CC BY
24
ЖД UNIVERSUM:
№ 12 (69)_ЛД ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_декабрь. 2019 г.
СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СТЕКОЛ НА ОСНОВЕ ДИАБАЗОВ УЗУНБУЛАК I
Арипова Мастура Хикматовна
д-р техн. наук, профессор, заведующая кафедрой «Технология силикатных материалов, редких и благородных
металлов» Ташкентского химико-технологического института,
Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: aripoval95 7@yandex. ru
Бабаханова Зебо Абдуллаевна
д-р техн. наук, доцент кафедры «Технология силикатных материалов, редких и благородных металлов» Ташкентского химико-технологического института, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: babax2013@yahoo.com
Жуманиёзов Хурматбек Палванназирович
старший преподаватель, Ургенчский государственный университет,
Республика Узбекистан, г. Ургенч E-mail: hurmatbek83@mail.ru
SYNTHESIS AND RESEARCH OF PROPERTIES OF GLASS ON UZUNBULAK I
Mastura Aripova
doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the «Technology of silicate materials, rare and noble metals» department, Tashkent Chemical Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Zebo Babakhanova
doctor of Technical Sciences, Assistant Professor of «Technology of silicate materials, rare and noble metals» department, Tashkent Chemical Technological Institute, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Hurmatbek Jumaniyozov
senior teacher, Urgench state university, Republic of Uzbekistan, Urgench
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются вопросы, связанные с получением новых неорганических стеклообразных материалов на основе диабазов Узунбулакского месторождения.
ABSTRACT
The article discusses the issues associated with obtaining new inorganic glassy materials based on diabases of the Uzunbulak field.
Ключевые слова: стеклообразный материал, горные породы, диабаз, ортоклаз, авгит, кальцит, хлорит, оливи, кварц, каолин, глиноземсодержащий отход, стекло, кристаллизация.
Keywords: glassy material, rocks, diabase, orthoclase, augite, calcite, chlorite, olives, quartz, kaolin, alumina-containing waste, glass, crystallization.
По происхождению горные породы делятся на три группы: магматические (эффузивные и интрузивные), осадочные и метаморфические. Магматические и метаморфические горные породы слагают около 90% объема земной коры, однако на современной поверхности материков области их распространения сравнительно невелики. Остальные 10% приходятся на долю осадочных пород, занимающих 75% площади земной поверхности [1, 2, 3].
Горные породы типа базальта, диабаза и габбро, именуемые часто в литературе породами базальтовой группы, широко распространены в природе. Название «диабаз» происходит от французского слова diabase и означает полнокристаллическая мелкозернистая вулканическая горная порода, по химическому и минеральному составу близкая к базальту.
В Узбекистане подобные породы имеют достаточно широкое распространение. Одним из перспективных объектов является месторождение
Библиографическое описание: Арипова М.Х., Бабаханова З.А., Жуманиёзов Х.П. Синтез и исследование свойств стекол на основе диабазов Узунбулак I // Universum: Технические науки : электрон. научн. журн. 2019. № 12(69). URL: http://7universum. com/ru/tech/archive/item/84 75
Узунбулак I расположено в 22-23 км юго-восточнее р/ц Галляарал, в 0,5 км к северу и северо-западу от кишлак Узунбулак, на юго-западных склонах Маль-гузарских гор, фактически являясь началом пояса Мальгузарских мафитов и ультрамафитов.
В химическом составе изученных диабазов преобладают кремнезем, глинозем, оксиды кальция, магния и железа (табл. 1). Изученные пробы диабазовых месторождений практически отвечают всем требованиям, предъявляемым к качеству сырья силикатной
декабрь, 2019 г.
промышленности. В соответствии с поставленными выше задачами объектами исследования в первую очередь были выбраны диабазы Узунбулакского месторождения, всестороннее изучение которых позволяет установить их пригодность в производствах, создание которых позволит избежать завоза базальтовых (базальт, диабаз и габбро) изделий в республику и даже организовать их экспорт.
Таблица 1.
Результаты химического анализа проб диабазовой породы Узунбулак I (в масс. %)
Оксиды 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Сред.
