загрузка...

4.1.3. Возможность применения принципа регулирования процесса расширения в силикатной технологии

Как в России, так и за рубежом силикатный кирпич считается одним из наиболее дешевых и широко используемых стеновых материалов. Искусственный камень, получаемый из смеси кварцевого песка и извести при прессовании с последующей запаркой в автоклаве, распространен и применяется в строительстве повсюду.

Известь для силикатного кирпича должна быть быстрогасящейся. Замедленное ее гашение в отформованном «сырце» приводит к браку. Поэтому примесь оксида магния в извести считается нежелательной из-за относительно высокотемпературного обжига карбоната кальция в доломите, что может затормозить гидратацию оксида магния. За длительный период работы у производителей силикатного кирпича сложилось убеждение, что известь для автоклавных силикатных изделий не должна содержать MgO более 5 %. Ограничений в стандарте по применению доломитовой извести нет, но в технологии силикатного кирпича ее стремятся не применять [131].

Однако следует иметь в виду, что использование силикатными заводами поблизости расположенных месторождений доломитизированных известняков снизило бы стоимость готовой продукции. Известняки с минимальным содержанием оксида магния приходится доставлять на заводы издалека. Так, завод в поселке Стрижи Кировской области закупает известняк на карьере Владимирской области. Транспортируя карбонатные породы, производственники расходуют огромные средства на перевозку углекислого газа в известняке, который при обжиге выбрасывается в виде отходящих газов. За рубежом силикатные заводы предпочитают покупать уже готовую известь.

Силикатный завод в республике Мари Эл столкнулся с подобной проблемой и вынужден был просить кафедру технологии цемента и конструкционных материалов БГТУ им. В.Г. Шухова выяснить возможность замены извести на доломитовую известь. Подобную задачу коллектив кафедры решил для цементных заводов [88]. Установлено, что добавлением щелочных примесей можно частично нейтрализовать нежелательное влияние оксида магния в цементной сырьевой смеси.

Используя установленный принцип частичной нейтрализации оксида магния щелочными примесями, решено было выяснить, возможно, ли его распространить на силикатное производство при использовании доломитизированной извести. Предпринималась попытка не допустить возможной кристаллизации периклаза (MgO) в доломитизированной извести при обжиге с добавлением щелочных солей.

Для опытов использован доломит Ковровского месторождения (таблица 1, стр. 46).

Смеси доломита со щелочными добавками NaCl - 5 % и K2SO4 - 5 %, обожжены и исследованы после изменяющихся температурных режимов, изучены с помощью рентгенофазового и дифференциально-термического анализов. Выбор солей определяли относительной доступностью добавок: поваренная соль относительно недорогая добавка, а сульфат калия - входит в состав пыли электрофильтров цементных вращающихся печей и поэтому будет доступной добавкой для силикатных заводов.

Получение известково-доломитового вяжущего для силикатного кирпича включало перемешивание и увлажнение доломита солевым раствором с последующим обжигом. Изучали возможность использования доломита с содержанием MgO до 21 % (MgC03 - 44 %), а в качестве щелочных солей NaCl - 5 % или K2SO4 - 5 % от массы обжигаемого материала.

Полученные термограммы (рис. 4.33) отмечают понижение температуры декарбонизации MgC03 на 90-120°С и СаСОз на 35-60°С под влиянием хлорида натрия и сульфата калия. Следовательно, добавление щелочных солей в ограниченных пределах понижает температуру декарбонизации двойного карбоната и, как показали данные рентгенофазового анализа, вызывает появление двойных сульфатов, а также двойных карбонатов.

Ранее при нагревании цементных сырьевых шихт со щелочными добавками установлена [88] возможность протекания химических взаимодействий,

сопровождающихся образованием промежуточных соединений. Новообразования способны удерживать оксид магния в составе промежуточных соединений и, тем самым, предотвращать кристаллизацию и выделение периклаза (MgO), так как именно кристаллизация самостоятельных кристаллов этого соединения вызывает неравномерное увеличение в объеме будущих изделий. Именно нарушение целостности изделий является основной причиной опасений силикатчиков и отказа от использования доломитизированных известняков в технологии силикатного кирпича. Возможность использования магнезиальных известняков прежде исследовалось сотрудниками ВНИИСТРОМа, которые пришли к заключению о возможном применении последних, если обжиг осуществлен в печах кипящего слоя [132].

Анализ рентгенограмм продуктов обжигов показал, что в смесях с K2SO4 отмечено образование двойных сульфатов и двойных карбонатов (с NaCl). Состав новообразований приведен в табл.4.6.

Таблица 4.6.

