их поверхности тонкодисперсных выделений оксигидроксидов железа. Для прогнозирования выделения оксигидроксидов железа важно знать минеральную форму фиксации железа в породе. Первое место по склонности к ржавлению занимают сульфиды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Кочергин Александр Владимирович, Алматов Алексей Сергеевич, Соков Виктор Николаевич

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

WHAT CAUSES ROOFING GRANULES MINERAL BASE TO RUST AND METHODS FOR DETERMINING THE ROCKS RUST POTENTIAL

Pigment-coated mineral rocks are commonly used as color granules in roofing applications to provide aesthetic as well as protective functions to the asphalt shingles. Roofing granules typically comprise crushed and screened mineral materials, which are subsequently coated with a binder containing one or more coloring pigments, such as suitable metal oxides. Roofing granules are typically produced by mixing mineral particles with the coating materials in a drum or pan coater prior to drying or curing of the color coating in a kiln with extremely high temperature. In general, many rocks which are opaque, dense, and properly graded by screening for maximum coverage can be used conventionally in roofing granule process. Most stone sources have a small percentage of iron as a part of the stone’s chemical composition. For the most part the iron content is not encapsulated in the stone thus allowing for traces of rust to leach from the stone. Subject: The roof discoloration caused by the rust of the base rock is one of the reasons most serious customer complaints. The rust can appear during the curing process or throughout shingle lifetime weathering. The article seeks to answer the question what substance in a base rock can cause the rust and subsequent mineral degradation. Research objectives: discoloration, appearance of stains and streaks of rust on polymer-bitumen roofs is one of the most frequent causes of complaints from buyers. All this can be avoided by a deliberate choice of rocks, as a mineral carrier for the production of granules, that are not prone to “rust” and degradation. The reasons for the color change and the methods of choosing the rock least affected by this factor are described in this article. Materials and methods: The research has been done by comparing mineralogical and petrographic properties of granule base rocks and their color change values between calcined and incalcined granules. The rock samples underwent Differential thermal analysis in order to define a fraction of weak minerals in each of the rocks. Results: The study shows that all test samples changed its color after calcining at operation temperature 537°. Several minerals that change their colors and collapse during heating at operational temperature. Some of the mineral display rust, which is iron hydroxide. There are minerals with encapsulated iron that were stable during the calcining process and some collapsed and become sours of iron hydroxide leaching on the colored granules surface during the outdoor-weathering test. Conclusions: In the result of the study we can make a statement that the weakest minerals that collapses at operation temperature of the granule process and creates the iron hydroxides that can freely leak out of rock body are sulfides. It recommended to define the sulfides content in rock in order to prevent the rusting and breakdown issue.

Текст научной работы на тему «Исследование причин "ржавления" кровельных гранул в процессах технологического передела и эксплуатации мягкой кровли»

строительное материаловедение

УДК 691.024.015:620.193 DOI: 10.22227/1997-0935.2018.4.527-535

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРИЧИН «РЖАВЛЕНИЯ» КРОВЕЛЬНЫХ ГРАНУЛ В ПРОЦЕССАХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПЕРЕДЕЛА И ЭКСПЛУАТАЦИИ

МЯГКОЙ КРОВЛИ

А.В. Кочергин1, А.С. Алматов2, В.Н. Соков2

'«Уральское горно-геологическое агентство», 450045, г. Уфа, ул. Заводская, д. 20, оф. 102;

2Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет (НИУМГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26

Предмет исследования: кровельные гранулы — дробленная каменная крошка, которая применяется в качестве защитного и декоративного слоя на внешней поверхности гибкой черепицы и полимерно-битумных мембран. Для получения кровельных гранул используется широкая гамма магматических и вулканических пород основного и среднего составов. Породы подвергаются дроблению и фракционированию. Различают три типа кровельных гранул: сланцевая посыпка из дробленых кровельных сланцев, минеральные гранулы, которые представляют собой неокрашенные гранулы из отсевов горных пород и керамизированые (керамические) гранулы, которые представляют собой частицы горных пород с окрашенной керамической оболочкой. В связи с увеличением требований к надежности кровельных материалов, выходом отечественных предприятий на международный рынок и развитием технологий посыпочные материалы для кровли производятся из сланца кровельного и базальтовых пород.

Кровельные гранулы с керамической оболочкой являются самым сложным и дорогим продуктом среди посыпочных материалов. Именно эти гранулы применяются при производстве гибкой черепицы и полимерно-битумных мембран сегмента премиум.

