CC BY
54ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ТРЕПЕЛА ПРИ ЕГО ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
Мордасов М.Д. студент, Никитин А.В. студент, Полушкин Д.Л.
Тамбовский государственный технический университет, Тамбов,
makaveli. mordasov@yandex. ru
DOI: 10.24411/9999-004A-2019-10047
Трепел представляет собой опаловую породу осадочного происхождения, имеющую рыхлую структуру, представленную некрупными опаловыми глобулами, а также примесями глины, кварца и полевого шпата. Основное количество кремнезема, входящего в состав трепела представлено аморфным диоксидом кремния с фрагментами кристаллической структуры кварца.
Композиционные материалы, полученные с использованием аморфного кремнезема, имеют повышенные физико-механические, теплоизоляционные и сорбционные свойства. Основным достоинством трепела при его применении в составе цементных систем, является способность связывать гидроксид кальция, образующийся при гидратации портландцементных минералов в присутствии воды при обычной температуре, и предотвращать тем самым выщелачивание Ca(OH)2 [1].
При нормальных условиях поровое пространство трепела заполнено влагой и его эффективность невысока. Влагу можно удалить путем термической обработки, способствующей увеличению удельной поверхности и существенному повышению адсорбционной способности частиц. Знание процессов, происходящих при термической обработке трепела, необходимо для решения практических задач, например, связанных с его подготовкой для введения полимерные матрицы при создании полимер-минеральных композиционных материалов [2, 3].
При термическом воздействии на частицы трепела происходит их дегидратация и дегидроксилация, что приводит к структурным изменениям [4]. При проведении исследований использовался предварительно подготовленный трепел Краснослободского месторождения Тамбовской области. Подготовка включала в себя сушку породы при 200оС в течение 2 часов, измельчение на щековой дробилке ЩД6 и помол на вибрационной конусной мельнице-дробилке ВКМД6.
На рис. 1 представлена диаграмма изменения массы навески m (рис. 1, а) и потери массы Am (рис. 1, б) при нагреве образца в диапазоне температур 200 ^ 1000ОС. Выдержка навески трепела в печи при температурах 500, 600, 700, 800, 900 и 1000ОС составляла 60 минут, взвешивание образца осуществлялось через 10 минут после его извлечения из печи.
В результате анализа полученных термограмм с учетом особенностей структуры аморфного кремнезема установлены особенности изменения массы образца при его термической обработке.
Согласно исследованиям [1, 5] при нагревании кремнистых пород до 350°С происходит удаление адсорбционной воды на 80%, при этом структурных изменений не происходит, поэтому наибольшая потеря массы (рис. 1, б) приходится на диапазон температур прокаливания до 500°С. На участке 2 изменение массы образца идет за счет выгорания органических веществ.
30 29
1-Н 28
27 —
26 —
25 — 200
2,0-1— 1,8 — 1.6 — 1.4- — 1.2 —
I—
вгг» -г
0,8 — 0.6 — 0.4 — 0.2 — и
200 400 600 300 1000
О)
Рис. 1. Изменение массы навески т (а) и потери массы Ат (б)
при нагреве образца.
Система SiО2 является однокомпонентной со сложными полиморфными превращениями. Согласно диаграмме состояния диоксида кремния, построенной К. Феннером, при температуре 573°С протекает полиморфное превращение а-кварца в в-кварц. В высокотемпературной модификации кварца (в-кварц) увеличиваются размеры и количество пустот в упаковке ионов кислорода, что облегчает отщеплению структурно-связанной воды.
140
На участке 3 изменение массы идет с меньшей, чем на предыдущих участках, скоростью, что обусловлено отщеплением диоксида углерода из примесей карбонатов, общее содержание которых достигает 20 %.
Экстремум на графике потери массы при температуре 800°С (рис. 1, б) обусловлен завершением удаления адсорбированной и структурно-связанной воды и началом полиморфного превращения ß-кварца в ß-тридимит, которое заканчивается при 870°С. Участки 5 и 6 потери массы (рис. 1, б) обусловлены удалением конституционной воды, высвободившейся в результате изменения топологии каркаса и разрушения функциональных активных центров в структуре.
Практическая ценность полученных результатов состоит в возможности их дальнейшего использования при разработке технологий термической обработки трепела с целью получения его заданной структуры и функциональных свойств, оптимальных при создании полимерминеральных композиционных материалов строительного назначения.
Список литературы:
1. Рахимов Р.З. Термически обработанный трепел как активная минеральная добавка в цемент / Р.З. Рахимов, З.А. Камалова, Е.Ю. Ермилова, О.В. Стоянов // Вестник Казанского технологического университета. 2014. № 13. - С. 99 - 101.
2. Мордасов Д.М. Исследование структуры полимерного композиционного материала на основе смолы ЭД-20 и нанодисперсии сополимера стирола и акриловой кислоты / Д.М. Мордасов, П.В. Макеев, Д.Л. Полушкин, М.Д. Мордасов // Вестник Тамбовского государственного технического университета. 2019. Т. 25. № 1. - С. 136-141.
3. Мордасов М.Д. Исследование структуры полимерного композиционного материала / М.Д. Мордасов, Д.М. Мордасов // Сб. материалов 71-й Всерос. науч.-техн. конф. студ., магистрантов и аспирантов высших учебных заведений с междунар. участием, 18 апреля, 2018 г., Ярославль. - Ярославль, 2018. -Ч. 2. -С. 464 - 466.
4. Ивашко В.С. Влияние термической обработки модификаторов на характеристики композиционных материалов для защитных покрытий / В.С. Ивашко, А.С. Воронцов // Наука и техника, № 6, 2012. - С. 24-29.
5. Филиппович Е.Н. Выбор оптимальных условий термической обработки диатомита Инзенского месторождения Ульяновской области для синтеза кристаллических силикатов натрия / Е.Н. Филиппович, А.И. Хацринов, А.В. Скворцов, А.З. Сулейманова // Вестник Казанского технологического университета. 2010. № 5. - C. 83 - 86.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ и администрации Тамбовской области в рамках научного проекта № 19-43-680003.