SiO2 45,56 50,00 49,57 48,51 45,50 49,10 48,05 52,08 47,00 51,00 48,64
Fe2Oз 6,18 5,08 4,51 4,49 3,39 8,48 4,02 6,32 4,77 2,29 4,95
FeO 8,90 8,50 8,54 10,00 13,40 4,97 13,50 10,25 10,00 9,58 9,76
^2 3,50 3,80 3,55 3,45 4,00 3,30 3,10 3,60 3,80 3,45 3,55
MnO 0,17 0,17 0,15 0,18 0,09 0,19 0,12 0,18 0,20 0,18 0,16
Al2Oз 15,17 13,50 13,85 13,20 13,60 15,30 14,20 14,20 14,00 11,85 13,89
CaO 6,07 8,40 6,72 9,05 8,97 7,48 10,80 8,60 8,64 9,52 8,42
MgO 4,87 4,60 4,80 5,80 7,60 4,00 6,28 2,80 5,60 6,40 5,27
Na2O 2,58 3,06 2,86 2,58 0,80 2,20 0,57 2,90 1,83 1,84 2,12
ЪС 0,66 2,11 1,38 1,90 1,17 2,12 1,11 2,62 1,68 1,65 1,64
SOз 0,15 0,08 0,03 0,04 0,10 0,03 0,13 0,12 0,06 0,09 0,08
П.п.п 5,84 4,10 3,99 5,20 3,50 5,60 6,50 6,74 3,45 3,40 4,83
Анализ составов диабазов Узунбулакского месторождения свидетельствует о их многофазности. По микроскопическим, рентгенографическим, ИК-спектроскопическим и электронно-микроскопическим данным следует, что в диабазе присутствуют несколько основных фаз в виде олигоклаза с формулой (Ca,Na)Al2Si2O8, ортоклаза К(AlSiзO8), железосодержащего пироксенового твердого раствора типа авгита Fe2+)[Si2O6•СаFe(AlSiO6)], кальцита
СаСО3, хлорита (клинахлор) с формулой
Шихтовые со
Mg4.5Al2. 5[OH]8(SiзAЮlo), оливин (CaFe)2SiO4, очень мало кварца SiO2 и присутствуют также рудные минералы в незначительном количестве [4-7].
Шихтовый состав в работе подбирался с целью получения стекла анортитового состава. В качестве источников требуемых оксидов были выбраны диабазовые породы, Ангренские каолины и глиноземсо-держащий отход Шуртангазо химической промышленности. Шихтовые и химические составы составленных смесей приведены в табл. 2 и 3.
Таблица 2.
[ опытных смесей
№ Массовое содержание компонентов, %
Диабаз Глиноземсодержащий отход Каолин
1 80 10 10
2 76,95 16,78 6,27
3 76,95 21,78 1,27
4 71,95 16,78 11,27
5 71,95 21,78 6,27
6 71,95 26,78 1,27
7 70 10 20
8 70 20 10
9 66,95 21,78 11,27
10 66,95 26,78 6,27
11 60 10 30
12 60 20 20
13 60 30 10
14 50 10 40
15 50 20 30
16 50 30 20
17 50 40 10
Таблица 3.
Расчетные химические составы составленных шихт
№ 8Ю2 Ре20э РеО ТЮ2 МпО ЛЬОэ СаО МцО ^О К2О 8Оэ П.п.п.