Цели: изменение цвета, появление пятен и подтеков ржавчины на полимерно-битумных кровлях является одним из наиболее частых случаев рекламаций со стороны покупателей. Избежать всего этого можно целенаправленным выбором в качестве минерального носителя для производства гранул горных пород, не предрасположенных к выделению «ржавчины» и разрушению. Причины изменения цвета и методы выбора горной породы, наименее подверженной данному фактору, описаны в этой статье.

Материалы и методы: методический подход исследований заключался в изучении зависимости степени изменения окраски сырцовых и окрашенных гранул и минералого-петрографических особенностей горных пород, являющихся их минеральной основой. В качестве эталона для сравнения приняты образцы гранул долеритов месторождения Канадского месторождения Хейвлок, используемых компанией 3M, характеризующихся высоким качеством. Изменение цвета окрашенных гранул фиксировалось визуально после натурных климатических испытаний, для неокрашенных гранул — после обжига при операционных температурах 550...600 °C. Минералого-петрографические особенности изучались методами оптической микроскопии шлифов из горных пород, термического и рентгеноструктурного анализов, дополнительно использованы результаты химического анализа горных пород рентгено-флуоресцентным методом в лабораториях ООО «Уральское горно-геологическое агентство» (г. Уфа), Института геологии УНЦ РАН (г. Уфа). Результаты: петрографический и химический состав эталонных образцов горных пород — минерального основания кровельных гранул — довольно близки. Все они относятся к магматическим породам основного и среднего состава. Основные различия заключаются в содержании сульфидных минералов, содержании железистых разновидностей хлоритов, актинолита. gj

Наблюдаются различия в интенсивности изменения окраски цвета окрашенных поверхностей эталонных гранул по- Ф сле климатических испытаний и пород-носителей после технологического обжига. Все породы-носители показали Т изменение цвета после технологического обжига за счет появления буровато-желтых пятен и налетов. Однако интен- I сивность этого процесса неодинакова. Наилучшими показателями характеризуются образцы посыпок из долеритов S канадского месторождения.

Определены минералы, которые изменяют цвет и минералы, которые кроме изменения цвета подвержены деструкции с выделением оксигидроксидов железа при нагреве до операционных температур.

Выводы: негативные изменения цвета кровельных гранул в процессе эксплуатации мягких кровель (появление пятен и подтеков «ржавчины») связаны с развитием на их поверхности тонкодисперсных выделений оксигидроксидов железа. Для прогнозирования выделения оксигидроксидов железа важно знать минеральную форму фиксации железа в породе. Первое место по склонности к ржавлению занимают сульфиды.

КЛЮчЕВыЕ СЛОВА: кровельные материалы, гибкая черепица, кровельные гранулы, посыпочные материалы, оксигидроксид железа, пирит, пирротин, сульфид

*

О У

Т

О 2

В

ДЛЯ ЦИТИРОВАНИЯ: Кочергин А.В., Алматов А.С., Соков В.Н. Исследование причин «ржавления» кровель- п ных гранул в процессах технологического передела и эксплуатации мягкой кровли // Вестник МГСУ. 2018. Т. 13. у

Вып. 4 (115). С. 527-535. С

^

© А.В. Кочергин, А.С. Алматов, В.Н. Соков

527

WHAT CAUSES ROOFING GRANULES MINERAL BASE TO RUST AND METHODS FOR DETERMINING THE ROCKS

RUST POTENTIAL

A.V. Kochergin1, A.S. Almatov2, V.N. Sokov2

Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; '«Ural'skoegorno-geologicheskoe agentstvo», 20, office 102; Zavodskaya str., Ufa, 450045, Russian Federation;

Pigment-coated mineral rocks are commonly used as color granules in roofing applications to provide aesthetic as well as protective functions to the asphalt shingles. Roofing granules typically comprise crushed and screened mineral materials, which are subsequently coated with a binder containing one or more coloring pigments, such as suitable metal oxides. Roofing granules are typically produced by mixing mineral particles with the coating materials in a drum or pan coater prior to drying or curing of the color coating in a kiln with extremely high temperature. In general, many rocks which are opaque, dense, and properly graded by screening for maximum coverage can be used conventionally in roofing granule process. Most stone sources have a small percentage of iron as a part of the stone's chemical composition. For the most part the iron content is not encapsulated in the stone thus allowing for traces of rust to leach from the stone.

