Научная статья на тему 'Размалываемость прокаленных глин в зависимости от их состава и температуры термообработки'

Размалываемость прокаленных глин в зависимости от их состава и температуры термообработки Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
131
28
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГЛИНА / CLAY / СОСТАВ / COMPOSITION / ТЕРМОАКТИВАЦИЯ / ПОМОЛ / GRINDING / ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ / DURATION / УДЕЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ / SPECIFIC SURFACE AREA

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Рахимов Р. З., Гайфуллин А. Р., Рахимов Н. Р., Стоянов О. В.

Исследована зависимость размалываемости до удельной поверхности 250, 500 и 800 м 2/кг термоактивированных глин в зависимости от их химического, минерального и гранулометрического состава и температуры прокаливания от 400 до 800 оС.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Рахимов Р. З., Гайфуллин А. Р., Рахимов Н. Р., Стоянов О. В.

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

Текст научной работы на тему «Размалываемость прокаленных глин в зависимости от их состава и температуры термообработки»

УДК 691.32

Р. З. Рахимов, А. Р. Гайфуллин, Н. Р. Рахимов, О. В. Стоянов

РАЗМАЛЫВАЕМОСТЬ ПРОКАЛЕННЫХ ГЛИН В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ИХ СОСТАВА

И ТЕМПЕРАТУРЫ ТЕРМООБРАБОТКИ

Ключевые слова: глина, состав, термоактивация, помол, продолжительность, удельная поверхность.

Исследована зависимость размалываемости до удельной поверхности 250, 500 и 800 м2/кг термоактивированных глин в зависимости от их химического, минерального и гранулометрического состава и температуры прокаливания от 400 до 800 оС.

Keywords: clay, composition, grinding, duration, specific surface area.

The influence of the chemical, mineralogical and granulometric composition and temperature of calcination at 400 -800 ° C on grindability up to 250, 500 and 800 m2 / kg, of different clays is studied in this researeh.

Введение

Во многих отраслях широко применяется наполнители из глинистых материалов, в частности, при производстве: бумаги, красок, клеев, керамики, резины, линолеума и др. [1]. Тонкодисперсная обожжённая глина с древних времен применялась как пуццолановая добавка в известковых растворах и бетонах с целью повышения их прочности и водостойкости [2]. Со временем обожженая глина в виде цемянки, глинита, горелых пород, керамзитовой пыли стала применяться с этой же целью в цементные композиты [3,4]. За последние десятилетия получило распространение

исследования и применение в качестве эффективной пуццолановой добавки метакаолина (МК) [5-9], получаемого прокаливанием каолиновых глин при температуре 600^700°С. Однако каолиновые глины с высоким содержанием каолинита имеют ограниченное распространение месторождений, в связи с этим и каолин и метакаолин являются относительно дорогостоящими материалами. В последнее время в связи с этим возобновились исследования пуццолановой активности и применения обычных, повсеместно

распространенных полиминеральных

термоактивированных глин [10-14]. Исследования в этом направлении интенсивно проводились в СССР в начале 40-ых годов ХХ века, а американская фирма «Eddyston Cement Corporation» в эти годы широко рекламировала как в США так и в Западной Европе «Новые гидравлические цементы», представляющие собой глинит-цемент и портландцемент с добавкой прокаленной глины [15]. Выявлено, что отдельные

термоактивированные глинистые минералы

повысили степень гидратации цемента в большей степени, чем метакаолин [10], а из 207 разновидностей глин различных регионов СССР, только 11% оказались непригодными для получения продукта с достаточной гидравлической активностью [15].

Авторами настоящей статьи проведены систематические исследования пуццолановых

свойств термоактивированных при различных температурах и молотых до различной удельной поверхности отдельных разновидностей каолиновых и распространенных полиминеральных глин. В настоящей статье приводятся результаты исследований размалываемости прокаленных при различных температурах глин различных составов.

Материалы и методы исследований

В качестве объектов исследований приняты глины следующих месторождений:

- Ново-Орская (НОГ)- месторождения в Оренбургской области;

- Нижне-Увельская (НУГ) -месторождения в Челябинской области;

- Арская (АГ) - месторождения Республики Татарстан;

- Сарай-Чекурчинская (СЧГ) -месторождения Республики Татарстан;

- Кощаковская (КГ) - месторождения Республики Татарстан.

В таблицах 1-3 приведены минеральный, химический, гранулометрические составы, принятых при исследованиях глин.

Прокаливание глин производили при 400°С, 600°С и 800°С со скоростью подогрева ~ 3°С/мин и изотермической выдержкой при максимальной температуре в течение 3 часов.

Прокаленные глины подвергались помолу в планетарной лабораторной мельнице МПЛ - 1 до удельной поверхности 250, 500 и 800 м2/кг. Тонкость помола прокаленных глин определялась с использованием прибора ПСХ - 9.

Результаты и обсуждение

В таблице 4 и на рисунке 1 приведены результаты исследований продолжительности помола до различной удельной поверхности прокаленных при температуре 400°С глин.