1 42,5 3,93 7,56 2,75 0,12 23,34 6,53 4,11 1,7 1,32 0,06 6,08
2 39,26 3,75 7,27 2,65 0,11 27,71 6,28 3,94 1,61 1,25 0,06 6,11
3 36,84 3,7 7,27 2,65 0,11 30,4 6,27 3,93 1,6 1,23 0,06 5,94
4 39,33 3,56 6,8 2,47 0,11 28,85 5,88 3,7 1,54 1,2 0,06 6,5
5 36,91 3,51 6,8 2,47 0,11 31,54 5,87 3,69 1,51 1,17 0,06 6,36
6 34,49 3,46 6,8 2,47 0,11 34,24 5,86 3,67 1,48 1,15 0,06 6,21
7 42,64 3,55 6,61 2,41 0,10 25,65 5,74 3,63 1,55 1,21 0,06 6,85
8 37,8 3,45 6,61 2,41 0,10 31,03 5,72 3,6 1,5 1,16 0,06 6,56
9 36,97 3,32 6,33 2,30 0,10 32,68 5,47 3,45 1,44 1,12 0,05 6,77
10 34,55 3,3 6,33 2,30 0,10 35,36 5,46 3,43 1,41 1,09 0,05 6,62
11 42,78 3,18 5,67 2,06 0,09 27,93 4,93 3,14 1,4 1,1 0,05 7,67
12 37,93 3,08 5,67 2,06 0,09 33,31 4,92 3,12 1,34 1,05 0,05 7,38
13 33,09 2,97 5,67 2,06 0,09 38,69 4,9 3,09 1,29 1,00 0,05 7,1
14 42,9 2,8 4,72 1,72 0,07 30,21 4,13 2,66 1,25 1,00 0,04 8,5
15 38,06 2,7 4,72 1,72 0,07 35,6 4,12 2,63 1,2 0,94 0,04 8,2
15 33,22 2,6 4,72 1,72 0,07 40,96 4,1 2,61 1,14 0,90 0,04 7,92
17 28,38 2,49 4,72 1,72 0,07 46,34 4,1 2,59 1,08 0,84 0,04 7,63
Приготовленные шихты варили в электрической печи с силитовыми нагревателями в корундизовых тиглях объемом 100-500 г со скоростью подъема температуры 250-300 град./ч. Температура варки стекол составляла 1450 °С с выдержкой 1 час. Сваренные стекла сливали в специальные стальные формы в виде штабиков и дисков. Отжиг стекол не проводили во избежание наведения кристаллизации. Характеристики стеклообразования и выработки исследованных составов представлены в табл. 4 и на рис. 1.
Как показали исследования, в областях опытных составов в системах диабаз — каолин — алюминий-содержащий отход имеются довольно обширные зоны гомогенных стекол (табл. 4 и рис. 1). Полученные стекла были однородными, прозрачными и имели различные оттенки черной окраски в зависимости от содержания красящих оксидов БеО, Бе203, МпО и ТЮ2.
Таблица 4.
Характеристики процессов стеклообразования и выработки стекол
Индекс состава Температура варки стекла, °С Визуальная характеристика стекол
1 1450 гомогенное
2 1450 гомогенное
3 1450 гомогенное
4 1450 гомогенное
5 1450 гомогенное
6 1450 не провар
7 1450 гомогенное
8 1450 гомогенное
9 1450 негомогенное
10 1450 не провар
11 1450 негомогенное
12 1450 негомогенное
13 1450 не провар
14 1450 не провар
15 1450 не провар
16 1450 не провар
17 1450 не провар
Рисунок 1. Положения точек опытных составов, образующих стекла при 1450 °С, в системе диабаз ■
каолин — алюминийсодержащий отход
Исследованы были такие физико-химические мическая и химическая стойкость. Результаты опре-свойства, как плотность, коэффициент термического делений физико-химических свойств стекол приве-
расширения, температура начала размягчения, тер- дены в табл. 5.
Таблица 5.
Физико-механические и химические свойства полученных стекол
№ Плотность, кг/м3 ТКЛР- 10-7 град-1 Показатель преломления Химическая устойчивость, %
к конц. НС1 к 35%-ной КаОН к конц. Ш8О4
1 2700 70,10 1,54 97,40 98,78 99,10
2 2710 66,18 1,58 98,00 99,05 99,40
3 2720 63,97 1,62 99,80 99,75 99,60
4 2700 64,72 1,57 96,98 94,68 98,50
5 2720 62,09 1,61 98,85 97,20 98,63
7 2690 67,37 1,52 93,35 95,45 97,45
8 2710 62,68 1,61 97,65 96,55 97,70
9 2700 60,90 1,60 89,50 92,00 97,60
11 2670 64,50 1,52 89,85 90,30 97,40
Результаты проведенных физико-химических испытаний показали высокую химическую и термическую стойкость, светопреломляющую способность диабазовых стекол. Это объясняется наличием большого количества оксидов щелочноземельных металлов и оксида алюминия, а также меньшим количеством оксидов щелочных металлов.
Кристаллизационная способность стекол изучалась методом массовой кристаллизации [8, 9] в интервале температур 600-1100 °С через каждые 100 °С. Время выдержки при каждой температуре составляло 1 час. Полученные экспериментальные результаты приведены в табл. 6.
Таблица 6.
