Методика оценки «Активности» MgO в магнезиальных вяжущих материалах Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Р. Х. Хузиахметов

МЕТОДИКА ОЦЕНКИ «АКТИВНОСТИ» MgO В МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ МАТЕРИАЛАХ

Ключевые слова: доломит, термическое разложение, каустический доломит, доломитовая известь, степень обжига, магнезиальное вяжущее, степень гидратации, активность каустического доломита.

Предложена экспресс-методика оценки степени гидратации и активности каустического доломита, предназначенного в качестве магнезиального вяжущего для производства различных строительных изделий (на основе цемента Сореля). Сущность метода заключается в гидратации каустического доломита при кипячении в течение продолжительного времени и измерении массы продуктов гидратации. Все дальнейшие необходимые расчеты выполняются в EXCEL в виде двух стандартных таблиц (материальный баланс гидратации каустического доломита и состав продуктов). В промышленных условиях предлагаемая методика позволит осуществить непрерывный контроль активности каустического доломита и при необходимости регулировать значения данной величины в требуемом диапазоне путем корректировки условий обжига доломита.

Keywords: dolomite, thermal decomposition, caustic dolomite, dolomitic limestone, the degree of roasting, magnesia binder, the degree of hydration, activity caustic dolomite.

Proposed a rapid method of estimating the degree of hydration and activity of caustic dolomite, magnesite intended as a binder for the production of various construction products (cement-based Sorel). The essence of the method is to be hydrated caustic dolomite by boiling for a long time and mass measurement of hydration products. All further necessary calculations are performed in EXCEL as two standard tables (material balance hydration caustic dolomite and composition of the products). In industrial environments the proposed method will allow for the continuous monitoring of the activity of caustic dolomite and if necessary, adjust the value of this value in the desired range by adjusting the firing conditions dolomite.

Введение

Магнезиальные вяжущие используются для получения различных строительных материалов. Среди них в последнее время особое внимание уделяется производству стекломагнезитового листа (СМЛ), который составляет достойную конкуренцию гипсокартону и другим листовым облицовочным материалам (ДВП, ДСП и др.) [(1,2)].

Практически единственным магнезиальным вяжущим является весьма дорогой и дефицитный каустический магнезит (ПМК-75), представляющий собой отход производства огнеупоров ООО «Магнезит» (г.Сатка) [3].

Проблема дефицита магнезиального сырья может быть решена путем замены магнезита на другие виды магнийсодержащего сырья - брусит, доло-митизированный магнезит или доломит [4, 5]. При этом следует подчеркнуть, что в отличие от магнезита и брусита, месторождения доломита имеются практически во всех регионах страны. Путем его неполного обжига получают каустический доломит (КД) с содержанием 20-25% свободного MgO: МдСО3СаСО3 = [ MgO + СаСО3 ] + СО2.

Однако при этом возникают некоторые проблемы, основной из них является возможность одновременного образования свободного СаО, наличие которого даже в небольших количествах приводит к резкому уменьшению прочности, растрескиванию и даже разрушению СМЛ (ГОСТ 1216-87 регламентирует содержание СаО не более 4,5 %). С целью предотвращения образования свободного СаО можно уменьшить температуру и продолжительность обжига доломита, однако при этом остается значительная часть неразложившегося MgCO3.

Другая, не менее важная проблема растрескивания и разрушения изделий, связана с содержанием в продуктах обжига активного МдО.

Таким образом, в производстве магнезиальных вяжущих при замене дефицитного магнезита на дешевый доломит целевой продукт должен представлять собой активный каустический доломит с заданными параметрами, основными из которых являются:

- максимальное содержание свободного MgO;

- максимальное содержание активного MgO (т.е. минимальное количество пережога);

- минимальное содержание остаточного MgCO3;

- минимальное содержание свободного СаО.

Вопросы получения каустического доломита с максимальным содержанием свободного MgO, при заданном содержании некоторого допустимого количества остаточного MgCO3, были рассмотрены нами в работе [2]. При этом отмечалось, что с целью предотвращения образования свободного СаО обжиг следует проводить при температуре ниже температуры начала разложения CaCO3 (определяемой по термогравиграмме исходного доломита). Однако в указанной работе была оценена только степень полуобжига доломита, вопросы определения активности MgO в продуктах обжига при этом не рассматривались.