Влияние температуры обжига на состав новых фаз, установленных при анализе

дифрактограмм. Доломит с добавкой хлорида натрия Температура Новообразования обжига, °С 500 Новых фаз нет 700 CaC03; MgO; Na2Ca2(C03)3; NaCl 800 MgO; СаО; Na2Ca2(C03)3; Na2Ca (С03)2; NaCl; MgCl2; CaC03- СаС12 900 MgO; СаО; Na2Ca(C03)2; NaCl 1000 CaO; MgO; Na2Ca (C03)2; NaCl Доломит с добавкой сульфата калия 500 Новых фаз нет 700 CaC03; K2S04; MgO 800 CaO; MgO; K2Mg2(S04)3; CaC03; K2S04 900 CaO; MgO; K2Mg2(S04)3; K2S04 1000 CaO; MgO; K2Mg2(S04)3; K2S04

В смеси с K2S04 при 800°С появляется K2Mg2(S04)3

плавящаяся при 825°С.

Если сравнить изменение интенсивности отражений оксида магния на дифрактограммах после обжига при одной и той же температуре (1000°С), то нетрудно установить, что при введении в относительно небольших концентрациях

солевых добавок интенсивность отражений оксида магния в доломитизированной извести в смесях с добавками заметно ниже, чем без добавок. Приняв интенсивность отражений в доломитизированной извести без добавок за 100 %, наши определения показали, что при добавлении хлорида натрия они уменьшились до 55%, а при добавлении сульфата калия до 69 % (рис.

4.34.).

В процессе обжига при добавлении NaCl при 700°С появляется двойная соль Na2Ca2(C03)3. В смеси с K2S04 при 800°С появляется K2Mg2(S04)3j плавящаяся при 825°С. Образование двойных солей при добавлении хлорида натрия начинается при более низкой температуре после 500°С и характеризуется активной реакцией не только с карбонатом магния, но и с СаСОз. ON

2 A

rl

a

а о

Рис. 4.34. Рентгенограммы продуктов обжига доломита при 1000°С А - без добавок; Б - NaCl 5 %; В - K2S04 5 % Следует иметь ввиду, что реальные взаимодействия в смеси значительно сложнее, поэтому ниже представлена только окончательная схема реакций. При обжиге доломита с хлоридом натрия возможно происходят реакции по следующей схеме: ЗСаС03 + 2NaCl -> Na2Ca2(C03)3 + СаС12 (~700°С)

Na2Ca2(C03)3 Na2Ca(C03)2 + СаО + С02 (~800°С)

В результате указанных химических реакций в получаемой доломитовой извести уменьшается вероятность собирательной рекристаллизации периклаза и понижается температура декарбонизации доломита.

После обжига доломитовой извести как с добавками, так и без добавок формовали образцы и запаривали в автоклаве. Одновременно формовали образцы из силикатной смеси, применяемой на ОАО «Стройматериалы». Так удалось определить влияние изучаемых химических добавок на прочностные показатели отформованной силикатной массы после ее запарки в автоклаве.

Запарку вели по режиму, принятому на производстве, но максимальное давление пара изменяли от 8 до 6 атм. Полученные результаты определения прочности приведены на рис. 4.35. Испытания показали, что образцы из доломитовой извести со щелочными добавками после запарки приобретают более высокую прочность, чем образцы из заводской кальциевой извести.

1 2 3 4

Рис. 4.35. Влияние доломитизированной извести на прочность после запарки при 6 атм.

1 - на основе извести используемой в силикатном вяжущем на заводе силикатного кирпича; 2 - доломитизированная известь; 3

- доломитизированная известь с NaCl; 4

- доломитизированная известь с K2S04

В сравнении с доломитовой известью без добавок прирост прочности образцов с NaCl достигал 12 %, а с K2SO4- 40 %. Повышенная прочность, как показал анализ рентгенограмм силикатных образцов после запарки, вызван кристаллизацией относительно низкоосновных кристаллогидратов кальция, а именно: тоберморита, окенита, некоита, ксонотлита и гиролита. К интенсификаторам твердения относят, прежде всего, вещества, которые позволяют преодолеть химическую инертность кварца. Сравнивая интенсивности отражений указанных гидросиликатов (таб. 4.7.) в изучаемых образцах следует, что гидросиликаты кальция в образцах со щелочными добавками приобретают более выраженную интенсивность и по-видимому, более совершенную кристаллизацию, что повышает их прочность.

В таблице 4.7. приведены наиболее интенсивные отражения гидросиликатов кальция, полученные при рентгенофазовом анализе образцов после запарки. Наиболее эффективные гидросиликаты, способные обеспечить максимальную прочность после запарки, обнаружены в образцах с добавками щелочных солей, максимальная прочность установлена при добавлении сульфата калия.

Таблица 4.7.

