CC BY
9
ИЗУЧЕНИЕ КИНЕТИКИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ СаСО3 С ФЛОТООТХОДАМИ ГОРНООБОГАТИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ В ТВЕРДОЙ ФАЗЕ
Нимчик Алексей Григорьевич
канд. хим. наук, докторант, Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан,
лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: Nimchik64@mail. ru
Усманов Хикматулла Лутфулаевич
канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан,
лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: xikmatulausmanov49@mail. ru
Кадирова Зулейха Раимовна
д-р. хим. наук, профессор, Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан,
лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент E-mail: kad.zulayho@mail.ru
STUDY OF KINETICS OF INTERACTIONS OF CaCO3 WITH FLOTATION WASTES OF MINING INDUSTRIES IN THE SOLID PHASE
Nimcik A lexey
kand. chem. PhD, Institute of General and inorganic chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent
Hikmatulla Usmanov
kand. Techn. Institute of General and inorganic chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent
Zuleikha Kadirova
Dr. him. Professor, Institute of General and inorganic chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan,
silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent
АННОТАЦИЯ
Представлены результаты исследований кинетики и механизма твердофазовых превращений происходящих в композициях СаСО3 с флотоотходами горнометаллургических производств. Установлено, что сырьевые смеси с флотоотходами СОФ, МОФ и ФОФ обладают высокой реакционной способностью, не уступая по своим характеристикам влиянию на клинкерообразование глин и лессов.
ABSTRACT
The results of studies of the kinetics and mechanism of solid-phase transformations occurring in the compositions of CaCO3 with flotation wastes of mining and metallurgical industries are presented. . It is established that raw mixtures with flotation wastes of SOF, MOF and FOF have a high reactivity, not inferior in their characteristics to the effect on clinker formation of clays and loess.
Ключевые слова: флотоотходы, твердофазовые превращения, кинетика декарбонизации, портландцемент.
Keywords: flotation wastes, solid-phase transformations, decarbonization kinetics, Portland cement.
Известно, что на процессы образования минералов цементного клинкера, большое влияние оказывают твердофазовые превращения и взаимодействия
протекающие при обжиге портландцементной сырьевой шихты.
В работах [1-4] установлены особенности условий образования твердых фаз и отличия кинетики
Библиографическое описание: Нимчик А.Г., Усманов Х.Л., Кадирова З.Р. Изучение кинетики взаимодействий СаСО3 с флотоотходами горнообогатительных производств в твердой фазе // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 8(62). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7678
диссоциации СаСОЗ протекающие при взаимодействии карбоната кальция с разнообразными оксидами, силикатами и алюмосиликатами, которые имеют важное значение в технологии производства силикатных материалов. Все глинистые минералы высокодисперсны и весьма активны, а различия их реакционной способности обуславливаются скоростью и характером распада, температурным интервалом этого процесса, видом и количеством примесей. Кроме того реакционная активность кремнеземсо-держащего компонента зависит от химического и минералогического состава, дисперсности, термической устойчивости кристаллических структур различных соединений, характера распада. Кинетика декарбонизации и связывания извести глинистыми минералами при температуре твердофазовых реакций зависит от скорости распада названных соединений на свободные оксиды.
В тоже время недостаточно изученными остаются взаимодействия карбоната кальция с различными отходами горно-металлургических производств, которые требуют дальнейшего изучения.
Химический с
В связи с чем большой интерес приобретает изучение механизма и кинетики твердофазовых процессов, происходящих в смесях карбоната кальция с флотоотходами горнообогатительных фабрик Алма-лыкского ГМК, которые крайне важны при использовании их в качестве алюмосиликатного компонента цементных сырьевых смесей. Кроме того эти отходы характеризуются различием химического и минералогического составов, что несомненно влияет на скорость и механизм твердофазовых процессов.