Обзор литературы показывает, что в работах, посвященных технологии магнезиальных вяжущих, в большинстве случаев происходит смешение основных понятий, как «свободный MgO», «активность MgO», «степень гидратации MgO» и др. При этом в некоторых случаях «активным» называют также высокодисперсный MgO с большой удельной поверхностью.

По мнению большинства исследователей под термином «активность MgO» следует понимать долю MgO от общего его количества, которая способна к химическому взаимодействию с водой. Однако некоторые существующие стандарты и методики рекомендуют оценивать активность MgO (или смеси MgO+CaO) по степени взаимодействия оксидов с другими веществами. В соответствии с ГОСТ 22688, например, в магнезиальной и доломитовой извести активность СаО оценивают по его взаимодействию с раствором сахарозы, а активность MgO

- раствором трилона Б [6]. Следует подчеркнуть, что известь при этом предварительно растворяют соляной кислотой, следовательно, в раствор переходит не только «свободный» MgO, но и некоторое количество неразложившегося MgСO3.

Другим наиболее часто используемым экспресс-методом оценки активности MgO является определение так называемого «лимонного числа» [7], который также не дает объективной оценки качества магнезиальных вяжущих.

В стандартах на каустический магнезит [3] регламентировано содержание лишь общего количества MgOoщ, что явно недостаточно при использовании его в качестве магнезиального вяжущего. Технические условия на магнезиальные вяжущие, разработанные Л.Я. Крамар с сотрудниками [8], предусматривают определение не только общего содержания MgOoH4 (н.м. 75 %), но и количество пережога (не более 5%), однако при этом методика определения MgOHEAKT не приводится.

С учетом вышесказанного, целью данной работы является разработка методики определения активности MgO в магнезиальном вяжущем, полученном обжигом доломита и предназначенном для производства различных строительных изделий (СМЛ, магнезиальные плитки и т.д.).

Экспериментальная часть

В работе использовали доломит Киндерско-го - ДКинд (Татарстан) и Каменищинского - ДКам (Нижегородская обл.) месторождений.

Термогравиметрический анализ доломита проводили на дериватографе Q-1500D (m = 100 мг, q = 100С/мин).

Магнезиальное вяжущее заданного состава получали путем обжига доломита при температуре, соответствующей температуре максимальной скорости разложения MgСO3 доломита (по данным ДТА).

Продукты обжига охлаждали, помещали в герметичную посуду, далее подвергали гидратации (1000С, 2 час) для оценки степени гидратации и активности MgO.

Условный оксидный состав исходного доломита, каустического доломита, а также потери при прокаливании продуктов гидратации определяли стандартными методами по ГОСТ 1216-87 [3].

Реальный оксидно-солевой состав продуктов обжига (КД) рассчитывали исходя из убыли массы доломита по разработанной нами методике и подробно описанной в работе [2].

Состав продуктов гидратации (ГКД) определяли расчетным путем в виде таблиц материаль-

ного баланса (в EXCEL) по увеличению массы в процессе гидратации.

Степень гидратации и активность каустического доломита определяли по методике, разработанной нами. При этом в зависимости от вида продукта обжига использовали следующие обозначения указанных величин:

- СГ(КД) - степень гидратации MgO каустического доломита;

- А(КД) - активность MgO каустического доломита.

Обсуждение результатов

Как уже отмечалось, ГОСТ 1216-87 регламентирует определение потерь при прокаливании продуктов гидратации (ПППГКм) лишь некоторых марок каустического магнезита (ПМК-90, ПМК-87, ПМКМк-80, ПМКМк-75), предназначенных для специальных целей.

С учетом того, что при прокаливании продуктов гидратации убыль массы происходит за счет удаления воды Mg(OH)2, данная величина (ПППГКМ) в некоторой степени может быть использована в качестве критерия активности оксида магния:

Мд(ОН)2 = MgO + Н2О; ППП(Н20) = 31%.