Таблица 1 - Химический состав принятых при исследовании глин*

Разн Содержание в % на абсолютную сухую навеску

№ п/ п овид ност ь глин Н2О SiO2 TiO 2 AI2O3 Fe2O3 MnO CaO MgO Na2O K2O P2O5 SO3/ S ппп сумм а

1 НОГ 0.81 69.18 1.36 19.55 1.32 0.01 0.20 0.42 <0.3 0.92 0.10 <0.05 6.6 3 99.69

2 НУГ 0.66 66.79 0.98 20.71 1.63 0.04 0.62 0.41 <0.3 0.65 0.08 0.13 7.7 0 99.73

3 АГ 1.05 73.65 1.47 15.37 2.23 0.01 0.28 0.50 <0.3 0.55 <0.0 3 <0.05 5.6 3 99.67

4 СЧГ 3.41 68.52 0.86 13.42 6.18 0.10 1.33 1.66 1.20 1.82 0.09 <0.05 4.6 2 99.80

5 КГ 4.14 64.50 0.88 13.96 7.30 0.10 2.16 2.18 0.98 1.97 0.11 <0.05 5.6 6 99.80

количественный химический состав глин определялся с использованием ЛКЬ ОРТУМХ - спектрометра Таблица 2 - Минеральный состав принятых при исследовании глин*

№ п/п Разновидность глин Минеральный состав в %

Кварц Каолинит Иллит Слюда Ортоклаз Плагиоклаз Смешанно-слоистый глинистый минерал Хлорид

1 НОГ 41 51 8 - - - - -

2 НУГ 33 62 - 4 - 1 - -

3 АГ 47 40 13 - - - - -

4 СЧГ 28 - - 10 7 8 40 4

5 КГ 34 - 5 14 40 1

*В структуре иллита до 10% разбухающих слоев; смешанно-слойный разбухающий минерал имеет состав смешено-слоистый с содержанием неразбухающих слоев в СЧГ до 40%, в КГ до 20% расчет приведен на 100% кристаллической фазы без учета возможного содержания рентгеноаморфной составляющей. РФА глин проведен с использованием дифрактиометра D8 Advance фирмы Bruker

Таблица 3 - Гранулометрический состав принятых при исследовании глин

№ п/п Разновидность глин Фракции глин %

Глинистая <0.005 мм Пылеватая 0.005-0.05 мм Песчаная 0.05-1.0 мм

1 НОГ 61.3 24.5 14.2

2 НУГ 65 18.5 16.5

3 АГ 42.2 42.8 15.00

4 СЧГ 49.5 37.1 13.4

5 КГ 37.1 45.9 17.0

Таблица 4 - Продолжительность помола прокаленных глин до различной удельной поверхности

№ п/п Разно видн ость глин Продолжительность помола в секундах до удельной поверхности м2/кг

250 500 800

1 НОГ 5 10 25

2 НУГ 7 11 28

3 АГ 2 14 59

4 СЧГ 6 11 35

5 КГ 7 15 63

ВРЕМЯ ПОМОЛА, СЕК

Рис. 1 - Продолжительность помола прокаленных при 400 0С до различной удельной поверхности: ♦ - НОГ; ■ - НУГ; ▲ - АГ; х -СЧГ; - - КГ

В таблице 5 приведены данные по продолжительности помола до различной удельной поверхности глин, прокаленных при 600 0С и 800 0С.

Таблица 5 - Продолжительность помола до различной удельной поверхности глин, прокаленных при 600 0С и 800 0С

№ п/п Разно-ть глин Продолжительность помола глин в секундах до удельной поверхности, кг/м2 прокаленных при температуре

600 0С 800 0С

250 500 800 250 500 800

1 НОГ 6 11 28 7 12 37

2 НУГ 8 12 39 9 13 41

3 АГ 2 15 65 3 17 72

4 СЧГ 7 12 38 8 13 42

5 КГ 8 18 67 9 19 69

Анализ приведенных в таблицах 4 и 5 и на рис.1 результатов исследований показывают следующее:

- по мере повышения температуры прокаливания и тонкости помола у всех принятых при исследованиях глин наблюдается увеличение продолжительности помола;

- наименьшее время помола до 250 м2/кг требуется для Арской глины с температурой прокаливания от 400 0С до 800 0С;

- продолжительность помола до 250 м2/кг для остальных разновидностей глин увеличивается незначительно по мере повышения температуры прокаливания от 400 0С до 800 0С.