Subject: The roof discoloration caused by the rust of the base rock is one of the reasons most serious customer complaints. The rust can appear during the curing process or throughout shingle lifetime weathering. the article seeks to answer the question what substance in a base rock can cause the rust and subsequent mineral degradation.

Research objectives: discoloration, appearance of stains and streaks of rust on polymer-bitumen roofs is one of the most frequent causes of complaints from buyers. All this can be avoided by a deliberate choice of rocks, as a mineral carrier for the production of granules, that are not prone to "rust" and degradation. The reasons for the color change and the methods of choosing the rock least affected by this factor are described in this article.

Materials and methods: the research has been done by comparing mineralogical and petrographic properties of granule base rocks and their color change values between calcined and incalcined granules. the rock samples underwent Differential thermal analysis in order to define a fraction of weak minerals in each of the rocks.

Results: The study shows that all test samples changed its color after calcining at operation temperature 537°. Several minerals that change their colors and collapse during heating at operational temperature. Some of the mineral display rust, which is iron hydroxide. there are minerals with encapsulated iron that were stable during the calcining process and some collapsed and become sours of iron hydroxide leaching on the colored granules surface during the outdoor-weathering test. Conclusions: In the result of the study we can make a statement that the weakest minerals that collapses at operation temperature of the granule process and creates the iron hydroxides that can freely leak out of rock body are sulfides. It recommended to define the sulfides content in rock in order to prevent the rusting and breakdown issue.

KEY WORDS: roofing materials, rust potential, shingles, roofing granules, iron hydroxide, pyrite, sulfide

FOR CITATION: Kochergin A.V., Almatov A.S.,Sokov V.N. Issledovanie prichin «rzhavleniya» krovel'nykh granul v protsessakh tekhnologicheskogo peredela i ekspluatatsii myagkoy krovli [Investigation of the causes of "rusting" of roofing granules in the processes of technological alteration and operation of soft roofing]. Vestnik MGSU [Proceedings of the Moscow State University of Civil Engineering]. 2018, vol. 13, issue 4 (115), pp. 527-535.

Ю

Ч" ВВЕДЕНИЕ X О

^ Кровельные гранулы, нанесенные на полимер— но-битумные кровельные материалы, защищают поЮ лимерно-битумное основание от ультрафиолетового РО излучения и механических воздействий, улучшают их внешний вид, а также выполняют противопожар-¡1 ную функцию — препятствуют распространению Н огня. Размер частиц кровельных гранул, как прави-^ ло, составляет 0,5.. .2 мм [1-6].

В мировой практике в качестве минерального 2 носителя керамизированных кровельных гранул ис-¥ пользуется широкая гамма горных пород основного, Ц среднего и щелочного составов (базальты, андези-¡^ ты, нефелиновые сиениты, диориты и др.) [7, 8], от-Ф вечающих набору строго определенных технологи®® ческих требований.

Процесс производства керамизированых кровельных гранул включает нанесение красочного состава на основе жидкого стекла и его обжиг, в результате чего на минеральном носителе формируется цветная нерастворимая керамическая оболочка [9].

В процессе обжига оболочки, частицы горной породы подвергаются воздействиям экстремально высоких температур и прогреваются до 550.600 °С. Побочным эффектом обжига является изменение окраски сырцовых гранул — появление бурых и желтых пятен («ржавление»). Интенсивность «ржавления» различна у гранул, полученных из сырья разных месторождений.

В процессе эксплуатации полимерно-битумных кровель «ржавление» может проявляться и на поверхности красочного слоя гранул. Факты негативного изменения окраски защитно-декоративного

С.527-535

слоя часто являются причинои рекламации со стороны покупателей [3].

Избежать всего этого можно целенаправленным выбором пород для производства гранул.

обзор литературы

В России производство кровельных гранул начало развиваться только в последние десятилетия, в связи с появлением современных производств полимерно-битумных кровель нового поколения, поэтому в научной литературе вопросы технологии получения кровельных гранул не освещены, не сформировались также и подходы к выбору сырья для этих целей.

Отсутствуют основополагающие работы по этой тематике и в научной литературе США и Западной Европы, хотя здесь традиции производства кровельных материалов на основе битума насчитывают более ста лет. Имеющиеся наработки как правило, являются собственностью компаний-производителей, зафиксированы во внутренних нормативных документах и патентах.

Существуют отраслевые стандарты качества кровельных гранул, которые предусматривают проведение специальных тестов с целью определения потенциала той или иной породы к ржавлению.