Кристаллизационная способность опытных стекол
_— отсутствие признаков кристаллизации;
ПП — поверхностная кристаллизация в виде небольших разобщенных участков;
— поверхностная кристаллизация в виде сплошной тонкой пленки;
— поверхностная кристаллизация в виде сплошной толстой корки с частичным распространением кристаллов вглубь образца;
В22Я — распространение кристаллизации по всему объему образца. Кристаллическая фаза составляет не менее 50-60%;
— условно полная кристаллизация образца. Наличие кристаллической фазы — 60-100%.
Из данных, представленных в табл. 6, видно, что стекла составов 1, 2, 7 и 11 кристаллизуются с поверхности в виде небольших разобщенных участков при температуре 600 °С. При температуре 700 °С у этих образцов наблюдается поверхностная кристаллизация в виде сплошной пленки. Поверхностная кристаллизация в виде сплошной толстой корки с частичным распространением кристаллов вглубь образца — при температуре 800 °С. При температуре 900 °С кристаллизация наблюдается по всему объему, кристаллическая фаза составляет не менее 5060%. Полная кристаллизация завершается в стеклах при температуре 1000 °С.
В стеклах 3, 4, 5, 8 и 9 начало кристаллизации отмечается при 700 °С. При температуре 800 °С у этих образцов наблюдается поверхностная кристаллизация в виде сплошной пленки, переходящей с дальнейшим повышением температуры до 900 °С в сплошную толстую корку с частичным распространением кристаллов вглубь образца. При температуре 1000 °С в стеклах кристаллизация наблюдается по всему объему, кристаллическая фаза
составляет не менее 50-60%. В этой группе стекол полная кристаллизация достигается при 1100 °С.
Из приведенных данных видно, что стекла, полученные на основе диабазов Узбекистана обладают сравнительно высокими механическими и термическими свойствами, что объясняется относительно высоким содержанием в них отеидов щелочноземельных металлов и небольшим содержанием щелочных. Они также характеризуются высокой химической устойчивостью к серной кислоте и щелочи, что обусловлено, по-видимому, влиянием анортито-вого состава стекла, в структуре которого преобладают бесконечные цепочки
[Si2O6]-4м.
Исследована кристаллизационная способность образцов синтезированных стекол 9 опытных составов. Установлено, что в температурной области 600700 °С обнаруживаются первые признаки начала кристаллизации в виде тонких поверхностных пленок, а в области температур 1000-1100 °С достигается условно полная тонкодисперсная объемная кристаллизация образцов с наличием 60-100% кристаллической фазы.
№ 12 (69)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
• 7universum.com
декабрь, 2019 г.
Список литературы:
1. Подгорная Т.И. Природной камен в архитектуре и строительстве Хабаровска: учебн. пособие. — Издательство Тихоокеанского гос. ун-та, 2011. — 119 с.
2. URL: httpsy/m.wikipedia.org/wiki/Горная порода.
3. URL: http://ecosystema.ru/07referats/slovgeo/209.htm.
4. Жуманиёзов Х.П., Исматов А.А., Шарипов Д., Ходжаев Н.Т. Получение стеклокристаллических материалов на основе диабазовых горных пород Узбекистана // Химическая промышленность. — СПб., 2011. — Т. 88. — № 3. — С. 120-125.
5. Жуманиёзов Х.П., Исматов А.А., Шарипов Д. Получение и рентгенографические исследования стеклокристаллических материалов на основе диабазов Узунбулак I // Международный научно-технический журнал. Химическая технология. Контроль и управление. — Ташкент, 2011. — № 3. — С. 9-13.
6. Жуманиёзов Х.П. Исследование диабазовых горных пород Арватенского и Узунбулакского месторождений для получения стекол и ситаллов // Химическая промышленность. — СПб., 2013. — Т. 88. — № 5. — С. 223-
7. Изменения в минералогическом составе диабазовых пород месторождения Узунбулак II в результате термической обработки / Х.П. Жуманиёзов, Р.А. Рахимов, Ж.Ш. Шарипов, З.А. Бабаханова [и др.] // Химическая промышленность. — СПб., 2018. — Т. 88. — № 1. — С. 22-28.
8. Павлушкин Н.М., Септюрин Г.Г., Ходаковская Р.Я. Практикум по технологии стекла и ситаллов. — М. : Высшая школа, 1970. — 510 с.
9. Артамонова Т.И. Практикум по технологии стекла и ситаллов. — М. : Высшая школа, 1996. — 364 с.
233.