Следует подчеркнуть, что при гидратации каустического магнезита с водой в реакцию вступает лишь активная часть оксида магния (MgOAKT), а общее содержание MgO0^ представляет собой сумму различных видов MgO:

MgOoБщ = MgOcвяз + MgOcвoБ■

Причем часть MgOCB^ при этом может быть инертной (неактивной по отношению к воде):

MgOcвoБ = MgOAKT + MgOHEAKT-

Как уже отмечалось, активность магнезиальных вяжущих зависит, в первую очередь, от степени обжига магнийсодержащего сырья и содержания в нем MgOCB0^ В дальнейшем она определяется способностью MgOCB№ взаимодействовать с водой или, например, в производстве СМЛ - с растворами солей магния. Однако при этом с водой взаимодействует и СаО, если в процессе обжига произошло разложение некоторой части CaCO3 доломита (на верхних слоях кусков).

Исходя из вышесказанного, можно предложить следующие определения величин, предназначенных для оценки качества магнезиальных вяжущих (каустического магнезита и каустического доломита):

- степень гидратации MgO [CT(MgO)] - это количество MgO (от общего его количества - MgO0^ ), которое взаимодействует с водой или другими веществами (например, растворами солей) при различных условиях (температуре и времени).

- активность MgO - A(MgO) - это максимальное количество MgO (от общего его количества -MgOoБщ), которое способно к химическому взаимодействию с водой при кипячении в течение продолжительного времени.

Активность следует рассматривать как максимальную степень гидратации в воде (практически достаточно кипячения в течение 2-3 час).

При оценке активности каустического магнезита можно предложить следующую упрощенную формулу (с учетом того, что теоретическая потеря массы основного продукта гидратации -Мд(ОН)2 составляет 31 %):

А(МдО)км = (ППП(гкм) / 31) -100, %;

(ППП(ГКМ) - потери при прокаливании гидратированного каустического магнезита).

Так, например, если для ПМКМк-85 и ПМКМк-75 величина ППП(ГКМ) регламентирована в пределах 25% и 22%, то их активность равна:

А(МдО)кпмкмк-85 = (25/31)-100 = 81%;

А(МдО)кпмкмк-75 = (22/31)-100 = 71%.

Однако предлагаемая формула не учитывает реального содержания МдОСВОБ и неразложившего -ся МдСО3 в магнезиальных вяжущих. При прокаливании продуктов гидратации при 900-1000°С убыль массы происходит также за счет удаления СО2 не-разложившегося МдСО3 (допустимое содержание которого в ПМК-75 равно 30 %):

МдСО3 = МдО + СО2; ППП(С02) = 52,4 % .

Расчеты показывают, что при учете наличия примесей в указанных выше марках магнезитовых порошков степень гидратации свободного МдОСВОБ достигает и 95-100 %.

Таким образом, оценка качества каустических магнезитовых порошков по величине потерь при прокаливании продуктов гидратации (ПППГКМ) является неполной и не дает представления о составе продуктов гидратации и активности МдО.

При оценке качества магнезиальных вяжущих, полученных полуобжигом доломита, задача усложняется из-за наличия большого количества СаСО3 и возможностью образования свободного СаО.

При взаимодействии каустического доломита с водой в реакцию вступает также лишь активная часть оксида магния (МдОАКТ), а свободный ОаОсВОБ взаимодействует полностью:

140г (88,6%) 18г (11,4%) 158г (100%)

[МдОакт + ОаСО3] + H2O = [Мд(ОН)2+ ОаСО3];

75,7% 24,3% 100%

ОаОсвоб + Н2О = Са(ОН)2 .

Следовательно, для оценки активности каустического доломита следует учитывать суммарную потерю массы продуктов гидратации, связанную с разложением Мд(ОН)2 и ОаСО3:

100% 25,3% 35,4% 11,4% 27,8%

[Мд(ОН)2+ ОаСО3] = МдО + ОаО + Н2О + ОО2;

ППП(Н20+С02) = 39,2%.