Одним из наиболее известных тестов является тест, разработанный организацией Barrett Ltd. в 1959 г. и включенный в стандарт испытания кровельных гранул Ассоциацией производителей битумных кровельных материалов. Один из крупнейших производителей кровельных гранул, компания 3М, использует для этих целей собственную методику [10].

Исследования изменений структуры и минерального состава пород и минералов в результате естественного выветривания присутствуют во многих отечественных [11, 12] и зарубежных публикациях. Большое внимание уделяется преобразованию карбонатов и окислению железосодержащих минералов [11, 13]. Однако данные явления изучаются применительно к породам, не прошедшим температурную обработку [14].

Задачей настоящего исследования является изучение механизма возникновения проблемы, а также методов ее диагностирования, что позволит целенаправленно выбирать породы для производства кровельных гранул, не предрасположенных к выделению ржавчины и разрушению.

МАТЕРИАлЫ И МЕТОДЫ

Оценка изменения цвета произведена экспертным методом в условных баллах. За 36 баллов принята максимальная степень изменений, наблюдавшаяся в образце № 300 (диорит Сангалыкского месторождения). За один бал — наименьшая сте-

пень изменения окраски, наблюдавшаяся в эталонном образце долерита канадского месторождения. Оценивались образцы гранул до и после прогрева при температурах технологического обжига и образцы окрашенных гранул прошедших натурные погодные (климатические) испытания. Климатические испытания заключались в пребывании образцов посыпки на открытой площадке в течение 13 месяцев. В качестве единиц измерения при описании результатов приняты количество «ржавых» точек на поверхности битумной черепицы с кровельными гранулами площадью 10*10 см2.

Минералогический состав гранул был изучен методом оптической микроскопии шлифов из пород (петрографический анализ [17]) в Лаборатории вещественного состава минерального сырья ООО «Уральское горно-геологическое агентство» (г. Уфа) на микроскопе CARLZEISS JENA Amplival (петрограф Е.О. Калистратова).

Химический анализ горных пород рентгено-флуоресцентным методом на спектрометре VRA-30 произведен в Институте Геологии УНЦ РАН (г. Уфа). Помимо стандартных петрогенных оксидов, в ходе анализа определялись дополнительные показатели — содержание и потери при прокаливании гравиметрическим методом.

Термический [15] и рентгеноструктурные анализы выполнялись также в Институте геологии УНЦ РАН. Термический анализ произведен на де-риватографе Q-1500, рентгеноструктурный — на установке ДРОН 5.

результаты исследования

Экспертная оценка степени изменения цвета показала отсутствие прямой зависимости между степенью «ржавления» породы-носителя после технологического обжига и окрашенной поверхности гранул после климатических испытаний. Так, образец гранул из долеритов Юлдашевского участка отличался весьма хорошими показателями по результатам климатических испытаний, при этом характеризовался интенсивным «ржавлением» после обжига. Очевидные несовпадения наблюдались и по результатам испытаний гранул из сырья Абзаковко-го и Круторожинсого месторождений.

Химический состав изученных образцов довольно близок. Содержания общего железа в пробах близко и не объясняет наблюдаемые различия изменения цвета, что объясняется фиксацией основного объема железа в алюмосиликатах а не в самостоятельных минеральных формах. Так, эталонный образец гранул из горной породы канадского месторождения 3М характеризуется наиболее высоким содержанием общего железа и при этом наилучшими показателями по изменению цвета в результате технологического нагрева (рис. 1).

Л

Ф О т X

S

*

о

У

Т

0 2

1

(л)

В

г

3

у

о *

4

Рис. 1. Изменение цвета кровельных минеральных гранул: а — битумная черепица, покрытая цветными гранулами на основе габбро-диоритов Сангалыкского месторождения; б — гранулы после обжига при операционных температурах (при 550 X в течение 10 мин)

Определения серы рентгено-флуоресцентным способом выявили существенные различия. Ее содержание в эталонных образцах колеблется от 0,01 ¡^ до 0,2 %. По данным петрографического анализа, т- сера сосредоточена в сульфидах. Наибольшее количество серы выявлено в габбро-диоритах Санга-^ лыкского месторождения. Эти же породы являются ^ и наиболее нестойкими в отношении «ржавления». ^ Петрографический анализ показал, что все из— ученные породы характеризуются относительно Ю близким минеральным составом. Основными миРО нералами пород являются плагиоклазы (преимущественно натровый альбит), калиевые полевые Ц шпаты (редко), пироксены (авгит), амфиболы (ро-Н говая обманка, реже актинолит), минералы группы ^ хлорита (клинохлор и диабантит), эпидот. В габбро-диоритах Сангалыкского месторождения, а также 2 в подчиненных объемах в сырье Круторожинского £ и Абзаковского месторождений установлено при-Ц сутствие кварца (рис. 2).