Обьектом исследования являются флотоотходы медной, свинцовой и флюоритообогатительных фабрик Алмалыкского горно-металлургического комбината и изучение их взаимодействий с карбонатным компонентом-реактивным карбонатом кальция СаСО3 марки (ч.д.а), химико-аналитическим, рентге-нофазовым, петрографическим и диференциально-термическим методами анализа. Приводим химический состав исследуемых флотоотходов таблица 1.
Таблица 1.
флотоотходов
№ Флотоотход Содержание оксидов масс. % Ппп
SiO2 AЮз Fe2Oз CaO MgO SOз R2O CaF2
1 СОФ 46,52 9,83 5,21 14,31 8,93 5,23 2,64 - 7,91
2 МОФ 60,32 13,86 4,31 1,16 - 6,02 5,14 - 4,18
3 ФОФ 78,13 5,63 1,27 5,13 0,13 0,12 1,67 5,18 2,57
Таблица 2.
Химический состав сырьевых и обоженных смесей
Состав 8Ю2 ЛЬОэ Fe2Oз СаО 8Оз ШО ППП
СОФ ; CаСОз - 20 ; 80
Сырьевая смесь 8,93 2,13 1,31 43,41 1,73 1,03 0,52 34,43
Клинкер 13,73 3,08 1,92 73,75 2,73 1,65 0,80 -
МОФ ; СаСО3 - 20 ; 80
Сырьевая смесь 12,24 2,61 1,83 45,12 - 1,22 1,08 37,08
Клинкер 19,09 4,07 2,86 70,20 - 1,90 1,69 -
ФОФ ; СаСО3 - 20 ; 80
Сырьевая смесь 15,56 1,82 0,34 46,09 0,11 0,02 0,38 36,09
Клинкер 24,25 2,07 0,53 71,87 0,16 0,03 0,59 -
Исследования проводились на смесях флотоотходов СОФ, МОФ, ФОФ с СаСОЗ с изменением соотношения их от 20 до 80% в температурном интервале 700-1200°С Таблица 2.
В сырьевых смесях с содержанием карбонатного компонента до 40% образование свободного СаО минимально или не регистрируется вовсе, что связано с повышенной кислотностью смесей и образованием
при температуре кристаллизации СаОсв скрыто кристаллических соединений типа спирита 2(2 CaO SiO2) CaCO3 и p-C2S. Таблица 3.
Образование этой метастабильной кристаллической фазы при температуре обжига 700-900°С отмечено в сырьевых смесях содержащих все три флотационных отхода и с ее разложением скорость прохождения образования новых минеральных фаз возрастает.
Таблица 3.
Содержание СаОсв(мас%) в зависимости от содержания СаСОЗ в cмесях
Состав сырьевой смеси Температура обжига, °С
СаСОЗ СОФ МОФ ФОФ 700 800 900 1000 1100 1200
20 80 - - - 3,92 14,68 - - -
80 20 - - - 31,3 97,13 89,66 83,23 73,25
20 - 80 - - - - - - -
80 - 20 - - 19,3 56,54 51,31 37,31 32,84
20 - - 80 - - - - - -
80 - - 20 5,82 6,22 49,11 37,06 21,11 12,73
Дифференциально-термическим анализом выявлено, что температура декарбонизации СаСОЗ связана с количеством последнего в сырьевых смесях, так с увеличением содержания СаСОЗ с 20 до 80% в смесях с СОФ эндоэффект декарбонизации смещается с 828 до 858°С а кроме того температура декарбонизации оказалась в прямой зависимости от химического состава флотационных отходов. Так СаСО3 в сырьевых смесях на основе флототхода ФОФ декар-бонизирует при температуре на 30-50°С ниже чем в смесях соответствующего состава на основе отходов СОФ и МОФ, что является следствием интенсифици-руещего действия CaF2, являющегося компонентом флотоотхода ФОФ. ( рис. 1 )
и
о ич 00 ч-
со о
гл
тн 00
Рис 1 ДТА смесей
1. Соф: СаСОз =80:20 3. Фоф: СаСОз =80:20
2. Соф : СаСОз =20:80 Фоф: СаСОз =20:80
Рентгенографическим анализом (рис.2) установлены различия процессов минералообразования в сырьевых смесях как по количеству добавляемого кремнеземсодержащего флотоотхода, так и по характеру добавляемого отхода.