Тогда упрощенную формулу активности каустического доломита можно было бы представить в следующем виде:

А(МдО)кд = (ППП(гкд) / 39,2) -100, %;

(ППП(ГКД) - потери при прокаливании гидратированного каустического доломита).

Однако эта формула также не учитывает реального содержания МдО и различных примесей, следовательно, может быть использована лишь для

предварительной ориентировочной оценки качества каустического доломита.

При получении КД, учитывая примерно одинаковые температуры разложения магнезита и МдСО3 доломита, вероятно, следует ожидать достаточно высокую активность МдО [А(МдО)кд]. В случае доломитовой извести активность А(МдО)дИ, возможна, будет несколько ниже, что связано с более высокой температурой ее получения, следовательно, велика вероятность наличия некоторого количество пережога (МдОНЕАКТ) в ее составе.

Таким образом можно констатировать, что используемая в промышленных условиях методика оценки качества магнезиальных вяжущих (каустического магнезита) требует значительного времени (анализы продуктов обжига, их гидратация, определение ППП продуктов гидратации с последующим пересчетом и т.д.), при этом дает информацию лишь об условно-оксидном составе продуктов и косвенную характеристику активности МдО [А(МдО)КМ] по величине потерь при прокаливании продуктов гидратации.

Разработанная нами методика определения степени гидратации и активности каустического доломита (а также расчета состава образовавшегося ГКД) представлена ниже на примере гидратации различных продуктов обжига Киндерского доломита (табл. 1).

Таблица 1 - Состав Киндерского доломита и продуктов его обжига ( 1=2 см)

Услов- ное обозна- чение Условия обжига vO СО О О та 2 * ю О О vO со О О го О * ю О О Состав, %

Т,0С т, мин со о о ст СО о о <я о О ст О <я О прочие

Дкиид - - - - 43,45 54,24 0 0 2,31

1. КД-1 700 30 50 - 24,51 61,21 11,67 0 2,6

2. КД-2 700 90 70 - 15,5 64,52 17,23 0 2,75

3. КД-3 800 30 80 - 10,62 66,32 20,24 0 2,82

4. ДИ-1 800 90 100 40 0 48,07 30,56 18,0 3,41

5. КД-4 750 60 100 0 0 70,1 26,6 0 3,26

6. ДИ-2 765 66 100 15 0 62,59 28,09 6,19 3,13

7. ДИ-3 780 72 100 27 0 55,93 29,22 11,59 3,26

При этом были приняты следующие допущения:

- выбранные условия гидратации каустического доломита (1=1000С и т = 120 мин по ГОСТ 1216) достаточны для полной гидратация активной части свободного МдОсвоб(КД):

СГМдОсвоб(КД) ~ 100%;

- в доломитовой извести при аналогичных условиях полностью гидратируется лишь СаОСвоб(ДИ), а гидратация свободного МдОСвоб(ДИ) может быть неполной (из-за возможного наличия пережога):

СГСаОсвоб(ДИ) = 100%; СГМдОсвоб(ДИ) <100%.

Необходимо отметить, что указанные выше условия гидратации с целью определения активности МдО (1=1000С, т = 120 мин) регламентированы

для магнезитовых порошков. Вполне возможно, что при определении активности других видов магнезиальных вяжущих (обожженный брусит, каустический доломит и др.) оптимальное время гидратации может быть несколько иным. Следовательно, результаты, полученные при других условиях гидратации (Т > 1000С или Т < 1000С) необходимо рассматривать как степень гидратации МдО.

При проведении расчетов были приняты следующие условные буквенные обозначения:

Х - процентный состав КД (МдОСВОБ - Х1;

МдСО3 - Х2; СаСО3 - Х3; прочие примеси - Х4);

V - масса компонентов продуктов гидратации, г;

Z - процентный состав компонентов от общей массы целевого продукта (при шГКд = 100 %).

При этом искомые величины рассчитываются методом постепенных приближений, задаваясь ориентировочной степенью гидратации.

Проверка правильности расчетов осуществляется сопоставлением расчетной величины ПППГКД(расч) с экспериментальной ПППГКД(эксп), т.е должно выполняться условие:

ПППГКД(эксп) ~ ПППпКД(расч) !