В примесных количествах установлены также

Ф карбонаты (кальцит, доломит, магнезит (единичные 10

определения), железосодержащие оксиды (магнетит, гематит, титанит, ильменит) и сульфиды (пирит, халькопирит, пирротин).

Выполненные термографический и рентгено-структурный анализы позволили не только уточнить минеральный состав и данные по содержанию минералов в породе, но и получить представления о поведении породы при нагреве до температур ке-рамизации гранул.

Установлено, что после прокаливания зерна плагиоклаза и пироксена, а также оксиды (магнетит и гематит) не проявляют значимых изменений. «Ржавлению» подвергаются зерна сульфидов, агрегаты хлорит-актинолита, реже уралитизированная роговая обманка. Наиболее интенсивно изменяются диабантитовые разности хлорита и сульфидные минералы. Окси-гидроксиды железа развиваются преимущественно по трещинам и границам зерен минералов. От контрактовой зоны вглубь минерала минерализация развивается заливообразно по микротрещинкам. Особенно интенсивно «ожелезне-нию» подвергаются контактовые зоны с карбонат -

Рис. 2. Развитие окси-гидроксидов железа в кровельных гранулах после обжига при операционных температурах под оптическим микроскопом (николи скрещены): а — кристаллы магнетита без признаков изменений среди агрегатов хлорита, подвергнутых «ржавлению» (долерит, Канадское месторождение); б — характер развития окси-гидроксидов железа по агрегатам хлорита (долерит, Абзаковское месторождение); в — бурые корродированные кристаллы пирита (порфирит Круторожинского месторождения); Otz — кварц, М^; — магнетит, Amf — амфибол, И — гетит, ^а1с — кальцит

ными минералами (но не сами карбонаты) и сульфидами.

Таким образом, изменение окраски сырцовых гранул при обжиге ожидаемо связано с присутствием в материнской породе-носителе термически нестойких минералов группы сульфидов и железистых карбонатов, а также железистого хлорита и актинолита. Железо, «зафиксированное» в других алюмосиликатах, остается в связанном состоянии в структуре минералов и не играет значимую роль в этом процессе.

Не оказывает существенного влияния и формирование за счет магнетита гематита. Как известно [9], этот процесс происходит при нагреве в кислородной среде. Однако в интервале 250...550 °С формируется маггемитовая разновидность гематита, мало отличимая по цветовым характеристикам от магнетита. Как известно [13], маггемит развивается по поверхности кристаллитов магнетита, формируя пленочную структуру и тем самым блокируя дальнейший процесс. Объемы формируемого маггемита незначительны и не устанавливаются надежно рентгеноструктурным анализом. Гематит (маггемит) как предельно окисленный остается инертным и не участвует в процессах дальнейшего окисления.

Как уже отмечалось, интенсивность появления «ржавчины» на окрашенных гранулах не имеет прямой зависимости от «ржавления» сырцовой гранулы. Для понимания этого процесса проведено сопоставление данных по маркирующим показателям химического состава, присутствию и содержанию нестойких минералов (табл.).

Сопоставление данных показывает наличие положительной корреляции интенсивности образования гидроксидов железа на поверхности окрашенных гранул с содержанием в первичной породе сульфидных минералов. Предварительно намечается и минеральный ряд отрицательной активности

сульфидов. Наиболее негативно в данном процессе проявляют себя сульфиды цветных металлов (в данном случае меди — халькопирит). Единичные зерна халькопирита, присутствующие в породах Абзаков-ского и Сангалыкского месторождений, наиболее сильно подвергаются изменениям даже по сравнению с породным пиритом. Затем следует пирротин. С преобладанием в составе габбро-диоритов Сан-галыкского месторождения пирротина и связаны его склонность к изменению окраски. Отсутствие на поверхности окрашенных гранул из долеритов Канадского месторождения и признаков «ржавления» уверенно коррелирует с отсутствием в породе сульфидов.