Рисунок 2. Рентгенограммы смесей флотоотхода СОФ и СаСО3 ч.д.а. в соотношении 20 : 80 при твердофазовом синтезе
Твердофазовые реакции в смесях с количеством флотоотходов СОФ, МОФ, ФОФ не превышающем 40% массы идентичны процессам клинкеробразова-ния в цементных сырьевых смесях, и характеризуются появлением P-C2S при температуре 600°С, а начало образования CзS в этих смесях регистрируется при температуре 1150-1200°С. Так при Тобж. 10000С существенно возрастает количество двух-кальциевого силиката, а количество оксида кальция убывает до 70%. Повышение температуры до 1200°С характеризуется дальнейшим уменьшением СаОсв до 60%, а кристаллы - С^ кристаллизуются из жидкой фазы в С^, количество которого при этой температуре варьирует от 20 до 30%. Кроме того образуется до 10%-С12А7, до 10%- СБ. Петрографические исследования этих смесей при Тобж 1000-12000С показал следующую картину: реакционные каемки вокруг зерен оксида кальция, полевых шпатов и слюд увеличиваются до 10 мкм. Каемки состоят из субмикрокристаллических новообразований размером 0,5-2 мкм СзS и - С2S с №р- 1,71-1,73. При 1200°С процесс
кристаллизации полностью охватывает зерна СаО и он весь переходит в соединения, при этом кристаллы -С^ и С^ cстановятся размером 15-20мкм. Наличие в сырьевых смесях с флотоотходами СОФ и МОФ большого количества кислотных оксидов А1^3 и Fe2O3 по отношению к флотоотходу ФОФ, тем не менее не являются решающим фактором образования начальной жидкой фазы. За счет содержания фторида Са в количестве до 5% сырьевой смеси на основе флотооходов ФОФ более реакционоспособны благодаря раннему 1000-1100°С появлению жидкой фазы.
Начальной фазой образования минералов в этих смесях является спиррит 2( 2СаО. SiО2 ) СаСО3, который метастабилен и в некоторой степени интефици-рует процесс образования - С2S.
Как показали исследования, сырьевые смеси с флотоотходами СОФ и МОФ по своему химическому составу больше подходят как заменитель кремнезем-содержащего компонента в силу наличия Al2O3 и Fe2O3 необходимых для синтеза алюминатной и фер-
ритной фазы портландцементного клинкера. Содержание флотоотходов в количестве превышающем 40% от массы сырьевых смесей приводит к изменению стадийности твердофазовых реакций.
Полученные результаты петрографических исследований показали, что при температуре 650-700 оС начинается активное разложение составляющих минералов исследуемых смесей. При температуре 700-800°С в сырьевых смесях всех отходов образуются минералы в-C2S, CMS2, C2AS, C2MS2, а в зоне перекристализации из жидкой фазы при температуре 1000-1100°С кристаллизуются вторичный геленит и диопсид, а в смесях с флотоотходом ФОФ волласта-нит и псевдоволастанит. Установлено, что сырьевые смеси с флотоотходами СОФ, МОФ и ФОФ обладают высокой реакционной способностью, не уступая по своим характеристикам влиянию на клинкерообразо-вание глин и лессов.
Список литературы:
1. Мчедлов-Петросян О П, Щеткина Т Ю, Сапожникова Н И. // Цемент 1978 N9, c 8-9.
2. Нудельман Б И// Узб хим журнал 1985,10 с
3. Казова Р А, Хайдаров Г А, Жуманов З С Деп в ВИНИТИ 30 06 88 N 5248-4 4. Кузьменков. А. И, Хотянович. О. Е. «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / М. . - Минск : БГТУ, 2008. - 276 с. ISBN 978-985-434-822-3 B88.