Пример 1. Расчет активности МдО в каустическом доломите (при заданной СГ(КД)(3адаН) = 90%)

Условия обжига доломита (образец КД-2): 1=7000С; т = 90 мин; 1 = 2 см (степень обжига

Собж(МдСО3) = 70%);

Дано:

1) Условно-оксидный состав КД-2 (7000С; 90 мин): МдО -17,23% (Х1); МдСО3 - 15,5% (Х2);

СаСО3 - 64,52% (Х3); примеси(КД) - 2,75% (Х4);

2) Условия гидратации: 1 = 1000С; т = 120 мин;

3) Масса продуктов гидратации: тГКД(ЭКСП) = 107 г (при исходной массе КД тКД =100 г);

4) ППП продуктов гидратации ПППГКД(ЭКСП)= 40,60%.

5) Задаваемая величина степени гидратации СГ(КД)(3адаН)=90 % (в интервале 0-100% - в зависимости от степени обжига КД).

Найти:

A) реальный состав продуктов гидратации ГКД-2;

Б) расчетную степень гидратации - СГ(КД)(расЧ), %;

B) активность КД - А(КД), %.

Решение:

А) Реальный состав продуктов гидратации

Расчет реального состава продуктов гидратации каустического доломита подразумевает определение основных веществ: Мд(ОН)2, остаток

МдОнЕАКт , МдСО3 и СаСО3.

1) Рассчитывают количество МдОАКТ (часть МдОСВОБ, взаимодействовавшего с водой) при заданной степени гидратации - 90%):

VI = Х1СГ(КД)(задан) / 100 = 17,23-90/100 = 15,51 г.

2) Следовательно, содержание МдОНЕАКТ равно:

У2 = Х1 - У1 = 17,23 - 15,51 = 1,72 г.

3) Рассчитывают количество Н2О, связанного с Мд°АКт:

40 г (69%) 18 г (31 %) 58 г (100 %)

Мд°Акт + Н2О = Мд(01Н)2 (кд)

У1 У3 У4

У3 = У118/40 = 15,51 18 /40 = 6,98 г.

4) Аналогично рассчитывают массу образующегося Мд(ОН)2(кд):

У4 = У158/40 = 15,51 58 /40 = 22,49 г или У4 = У1+ У3 = 15,51 + 6,98 = 22,49 г.

5) Следовательно, масса продукта гидратации равна:

тгкд(расч) = У2 +У4 + Х2 + Х3 + Х4 =

= 1,72 +22,49+15,51+64,52+2,75 = 106,98 г или тгкд(расЧ) = ткд + У3 = 100 + 6,98 = 106,98 г.

6) Доля Мд°НЕАКТ в составе ГКД равна:

21 = У2100 / тГКД = 1,72-100/ 106,98 = 1,61%.

7) Доля Мд(ОН)2(кд) в составе ГКД:

22 = У4100 / тГКД = 22,49-100/ 106,98 = 21,02 %.

8) Доля МдСО3 в составе ГКД:

23 = Х2100 / тГКД = 15,5 100/ 106,98 = 14,49 %.

9) Доля СаСО3 в составе ГКД:

24 = Х3 100 / тГКД = 64,5 100/ 106,98 = 60,31 %.

10) Доля примесей в составе ГКД:

25 = Х4 100/ тГКД = 2,75-100/ 106,98 = 2,57 %.

Б) Условно-оксидный состав продуктов гидратации

Процентное содержание условных оксидов рассчитывают аналогичным образом.

11) Доля Мд°АКТ в составе ГКД:

22(1) = У1-100 / тГКД = 15,51-100/ 106,98 = 14,5 %.

12) Доля Н2ОМдО(акт) в составе ГКД:

22(2) = У3-100/ тГКД = 6,98-100/ 106,98 = 6,52 %. Проверка: 22 = 22(1) + 22(2) = 14,5 + 6,52 = 21,02 %.

13) Доля Мд°(СО2) в составе ГКД:

23(1) = Х2(1)100 / тГКД = 7,38-100/ 106,98 = 6,90%.