Процесс распада сульфидов может быть описан на примере пирита. Известно, что деструкция пирита начинается при температурах от 380 °С, а особенно активно идет при температурах более 500 °С. При этом наряду с окси-гидроксидами железа формируются неравновесные сульфиды серы и элементарная сера. При поступлении воды сера реагирует С с формированием слабого раствора серной кислоты, н являющегося в дальнейшем основной причиной мо- 5 бильности и миграции железа, к поверхности гранулы по микропорам красочного слоя. Г

Таким образом, появление гидроксидов желе- р за на поверхности окрашенных гранул вызывается окислением железа мигрировавшего из минераль- О ного основания. Гидроксиды железа, образованные по алюмосиликатным минералам, остаются тесно 1 связанными с материнскими минералами (рис. 3). Я

В качестве экспресс-метода при оценке склон- ы ности к изменению окраски могут быть исполь- □ зованы методы дифференциально-термическо- С го анализа [15]. На рис. 3 показаны кривые ДТА Я и TG эталонных образцов объектов исследования. Я Данные кривые не только служат для определения 1 минерального состава, но и непосредственно фик- 5 сируют термическое поведение сырцовых гранул

Вестник МГСУ Том 13 Выпуск 4 (115)

Сопоставление данных по химическому, минералогическому составам и интенсивности изменения цвета в образцах кровельных гранул из горных пород эталонных объектов

Изменение цвета Массовая доля минерала, %

Объект Порода после обжига после климатических точек sío2 Fe2°3 обЩ s„ общ 1üü1 ChL Db* Pren Ер Cal dol Mgt+Gm Py Cpy Prt

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Хейвлок, Канада Долериты 2 0 48,6 14,5 0,014 3,2 6 2 11 1,2 12

Зириклинское Андезиты 2 1 55,1 14,2 0,011 1,7 5 2,5 1,8 <0,02

Круторожин-ское Долеритовые пор-фириты 21 4 49,7 15,3 0,09 4,0 17,8 6 0,5 9 0,3

Абзаковское Андезито-базальты 4 5 49,2 10,4 0,04 5,3 10,3 4 11 6,3 0,9 0,1 0,05

Юлдашевское Долериты 18 2 51,2 11,8 <0,01 4,7 10,1 5,2 5,8 1,2 0,1 0,03

Сангалыкское Диориты 56 8 53,2 12,7 0,18 3,3 27 12 5,7 < 0,6

Применения: dol — доломит; ChL — хлориты без разделения на минеральные; Cal — кальцит; Db* — железистый хлорит диабантит; Ер — эпидот; Ргеп — пренит и цеолиты; Ру — пирит; Sf— сульфиды железа; Сру — халькопирит; Mgt + Gm — оксиды железа, магнетит гематит и ильменит; Prt — пирротин

С.527-535

Рис. 3. Кривые дтА (сплошные) и TG (пунктирные) эталонных образцов горных пород участков и месторождений: 1 — Канадского, 2 — Зириклинского; 3 — Сангалыкского; 4 — Абзаковского; 5 — Круторожинского; 6 — Юлда-шевского

в процессе технологического нагрева. Очевидно, что чем «спокойней» кривая, тем порода более привлекательна для использования в качестве сырья в производстве кровельных гранул.

ВЫВОДЫ

«Ржавление» неокрашенных гранул активно проявляется в результате их технологического нагрева. Образование гидроксидов железа происходит при деструкции сульфидов и карбонатов железа и за счет частичного окисления алюмосиликатов, содержащих железо в своей структуре. Оксиды железа (магнетит и гематит) ведут себя инертно и не изменяются в практически значимых объемах. По-

явление гидроксидов железа на поверхности окрашенных гранул является результатом миграции продуктов термической деструкции сульфидов. По степени отрицательной активности сульфидные минералы располагаются в следующей последовательности (по возрастанию): пирит — халькопирит — пирротин — сульфиды цветных металлов. Гидроксиды железа, образованные по алюмосили-катным минералам, остаются тесно связанными с материнскими минералами и не являются причиной изменения цвета окрашенных гранул. Содержание в исходном сырье сульфидов железа должно рассматриваться как основной лимитирующий фактор при оценке возможности его использования в производстве кровельных гранул.

00

Ф О т X

5

*

О У

Т

0

1

(л)

В

г

3

у

о *

4

сл

литература

1. Patent US 5516573 A. Roofing materials having a thermoplastic adhesive intergace between coating asphalt and roofing granules / B.L. George, S.A. Babi-rad, V.J. Laraia, Jr., W.S. Bigham. Declared 26.09.1994. Published 14.05.1996.

