CC BY
1УДК 551.521.3,551.583
ОСОБЕННОСТИ ВОЛЛАСТОНИТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ЯЧЕИСТОГО
БЕТОНА
КОПЖАСАРОВ АЗАТ БАХАДЫРОВИЧ
Магистрант кафедры СМиЭС, Южно-Казахстанский университет им.М.Ауэзова,
Шымкент, Казахстан
КАЛШАБЕКОВА ЭЛЬМИРА НУРЛЫБАЕВНА
Доцент кафедры СМиЭС, Южно-Казахстанский университет им.М.Ауэзова, Шымкент,
Казахстан
КУТТЫБАЙ МУСА ТАЛГАТОВИЧ
Докторант кафедры СМиЭС, Южно-Казахстанский университет им.М.Ауэзова,
Шымкент, Казахстан
КОПЖАСАРОВА ГУЛЬЖАН ТУГЕЛЬБАЕВНА
Старший преподаватель кафедры СМиЭС, Южно-Казахстанский университет им.М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан
КУДАБАЕВ РУСЛАН БАХТИЯРОВИЧ
РЬё, старший преподаватель кафедры СМиЭС, Южно-Казахстанский университет им.М.Ауэзова, Шымкент, Казахстан
Аннотация: В данной статье приведены структурные особенности и технические свойства волластонита, различия в строении и примесях при наличии волластонитов различных месторождений. Так как состав волластонита может варьироваться в достаточно широких пределах. Волластонит - нетрадиционный природный минерал, способный частично или полностью заменить асбест, слюду, тальк и стекловолокна в ряде отраслей промышленности. За последние 20-30 лет на мировом рынке сырья наблюдается рост потребления волластонита. По своим минералогическим характеристикам, химическому и физическому составу природный волластонит является нетрадиционным сырьем для некоторых областей промышленности и строительства. Добавки волластонита позволяют получить традиционные материалы нового качества, создать новые технологии, снизить затраты на производство керамики, сухих строительных смесей, модифицированного бетона, пластмасс, красок, бумаги, фарфора и резины. Основная область применения волластонита - керамическая промышленность. Зарубежный опыт использования волластонита в различных сферах показывает, что этот материал весьма нетрадиционен для ряда отраслей промышленности. Некоторый опыт использования этого материала также имеется в Казахстане и странах СНГ.
Ключевые слова: волластонит, магматический расплав, цепочечный силикат, модифицированный бетон, теплоизоляция, звукопоглащение, химическое вспучивание, газообразующие добавки, шлак, пористость.
Волластонит и параволластонит не являются единственными политипными разновидностями низкотемпературного монокальциевого волластонита.
В своей работе Г.Р. Венк показал, что политипия волластонита лучше всего объясняется дефектами упаковки в плоскостях (100) с вектором смещения в/2.
Волластонит имеет три полиморфные разновидности: волластонит 1 или собственно волластонит, устойчивый при нормальных температуре и давлении, дающий большое число политипов; псевдоволластонит - высокотемпературная форма; волластонит II -
высокогабарическая разность [1]. Волластонит 1 является минералом скарнов - горных пород, сложенных известково-магнезиально-железистыми силикатами и алюмиосиликатами, - и может кристаллизоваться из богатых кальцием магматических расплавов. Псевдоволластонит фиксируется в продуктах угольных пожаров и шлаках. Волластонит II пока известен только в искусственных продуктах. Оптические и физико-механические свойства известных модификаций волластонита описаны А.Н.Винчеллом и Г.А.Винчеллом [2].
Волластонит в - формы (в - СазБ1з09) - единственный среди модификаций волластонита цепочечный силикат. Минерал триклинной сингонии, а=7,88; в=7,27; с+7,03 А, а ~90 град. Может содержать ионы железа и марганца, изоморфно замещающие некоторое количество ионов кальция. Для в - волластонита характерны удлиненные таблитчатые и игольчатые кристаллы. При раскалывании кристаллов образуются зерна игольчатой формы. Игольчатые кристаллы волластонита формируются также в результате свободного роста из расплава при относительно низкой температуре. Природный волластонит, представляющий собой цепочечный моносиликат кальция (в - Са^Ю2), имеет стеклянный до перламутрового блеск, радикально-шестоватую форму агрегатов, совершенную спайность в одном направлении, находится в парагенезисе с известковыми гранатами, кальцитом, магнезитом и другими контактными минералами. Волластониты различных месторождений отличаются как по структуре, так и по наличию в них примесей. Состав волластонита может меняться в довольно широких пределах. Особенно велика возможность замены кальция железом и марганцем. Применяемые содержание волластонита в породе колеблется от 56 до 90%. Содержание сопуствующих минералов колеблется в пределах: кальцита от 7 до 20, кварца - от 3 до 8, пироксена - от 3 до 11%. За последние 20-30 лет на мировом рынке сырьевых материалов наблюдается рост потребления волластонита. В силу своих минералогических особенностей, химического состава и физических свойств (белизна, волокнистость, совершенная спайность, стеклянный блеск, химическая инертность) природный волластонит представляется перспективным сырьем для некоторых областей промышленности и строительства. Практическую ценность волластонита определяют спооособность расщепляться на тончайшие упругие волокна, высокая механическая прочность волокон на разрыв, термостойкость, химическая стойкость, тепло-, звуко- и электроизоляционные свойства, высокая сцепляемость волокон с цементом, смолами и другими органическими и неорганическими связующими.