- продолжительность помола с увеличением удельной поверхности с 250 м2/кг до 500 м2/кг и 800 м2/кг возрастает соответственно: для Арской глины, прокаленной при 400 0С - 600 0С в 7 и 30 раз; прокаленной при 800 0С в 6 и 24 раза; для Кощаковской глины, прокаленной при температурах 400-800 0С, в 2 и 9 раз;

- наименьшее время для помола требуется для прокаленной Ново-Орской глины, кроме помола обоженной при 4000С Арской глины и молотой до 250 м2/кг;

- приблизительно равная продолжительность помола требуется для прокаленных Нижне-Увельской и Кощаковской глин,

- размалываемость каолиновых глин до 2-х раз выше, чем полиминеральных глин;

- повышенное содержание минералов кварца и полевых шпатов в связи с их относительно высокой твердостью по сравнению с другими глинистыми минералами приводит к снижению размалываемости полиминеральных глин;

- увеличение содержания более 60% глинистых фракций приводят к повышенной размалываемости глин;

- повышенное до 40% и более процентов содержание пылевидных фракций приводит к снижению размалываемости полиминеральных глин.

В монографии Р.Е. Грима [1] отмечается, что с повышением температуры прокаливания от 2000С до 700-9000С уменьшается удельная поверхность глинистых частиц за счет образования их агрегатов. Возможно, этим и объясняется увеличение продолжительности помола глин по мере увеличения температуры их прокаливания. Наименьшее время помола до 250 м2/кг прокаленной полиминеральной Арской глины связано с содержанием в их составе до 40% коалинита.

Заключение

Продолжительность помола прокаленных глин до определенной удельной поверхности определяет энергетические затраты на производство пуццоланов на их основе.

Размалываемость прокаленных глин зависит от химического, минерального и

гранулометрического состава глинистого сырья. В результате исследований установлено, что:

- размалываемость каолиновых глин в 2 раза выше, чем полиминеральных глин;

- повышенное содержание минералов кварца и полевых шпатов в связи с их относительно высокой твердостью по сравнению с другими глинистыми минералами приводит к снижению размалываемости полиминеральных глин;

- повышенное содержание более 60 % глинистых фракций приводит к повышенной размалываемости глин;

- повышенное до 40% и более содержание пылевидных фракций приводит к снижению размалываемости полиминеральных глин.

Литература

1. Grim P.E. Clay mineralogy.// Mc Graw - Hill series in geology//New York - London - Toronto - 1953.

2. Vitruvius M.(1936). Ten books on architecture (trans. G.A. Latin Petrovsky). Academy of Architecture, Moscow.

3. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества, технология и свойства// Учебник, 3-е изд., перераб. и доп./ воспроизведение издания 1979г. - М.: ЭКОЛИТ, 2011,-480с.

4. Рахимов Р.З., Халлиулин М.И., Гайфуллин А.Р., Стоянов О. В. Керамзитовая пыль как активная добавка в минеральные вяжущие - состав и пуццолановые свойства// Вестник Казанского технологического университета, 2013- Т.16. N19 - с. 57-61.

5. Wild S., Khatib J. M. Portlandite consumption in metakaolin cement pastes and mortars// Cement and Concrete Research 27 (1997), 137.

6. Sabir B.B., Wild S., Bai I. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review//Cement and Concrete Composites, 23 (2001), 44.

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

7. Тирони А., Тресса M., Сиан А., Ирассар Э.Ф. Термическая активация каолиновых глин// Цемент и его применение, 2012, N11-12. - с.145-148.

8. Badogiamies S., Kakali G., Tsivilis S. Metakaolin conversion // I. Therm, Anal. Cal 2005. Vol. 81. N2. -p.457-462.

9. Брыков А.С. Метакаолин// Цемент и его применение, 2012, N7-8, - с.36-41.

10. Femandoz R., Martirena F., Scrivener K.L. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorrilonite// Cement and Concrete Research, 41 (2011), 113-122.

11. He C., Osbaeck B., Makowsky E. Pozzolanic reaction of six principal clay minerals: Activation reactivity assessments and technological effect// Cement and Concrete Research, 25 (1995), 16-91.

12. Castello L.R., Henrandes H.I.F., Scrivener K.L., Antonic M. Evolution of calcined clay soils as supplementary cementations materials// Proccedings of a XIII Juternational

Congress of the chemistry of cement. Madrid : Justifuto deciencias dela Consfruction "Eduardo Torroja", 2011, p. 117

13. Глинит-цемент //Сборник статей ВНИЦ. Под ред. Аксенова В.И. Вып.11. Главн. ред. стр. лит М.-Л.:1935-171 С.

14. Hobert G., Choupay N., Escudeillas G.,Gillame D. et al. Clay content of argillities influence on cement based mortars//Applied Clay Science. 2009. Vol.43, n3-4, p. 322330.

© Р. З. Рахимов - д-р техн. наук, проф. КГАСУ, [email protected]; А. Р. Гайфуллин - канд. техн. наук, асс. КГАСУ, [email protected]; Н. Р. Рахимов - д-р техн. наук, проф. КГАСУ, [email protected]; О. В. Стоянов - д-р техн. наук, проф., зав. каф. технологии пластических масс КНИТУ, [email protected].

© R. Z. Rakhimov - professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; A. R. Gayfullin -docent, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; N. R. Rakhimov - professor, Kazan State University of Architecture and Engineering, [email protected]; O. V. Stoyanov - professor, Kazan National Research Technological University, Department of Plastics Technology, [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.