2. Patent US 20060251807 A1. Roofing granules with improved surface coating coverage and functionalities and method for producing same. 09.11. 2006 / Keith Hong, Ming Shiao. Declared 21.04.2006. Published 09.11.2006.

3. Usefulness and qualifications of roofing granules. March 2016, Technical bulletin # 26. Режим доступа: http://www.casma.ca/usefulness-and-qualifications-of-roofing-granules#.WornunllLVI

4. Jewett C.L. Roofing granules // Industrial minerals and Rocks. 5th ed. / S.J. Lefond ed. New York, 1983. Pp. 15-19.

5. Eardley-Wilmot V.L. The roofing granule industry // CIM Bulletin. 1946. Pp.10-12.

6. Kalyoncu D.M. Construction materials: roofing granules // Encyclopedia of Materials Science and Engineering. Vol. 2. M.B. Bever, ed., Pentagon, Oxford, 1986. Pp. 73-75.

7. Akbari H., Levinson R., Berdahl P. Review of Residential Roofing Materials. Part 2: A review of methods for the manufacture of residential roofing materials // Western roofing — March/April 2005. Pp. 52-56.

8. Performance concept in buildings: proceedings of a symposium .U.S. National Bureau of Standards, 1972, 780 p.

9. Berger E.H. Ceramic roofing granules // Ceramic Age. Feb. 1935. pp. 9-12.

10. Granule Test Procedures Manual. Washington, DC: ARMA, рр. 1-11.

11. Яхонтова Л.К., Грудев А.П. Минералогия окисленных руд. М. : Недра, 1987, С. 196.

12. Лютоев В.П., Кочергин А.В., Лысюк А.Ю., и др. Фазовый состав и структурное состояние природных железоокисных пигментов // Доклады Академии наук. 2009. Т. 425. № 5. С. 198-248.

13. Кочергин А.В., Грановская Н.В. Минералогические основы технологических свойств железоокисных пигментов «Белферокс» // Лакокрасочные материалы и их применение. 2016. № 4. С. 40-48.

14. Ожогина Е.Г., Рогожина А.А. Технологическая минералогия: инновационные подходы к оценке минерального сырья // Минералого-технологиче-ская оценка месторождений полезных ископаемых и проблемы раскрытия минералов : сб. ст. по мат. V Российского семинара о технологической минералогии. Петрозаводск, 2011. С. 7-124.

15. Топор Н.Ф., Огородова Л.П., Мельчако-ва Л.В. Термический анализ минералов и неорганических соединений. М. : Наука, МГУ, 1987. 190 с.

16. Афанасьева М.А., Бардина Н.Ю., Богати-ков О.А. и др. Петрография и петрология магматических, метаморфических и метасоматических горных пород. М., 2001. С. 768.

17. Емельяненко П.Ф., Яковлева Е.Б. Петрография магматических и метаморфических пород. М. : Изд-во Моск. ун-та, 1985. С. 198-248.

m

во

Поступила в редакцию 8 сентября 2017 г. Принята в доработанном виде 29 ноября 2017 г. Одобрена для публикации 27 февраля 2018 г.

w Об авторах: кочергин Александр Владимирович — кандидат геолого-минералогических наук, директор,

ООО «Уральское горно-геологическое агентство», 450045, г. Уфа, ул. Заводская, д. 20, оф. 102; avtggkav@ yandex.ru.

^ Алматов Алексей Сергеевич — аспирант кафедры технологии вяжущих веществ и бетонов,

— Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

IQ (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; almatov@tn.ru;

РО Соков Виктор Николаевич — доктор технических наук, профессор, профессор кафедры технологии

вяжущих веществ и бетонов, Национальный исследовательский Московский государственный строитель-q ный университет (НИУ МГСУ), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26; kaz@mgsu.ru.

Н

о references

ь

S

* 1. George B.L., Babirad S.A., Laraia V.J., Jr., Big- 2. Keith Hong, Ming Shiao. Patent US

j ham W.S. Patent US 5516573 A. Roofing materials hav- 20060251807 A1. Roofing granules with improved sur-

jj ing a thermoplastic adhesive intergace between coating face coating coverage and functionalities and method

Ф asphalt and roofing granules / Declared 26.09.1994. for producing same. 09.11. 2006. Declared 21.04.2006.

Published 14.05.1996. Published 09.11.2006.

