Синтез сульфоалюминатов и сульфосиликатов кальция из горнблендита, гипса и извести Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Семериков И. С., д-р техн. наук, проф., Гаврилюк М. Н., ст. преп., Устьянцев В. М., канд. физ.-мат. наук Уральский Федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина

СИНТЕЗ СУЛЬФОАЛЮМИНАТОВ И СУЛЬФОСИЛИКАТОВ КАЛЬЦИЯ ИЗ ГОРНБЛЕНДИТА, ГИПСА И ИЗВЕСТИ

dmik@pochta.ru

В этой статье изучалось взаимодействие горнблендита с известью, гипсом с целью получения сульфоалюминатов и сульфосиликатов кальция. В данной статье рассматривается получение цемента из извести, горнблендита и гипса с пониженной температурой спекания. Был изучен химический и минералогический состав цемента. В статье описываются результаты исследования цемента, сделанного из горнблендита, извести и гипса.

Ключевые слова: горнблендит, известь, гипс, синтез, сульфоалюминат и сульфосиликат кальция, цемент.

Сульфоалюминаты кальция типа С3Л3С!,

образующиеся при взаимодействии алюмината кальция с гипсом, служат основой образования

эттрингита С3 Л-СЗзИ32. Эттрингит придает

цементам сульфатостойкость, служит основой получения безусадочных и расширяющихся цементов [1, 2]. Сульфосиликат кальция

Химический (

2(С2Б)СБ обладает большей гидравлической активностью, чем [ЗС2Б.

Целью настоящей работы являлось изучение возможности образования

сульфоалюминатов и сульфосиликатов кальция из широко распространенной Уральской горной породы - горнблендита, химический состав которого представлен в таблице 1.

Таблица 1

Содержание оксидов,% масс. ЛшПрК

яю2 ЛЬО3 Т1О2 РеОз СаО Ыф КО Ма2О

37,3837,86 14,7414,95 1,491,51 17,5717,79 11,5011,64 14,0014,18 0,31 1,741,76 1,27

Горнблендит является техногенным вблизи города Екатеринбурга. Горнблендит продуктом при добыче и переработке титано - состоит на 70-75% из роговой обманки магниевых руд Первоуральского месторождения магнезиально-железистого состава:

т0,5Са2№2^е22+АЬо15)[Я7АЮ22\ОИ)2

Исходя из содержания в горнблендите

Горнблендит относится к группе ультраосновных горных пород, с повышенным содержанием ЕеО+Ев2О3>17%, с температурой размягчения около 1150-1200°С.

39,11% 8Ю2, и 16,67% ЛЬ2О3 (на прокаленное вещество) в работе рассчитана дозировка СаО и Са!О4 из расчета образования сульфоалюмината и сульфосиликата кальция по реакции:

3СаО + 3ЛЬ2О3 + Са!О4 = 3Са0-3ЛЬ2О3 Са804 или (СЛ)3 С! 4СаО + 28Ю2 + Са!О4 = 4Са0-2М02 СаЮ4 или (С2!)2 С!

Таким образом, состав шихты составил 29,39% горнблендита, 43,35% СаО и 27,26% гипса. Шихта была обожжена при температуре 1250°С.

Поведение шихты при нагревании приведено на рис. 1.

В качестве сырьевых материалов использовали Са(ОИ)2 и СаБО4-2И2О.

Эндотермический эффект при 190°С обусловлен дегидратацией извести, 480°С дегидратация двуводного гипса, 800°С -образование ангидрита.

При температуре 900°С, шихта начинает плавиться. Штрихрентгенограмма спеченного при 1250°С клинкера представлена на рис. 2.

В результате обжига основными минералами являются сульфоалюминат и сульфосиликат кальция, ангидрит,

четырехкальциевый алюмоферрит.

Присутствует в небольших количествах оксиды кальция и магния. После тонкого помола клинкера, порошок был затворен водой. Штрихрентгенограмма гидратированного

материала представлена на рис. 3.

т, ос 1100 1000 900 800

700 600 500 400 300 200

100 0

10 20 30 40 50 60 70 т, мин.

Рис. 1. Термограмма шихты 29,39% горнблендита, 43,35% СаО и 27,26% гипса

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

^ А

(СЛ)3С8

2,16 2,45 2,65 2,96 3,24

3,75

4,14

(С3Б )3СБ

2,28 2,61 2,82 3,18

3,91

4,56

СаБО4

2,09 2,62

2,84

3,49

-X-

-1-

СЛР

2,19 2,63 2,77

J_I_|_

СаО, Ы%р

2,10 2,39 2,76

Рис. 2. Штрихрентгенограмма обожженной при 1250°С шихты 29,39% горнблендита, 43,35% СаО и 27,26%

гипса

В результате гидратации полученного клинкера, основными соединениями являются:

эттрингит С3А( С$)3Н32, гидросиликат кальция

С2БН (II). Обнаружено небольшое количество двуводного гипса, гидроксида кальция и магния.

В гидратированном материале

присутствуют негидратированный

сульфосиликат кальция и ангидрит.

Сульфосодержащий цемент на основе горнблендита показал высокую прочность на сжатие (см. рис. 4).

1 2 11 1 1 2,5 3 1111 1 3,5 | 1 4 1 о 4,5 d, А СА\С8)М, о

2,21 2,61 2,77 3,24 3,48 3,88 | СаБ04-2Н20

2,07 1 2,68 2,87 3,06 1 1 1 3,81 4,29 СаБ04

2,09 1 2,32 2,84 1 1 1 3,49 |

2,28 2,61 2,82 3,18 11 111 3,91 \ 2 /2 С28Н

2,25 2,37 2,92 3,24 I 1 Са(0Н)2, Mg(0H)2

2,63 3,11

Рис. 3. Штрихрентгенограмма гидратированного материала исходного состава

&сж, МПа

10 _I_I_I_I_I_I_I

0 4 8 12 16 20 Т, сутки

Рис. 4. Прочность на сжатие сульфосодержащего цемента

Цемент обладал быстрыми сроками схватывания 10 мин. Образцы при твердении не схватывания - начало схватывания 5 мин, конец растрескивались, негидратированные фазы

ангидрита и сульфосиликата кальция составили жесткий каркас цемента, образующийся эттрингит, уплотнял цементный камень.

Таким образом, проведенное исследование показывает, что при использовании в качестве алюмосиликатного компонента легкоплавкого горнблендита можно получить

сульфатсодержащий цемент при низких температурах обжига. Такие цементы быстро набирают прочность без растрескивания и могут быть рекомендованы для сухих растворных смесей.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Сычева Л.И., Брагинская И.А., Бакеев Д.В. Сульфосодержащие цементы на основе техногенных продуктов // Строительство и образование, сб. научн. трудов, вып. 5, Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2002, с.156-158.

2. Федосов С.А., Базанов С.М. Сульфатная коррозия бетона. М.: Издательство АСВ, 2003, 192 с.