14) Доля СО2( МдО) в составе ГКД:

23(2) = Х2(2)100 / тГКД = 8,12-100/ 106,98 = 7,59 %. Проверка: 23 = 23(1) + 23(2) = 6,9 + 7,59 = 14,49 %.

15) Доля Са°(СО2) в составе ГКД:

24(1) = Х3(1)-100 / тГКД = 36,16-100/ 106,98 = 33,8 %.

16) Доля СО2(СаО) в составе ГКД:

24(2) = Х3(2)-100/ тГКД = 28,36-100/106,98 = 26,51 %. Проверка: 24 = 24(1) + 24(2) = 33,8 +26,51 = 60,31 %. В) Расчетная степень гидратации КД

Расчет степени гидратации каустического доломита подразумевает определение соотношения:

Мд(ОН)2 (КД) / Мд(ОН)2(СВОБ) при условии

МдОАКТ = МдОСВОБ (т.е. при отсутствии пережога):

17) Максимально возможная масса Мд(ОН)2(СВОБ) (при условии МдОАКТ = МдОСВОБ):

Мд(ОН)2(СВОБ) = Х158/40 = 17,23 -58/40 = 25 г.

18) Следовательно, степень гидратации КД равна

СГ(КД)(расч) = У4 / Мд(ОН)2(СВОБ) = 22,49/ 25 = 90 %. Г) Активность каустического доломита Расчет активности каустического доломита подразумевает определение соотношения:

Мд(ОН)2 (КД) / Мд(ОН)2(ОБЩ) при условии МдОАКТ = МдООБщ (т.е. при отсутствии недожога и пережога):

19) Суммарное содержание МдООБщ:

МдООБЩ = Х1+ Х2(1) = 17,23 + 7,38 = 24,61 г.

20) Максимально возможная масса Мд(ОН)2(ОБЩ) (при условии МдОАКТ = МдООБщ ):

Мд(ОН)2(Ощ)= МдООБЩ58/40 = 24,61-58/40= 35,68г

21) Следовательно, активность КД равна:

А(КД) = У4 /Мд(ОН)2(ОБЩ) = 22,49 / 35,68 = 63 %.

Д) Проверка расчетов

Сущность проверки правильности расчетов заключается в сопоставлении расчетных величин с экспериментальными (или заданными):

ПППГКД(расч) ^ ПППГКД(эксп);

СГ(КД)(расч) ^ СГ(КД)(задан)-

22) Расчетная масса потерь при прокаливании гидратированного каустического доломита ПППгед(расч) составляет:

ПППГКд(расч)=22(2)+23(2)+24(2)=6,52+7,59+26,51=40,62%

следовательно, выполняются условия:

ПППпКД(расч) = ПППпКД(эксп)

40,62 % и 40,60 %;

СГ(КД)(расч) ^ СГ(КД)(задан)

90 % = 90 %.

Пример 2. Расчет активности МдО в каустическом доломите (при СГ(КД)(задан) - 100%)

Условия задачи аналогичны примеру 1, за исключением предполагаемой величины степени гидратации - СГ(КД)(задан) = 100 %.

Все расчеты проводятся аналогично примеру 1.

Расчетная масса потерь при прокаливании гидратированного каустического доломита в данном случае составляет:

ПППпКД(расч)=22(2)+23(2)+24(2) =7,2+7,53+26,32=41,05% т.е. основное условие не выполняется:

ПППГКД(расч) Ф ПППГКД(эксп)

41,05 % Ф 40,60 %.

Как видно, методика расчета степени гидратации и реального состава всего лишь одного продукта гидратации КД (полученного при определенной температуре и продолжительности) занимает много времени, достаточно сложна и при этом не гарантирует точности (при отсутствии баланса сырья и продуктов необходимо делать перерасчет).

Все вышеуказанные сложности расчетов можно избежать, если производить их в таблицах ЕХСЕЬ (на основе химического состава каустического доломита) в виде материальных балансов.

При этом в качестве основных следует выбрать следующие параметры:

- исходный состав доломита (Х1 - МдО; Х2 -МдСО3; Х3 - СаСО3; Х4 - примеси);

- входные параметры: температура и время гидратации;

- выходной параметр: масса продуктов гидратации (У);

- критерий оптимизации: степень гидратации МдО каустического доломита СГ(КД) и активность А(КД).