3. Usefulness and qualifications of roofing granules. March 2016, Technical bulletin # 26 http://www. casma.ca/usefulness-and-qualifications-of-roofing-gran-ules#.WornunllLVI

4. Jewett C.L. Roofing granules. Industrial minerals and Rocks. 5th ed. New York, 1983. Pp. 15-19.

5. Eardley-Wilmot V.L. The roofing granule industry. CIM Bulletin. 1946. pp. 10-12.

6. Kalyoncu D.M. Construction materials: roofing granules. Encyclopedia of Materials Science and Engineering. Vol. 2. Pentagon, Oxford, 1986. Pp. 73-75.

7. Akbari H., Levinson R., Berdahl P. Review of Residential Roofing Materials. Part 2: A review of methods for the manufacture of residential roofing materials. Western roofing. March/April 2005. Pp. 52-56.

8. Performance concept in buildings: proceedings of a symposium. U.S. National Bureau of Standards, 1972, 780 p.

9. Berger E.H. Ceramic roofing granules. Ceramic Age. Feb. 1935, pp. 9-12.

10. Granule Test Procedures Manual. Washington, DC: ARMA, pp. 1-11.

11. Yakhontova L.K., Grudev A.P. Mineralogiya okislennykh rud [Mineralogy of oxidized ores]. Moscow, Nedra Publ., 1987. 196 p. (In Russian)

12. Lyutoev V.P., Kochergin A.V., Lysyuk A.Yu. et al. Fazovyy sostav i strukturnoe sostoyanie prirodnykh zhelezookisnykh pigmentov [Phase composition and structural state of natural iron-oxide pigments]. Doklady Akademii Nauk [Reports of the Academy of Sciences]. 2009, vol. 425, no. 5, pp. 198-248. (In Russian)

13. Kochergin A.V., Granovskaya N.V. Mineral-ogicheskie osnovy tekhnologicheskikh svoystv zhelezookisnykh pigmentov Belferoks [Mineralogical ba-

sis of technological properties of iron-oxide pigments Belferoks]. Lakokrasochnye materialy i ikhprimenenie [Paint and varnish materials and their application]. 2016, no. 4, pp. 40-48. (In Russian)

14. Ozhogina E.G., Rogozhina A.A. Tekhno-logicheskaya mineralogiya: innovatsionnye podkhody k otsenke mineral'nogo syr'ya [Technological mineralogy: innovative approaches to the evaluation of mineral raw materials]. Mineralogo-tekhnologicheskaya otsen-ka mestorozhdeniy poleznykh iskopaemykh i problemy raskrytiya mineralov : Sbornik statey po materialam V Rossiyskogo seminara o tekhnologicheskoy miner-alogii [Mineralogical and technological evaluation of mineral deposits and problems of mineral disclosure : Collected articles on the materials of V Russian Seminar on technological mineralogy]. Petrozavodsk, 2011, pp. 7-124. (In Russian)

15. Topor N.F., Ogorodova L.P., Mel'chakova L.V. Termicheskiy analiz mineralov i neorganicheskikh soe-dineniy [Thermal analysis of minerals and inorganic compounds]. Moscow, Nauka Publ., Moscow State University, 1987. 190 p. (In Russian)

16. Afanas'eva M.A., Bardina N.Yu., Boga-tikov O.A. et al. Petrografiya i petrologiya mag-maticheskikh, metamorficheskikh i metasomaticheskikh gornykh porod [Petrography and petrology of igneous, metamorphic and metasomatic rocks]. Moscow, 2001. 768 p. (In Russian)

17. Emel'yanenko P.F., Yakovleva E.B. Petrografiya magmaticheskikh i metamorficheskikh porod [Petrography of igneous and metamorphic rocks]. Moscow, Moscow State University, 1985, pp. 198-248. (In Russian)

Received September 8, 2017.

Adopted in final form on November 29, 2017.

Approved for publication on February 27, 2018.

(D

0

About the authors: Kochergin Aleksander Vladimirovich — Candidate of Geological and Mineralogical H

Sciences, Chief Executive, OOO "Ural'skoe gorno-geologicheskoe agentstvo", 20, office 102; Zavodskaya str., Ufa, 5

450045, Russian Federation; avtggkav@yandex.ru;

Almatov Aleksey Sergeevich — Postgraduate Student, Department of Technology of Knitting Substances and r

Concretes, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU), 26 Yaroslavskoe

shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; almatov@tn.ru;

Sokov Victor Nikolaevich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Professor of the Department of Cementing

Substances and Concrete Technology, Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) g

(MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; kaz@mgsu.ru. 1

W

B

3

y

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1

H

о

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.