Волластонит - перспективный природный минерал, которым в ряде отраслей можно частично или полностью заменить астбест, слюду, тальк, стекловолокно. Волластонитовая руда и концентраты нетоксичны, невзрывоопасны, негорючий, не выделяют вредных веществ. Добавки волластонита позволяют получать традиционные материалы нового качества, создавать новые технологии, снижать издержки на производство керамики, сухих строительных смесей, модифицированных бетонов, пластмасс, лакокрасочных материалов, бумаги, фарфора, резины. Малая усадка, хорошая формуемость, высокая механическая прочность привели к широкому применению волластонит содержащих материалов.
Наибольшая часть волластонитовых руд разрабатываемых месторождений используется в керамической промышленности, в производстве глазурей и эмалей. Другим крупным потребителем волластонита является лакокрасочная промышленность. Зарубежный опыт применения волластонита в различных областях показывает, что этот материал является весьма перспективным для ряда отраслей промышленности. Некоторый опыт применения этого материала имеется также в Казахстане и странах СНГ.
Для расширения сферы применения волластонита активизируются работы по его использованию в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента - силикотобетонов, сухих строительных смесей и др. [3]. В каждом конкретном случае необходим рациональный подбор сырьевых компонентов, разработка технологических параметров производства и оптимизация составов для получения материалов с заданными свойствами.
Актуальной и своевременной является разработка с использованием волластонита пористых теплоизоляционных и звукопоглащающих силикотобетонных материалов, соответствующих современным требованиям строителльства и архитектуры, технологичных в изготовлении и применении, с несложным производством, которое можно было бы организовать на базе действующих предприятий. Использование волластонита снижает себестоимость продукции, открывает значительные возможности применения недефицитного сырья, обладающего ценными свойствами. Волластонит как сырье для получения поризованных материалов до сих пор практически не изучен. Немногочисленные литературные источники позволяют прогнозировать получение поризованных материалов, специальных бетонов ячеистой структуры на основе природного волластонита, удешевление себестоимости продукции, снижение энергозатрат.
Способом химического вспучивания с использованием газообразующих добавок на основе волластонитсодержащих пород получен пористый материал средней плотностью от 700 до 950 кг/м3 и пределом прочности на сжатие до 50 кг/см2. Были попытки получения силикатных материалов из шлаков металлургического производства. Эти работы легли в основу получения из шлаков пористой пенокерамики со структурой волластонита. Использовался шлак следующего химического состава, мас. %: SiO2 - 51; АЬОз - 6.47; Бе20з - 0.97; СаО - 30.96; М§0 - 8.71; №20 - 0.41; К2О - 0.4.
Отсутствие научно-обоснованных представлений о природе порообразования в волластонитовых композициях при обработке их кислотами и критериев оценки интенсивности этого процесса не позволяет без специальных исследований рекомендовать это широко распространенное в Казахстане минеральное сырье для производства звукопоглащающих теплоизоляционных строительных материалов типа гипсоволластонитобетона ячеистой структуры.
Как отмечалось выше, один из способов получения ячеистой структуры основан на химическом взаимодействии исходных компонентов. Пористая структура создается за счет выделения газа, например, углекислого, что способствует поризации смеси. При получении экстрактной фосфорной кислоты в процессе переработки доломитизированных фосфоритов в первую очередь разлагается их карбонатная составляющая - доломит. Выделяющийся при этом углекислый газ барботирует из объема реакционной массы, образуя на ее поверхности слой пены. Природные волластониты находятся в парагенезисе с сопутствующими карбонатными соединениями, поэтому можно предположить использование кислоты как порообразующего компонента волластонитсодержанщих композиций.
Казахстан обладает большими сырьевыми ресурсами для насыщения строительного рынка волластонитом. Перспективными и ныне действующими месторождениями являются Босагинское, Хайрузовское, Сюрприз II, Верхнебадамское Южно-Казахстанской области. Выявлены также другие месторождения волластонита, имеющие широкое площадное распространение и большие промышленные перспективы.
Наиболее крупное разрабатываемое Верхнебадамское месторождение волластонита расположено в Толебийском районе Южно-Казахстанской области (г.Ленгер). содержание волластонита в рядовых пробах от 20 до 70%, содержание оксидов железа - от 0,16 до 4,5%, кальцита - от 10 до 40%, кварцита - от 2 до 30%. Прогнозные запасы волластонита 4 млн.т. месторождение, действующее, крупное, перспективное, расположено в 29 км от асфальтированной дороги. Выпускается волластонитовый концентрат с содержанием волластонита 81-86%.
Перспективы развития сырьевой базы волластонита обуславливают необходимость расширения научных исследований по его комплексному использованию. В связи с этим разработка методов поризации бетона с применением волластонита для получения теплоизоляционных, конструкционно-теплоизоляционных и звукопоглощающих материалов представляется актуальной и своевременной.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кмселева И.А., Огородова Л.П., Топор Н.Д. О фазовом переходе волластонит -псеволластонит // Доклады АН СССР. - 2008. - №5.-С.243.
2. Винчелл А.Н., Винчелл Г.А. Оптические свойства искусственных минералов. - М.: Мир, 2006. -260с.
3. Эйрих В.И., Березовский С.В., Тарантул И.П., Иорамашвили И.Н., Конов Г.В. О применении волластонита в производстве композиционных строительных материалов и изделий на основе цемента // Строительные материалы, 2002. - №1. - С.14-17.