При этом оптимальными можно считать такие параметры получения магнезиальных вяжущих, которые обеспечивают максимальные значения выбранных критериев.

Следует еще раз подчеркнуть, что основным показателем качества магнезиальных вяжущих является не столько степень гидратации свободного МдОСВОБ, а величина активности, учитывающий наличие недожога - МдО(СО2).

Предлагаемый вариант методики расчета состава продуктов гидратации магнезиальных вяжущих (образец КД-2 получен обжигом Киндерско-го доломита при 7000С, 90 мин) и активности представлен ниже (табл. 2-5).

При этом в табл. 2 приводятся следующие обязательные исходные данные:

- масса сырья (каустического доломита);

- состав КД (МдО - Х1, МдСО3 - Х2, СаСО3 - Х3, примеси - Х4);

- масса продуктов гидратации тГКД(ЭКСП) (в ячейке № I 8).

Таблица 2 - Исходные данные для расчетов

1А В |С|Б|Е|Е |0 |Н| I \]

2 Гидратация каустического доломита (КД-2)

3 Дано: Масса КД-2, г 100

4 Состав, г (%): | МдО 17,23 Х1

5 МдСО3 15,5 Х2

6 СаСО3 64,52 Х3

7 примеси 2,75 Х4

8 Масса продуктов гидратации, г 107 тГКД(эксп)

9 Найти:

10 А(КД) = ?

11 Решение:

12 Подбор СГ(КД) 90 (0-100%)

13 (при шГка (эксп) = шгкптасч): табл. 4, ячейка 122)

14 40 г 18 г 58 г

15 МдО + Н2О = Мд(ОН)2

16 56,01 г 18 г 74,01 г

17 СаО + Н2О = Са(ОН)2

Таблица 3 - Материальный баланс (приход)

18 B C D E F G

19 ПРИХОД Обозначение

20 Наиме- нование Масса, кг %

21 сырье вещес- тво при- меси

22 1. Доломит 100 93,5

23 в т.ч. МдОсвоБ 17,23 16,1

24 в т.ч. МдСО3 15,5 14,5

25 в т.ч. СаСО3 64,5 60,3

26 в т.ч. примеси 2,75 2,6

27

28 в т.ч. МдОдкт 15,51 Y1

29 в т.ч. МдОнЕДКТ 1,72 Y2

30

31 2. Н2ОМдО(акт) 6,98 6,98 6,5 Y3

32

33

34 Сумма, кг 106,98 104,2 2,75

35 Сумма, % 100

Таблица 4 - Материальный баланс (расход)

18 H 1 I 1J K L M

19 РАСХОД Обозначение % обозначение

20 Наиме- нование Масса, кг

21 продукты компо- ненты

22 1. КД 106,98

23 в т.ч. МдОнЕдкт 1,72 Y2 1,61 Z1

24 в т.ч. Мд(ОН)2(кд) 22,49 Y4 21,02 Z2

25 в т.ч. МдСОз(кд) 15,5 X2 14,49 Z3

26 в т.ч. СаСОз(кд) 64,5 X3 60,31 Z4

27 в т.ч. примеси(кд) 2,75 X4 2,57 Z5

28 в т.ч. МдОдкт 15,51 Y1 14,5 Z2(1)

29 в Т.'Ч. Н2ОМдО(акт) 6,98 Y3 6,52 Z2(2)

30 в т.ч. МдО(со2) 7,38 Х2(1) 6,9 Z3(1)

31 в Т.ч.С°2(МдО) 8,12 Х2(2) 7,59 Z3(2)

32 в т.ч.СаО(со2) 36,16 Х3,1) 33,8 Z4(1)

33 в т.ч. СО2(СаО) 28,36 Х3(2) 26,51 Z4(2)

34 Сумма, кг 106,98 106,98

35 Сумма, % 100

Сущность всех расчетов (активности и состава продуктов гидратации) в таблице EXCEL заключается в подборе величины СГ(КД) в интервале 0-100 % (табл. 2, ячейка № I 12) таким образом, чтобы удовлетворялось условие:

тКД(эксп) ~ тКД(расч)-

В рассматриваемом примере это достигается путем постановки в ячейку № I 12 числа 90:

тКД(эксп) ~ тКД(расч)

107 г s 106,98 г

(табл. 2, ячейка № I 8) (табл. 4, ячейка № I 22).