Влияние солевых добавок на состав гидросиликатов и интенсивность отражений

их дифракционных максимумов. Наименование и состав Межплоско стные Относительная интенсивность отражений гидросиликатов, (%) гидросиликата расстояния,

А Без добавок с NaCl с K2S04 Гидросиликат CSH(l)-Co,8-i,5SHn Тоберморит C5S6H5 C5S6H9 12,6 11.3 14,1 48 63 37 43 63 74 48 Окенит

СзЗбНб 8,8 7,4 34 63 33 66 61 63 Некоит СзБбНз Ксонотлит СбЗбН ГнрОЛИТ C2S3H3 9,2

7,05

6,4 48 25 100 48 57 26 85 63

Сравнивая активность силикатных смесей (известь - 10%: песок - 90%) с прочностными показателями образцов, видно (табл. 4.8.), что образцы из смеси с меньшей активностью показали большую прочность. В процессе запарки щелочные соли, выполняя роль добавок - электролитов, ускоряют реакции взаимодействия кремнезема с известью, повышая прочность.

Рис. 4.36. Изменения удельной поверхности силикатного вяжущего после 7 мин. помола изучаемых составов (лабораторные данные). 1

- известь используемая в силикатном вяжущем на заводе силикатного кирпича; 2

- доломитовая известь; 3 - доломитизированная известь с NaCl; 4 - доломитизированная известь с K2SO4

J 700 1650 ^ 600 550 500

1 2 3 4 Составы

Таблица 4.8.

Зависимость активности и прочности силикатных материалов от вводимых

добавок Характеристика образца Показатели активности, прочности извести 1 2 3 4 Доломитовая известь с NaCl Доломитовая известь с K2SO4 Доломитовая известь без добавок Известковое вяжущее Активность силикатных смесей, % 4,2 4,8 6,3 6,8 Прочность на сжатие после запарки, МПа 9,98 12,47 8,94 5,99 Установлена еще одна весьма важная зависимость: появление указанных новообразований улучшает размалываемость силикатного вяжущего (рис.4.36.). Удельная поверхность силикатного вяжущего повышается на несколько процентов, что повышает прочностные характеристики получаемых изделий. Следовательно, установлено, что добавление щелочных солей к доломиту снижает температуру декарбонизации MgC03 и СаС03. При добавлении NaCl температура декарбонизации MgC03 понижается на 120°С, температура декарбонизации СаС03 на 30°С. Добавление K2SO4 снижает температуру разложения MgC03 на 90°С, температуру разложения СаС03 на 35°С.

Установленный эффект позволит снизить температуру обжига, положительно отразиться на работе печей и экономии топлива. 115

<< | >>
Источник: Черкасов, Андрей Викторович. Малоэнергоемкая технология вяжущих композиций с управляемым расширением на основе магнийсодержащих материалов / Дис. канд. техн. Наук / Белгород. 2006

Еще по теме 4.1.3. Возможность применения принципа регулирования процесса расширения в силикатной технологии:

  1. ТЕХНОЛОГИЯ, ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА И ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ
  2. 4.1. Синтез расширяющейся композиции на основе доломитов 4.1.1. Изучение влияния температуры и добавок на возможность регулирования расширения композиции
  3. § 7 Применение принципа возможности внешнего мое и твое к предметам опыта
  4. 4.2. Синтез расширяющейся магнезиальной добавки на основе брусита 4.2.1. Изучение влияния температуры и фракционного состава брусита на возможность регулирования расширения магнезиальной добавкой
  5. Лекция 4. ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
  6. ТЕХНОЛОГИЯ СИЛИКАТНЫХ ЯЧЕИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ
  7. II О ПРАВЕ ЧИСТОГО РАЗУМА В ПРАКТИЧЕСКОМ ПРИМЕНЕНИИ НА ТАКОЕ РАСШИРЕНИЕ, КОТОРОЕ САМО ПО СЕБЕ НЕВОЗМОЖНО ДЛЯ НЕГО В СПЕКУЛЯТИВНОМ ПРИМЕНЕНИИ
  8. ОСНОВЫ ТЕХНОЛОГИИ СИЛИКАТНОГО КИРПИЧА
  9. 1.2. Использование магнезиального сырья в силикатной технологии
  10. I. ПРОИЗВОДСТВО СИЛИКАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ В СССР И ЗА РУБЕЖОМ. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ. ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ПРОИЗВОДСТВА И ПРИМЕНЕНИЯ
  11. Зейфман М.И.. Изготовление силикатного кирпича и силикатных ячеистых материалов, 1990
  12. § 4. Возможные модели регулирования в Интернете
  13. ПРИЛОЖЕНИЕ Д о проведении опытно-промышленных испытаний технологии бурения с регулированием давления в скважине
  14. Черкасов, Андрей Викторович. Малоэнергоемкая технология вяжущих композиций с управляемым расширением на основе магнийсодержащих материалов / Дис. канд. техн. Наук / Белгород, 2006
  15. ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчет фактического экономического эффекта от внедрения технологии бурения с гибким регулированием давления в системе «скважина - пласт»
  16. РОЛЬ ГОСУДАРСТВЕННОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ В ИННОВАЦИОННЫХ ПРОЦЕССАХ Лягушевич М.В.
  17. Московский опыт административного регулирования «этнических процессов»