Расчеты достаточно проводит в двух основных таблицах EXCEL:

- материальный баланс получения ГКД (из 100 кг сырья) - [табл. №3 (приход) и табл. №4 (расход)];

- расчетный состав продуктов гидратации (табл. №5).

Реальный (оксидно-солевой) состав продуктов гидратации каустического доломита (образцы КД-1, КД-2, КД-3 и КД-5) представлен в табл. 5.

В вариантах опытов № 4, 6 и 7 продукты гидратации содержат значительное количество Са(ОН)2 и, следовательно, использование их для производства магнезиальных изделий (СМЛ) нецелесообразно.

При необходимости расчет активности доломитовой извести А(ДИ) может быть осуществлен по аналогичной методике.

Как видно из таблицы 5, наиболее оптимальным является состав каустического доломита КД-5, в котором отсутствуют неразложившийся MgCO3 и свободный СаО.

Расчетная масса потерь при прокаливании гидратированного продукта практически совпадает с экспериментальной:

ПППгКД(эксп) = ПППгКД(расч)

38,3 г » 38,2 г; следовательно: СГ(КД) = А(КД) = 100 %.

Таблица 5 - Состав продуктов гидратации

Обозна- чение Состав ГКД, % [=£ != « 1 о к m СГ(кД),% ш <

кт а Ш X О д 2 )Н О ст СО О О д СО О О <я О прочие

ДКинд - - 43,45 54,24 2,31 46,6

1.КД-1 0 16,08 23,29 58,16 43,8 (42,7) 100 50

2. КД-2 1,61 21,02 14,49 60,31 40,6 (40,6) 90 63

3. КД-3 2,82 23,15 9,86 61,55 38,0 (39,4) 85 68

4. ДИ-1 33 (33) - -

5. КД-4 0 34,47 0 62,62 38,3 (38,2) 100 100

6. ДИ-2 35,8 (35,8) - -

7. ДИ-3 35,0 (35,0) - -

Выводы

Таким образом, на основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы:

- предложена экспресс-методика оценки степени гидратации и активности каустического доломита, предназначенного в качестве магнезиального вяжущего для производства различных строительных изделий (на основе цемента Сореля);

- установлена корреляционная зависимость степени обжига исходного каустического доломита со степенью его гидратации (следовательно, активностью);

- предложенная методика позволяет контролировать активность КД по величине одной лишь массы продуктов его гидратации; при этом одновременно осуществляется расчет химического состава продуктов гидратации (в таблице EXCEL).

Литература

1. А.А.Панина, А.М.Губайдуллина, А.В. Корнилов, Вестник Казан. технол. ун-та, 14, 17, 41-45 (2011).

2. Р. Х. Хузиахметов, Вестник Казан. технол. ун-та, 16, 7, 32-36 (2013).

3. ГОСТ 1216-87. Порошки магнезитовые каустические. -М.: Стройиздат, 1995. - 12 с.

4.Л.Я. Крамар. Дисс. докт. техн. наук, Южно-Урал. гос. ун-т, Челябинск, 2007. 342 с.

5. А.М. Душевина. Дисс. канд. техн. наук, Алтайский гос. техн ун-т, Барнаул, 2005. 156 с.

6. ГОСТ 22688-77. Известь строительная. Методы испытаний. - М.: Стройиздат, 1995. - 22 с.

7. Методика определения активности MgO по лимонному числу. - М.: Стройиздат, 1995. - 12 с.

8. ТУ 5745-004-70828456-2005. Магнезиальное вяжущее. Челябинск, 2005.

© Р. Х. Хузиахметов - канд. хим. наук, доц. каф. технологии неорганических веществ и материалов КНИТУ,

[email protected].