МІНЕРАЛЬНИЙ ВЯЖУЧИЙ МАТЕРІАЛ З ВИКОРИСТАННЯМ ЧЕРВОНОГО ШЛАМУ - Наукові конференції
Головна
UA RU EN

Вас вітає Інтернет конференція!

Вітаємо на нашому сайті

Рік заснування видання - 2011

МІНЕРАЛЬНИЙ ВЯЖУЧИЙ МАТЕРІАЛ З ВИКОРИСТАННЯМ ЧЕРВОНОГО ШЛАМУ

03.07.2022 12:49

[3. Технічні науки]

Автор: Черняк Лев Павлович, доктор технічних наук, професор, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”; Дорогань Наталія Олександрівна, кандидат технічних наук, PhD, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”; Анікіна Марія Олександрівна, магістр, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського”


Розширення сировинної бази виробництва силікатних матеріалів із застосуванням відходів інших галузей промисловості є актуальною задачею, що комплексно вирішує питання хімічної технології, ресурсозбереження та охорони довкілля [1,2]. У значному ступені це стосується  ресурсоємного виробництва мінеральних в’яжучих матеріалів.

 Відомо, що серед багатотоннажних відходів промисловості значне місце займає червоний шлам, який утворюється у кольоровій металургії при виробництві глинозему з бокситів за технологією Байєра. Дослідженням і розробці технології виготовлення матеріалів із використанням червоного шламу приділяється значна увага  [3-5].  При цьому привертають увагу роботи по використанню червоного шламу у технології портландцементу як коригуючої залізовмісної добавки у сировинні суміші для виготовлення клінкеру при максимальній температурі випалу 1400-1450 0С [6-8]. 

Подана робота присвячена розвитку технологічних засад використання червоного шламу як техногенної сировини для виготовлення мінерального в’яжучого матеріалу при максимальній температурі випалу 1100 0С.

 Об’єктом дослідження стали сировинні суміші для виготовлення в’яжучого матеріалу на основі силікатної системи крейда – глина - червоний шлам. При цьому було застосовано крейду Здолбунівського родовища, глину Кривинського родовища, червоний шлам – відход глиноземного виробництва ПАТ «Запорізький алюмінієвий комбінат». 

За хімічним складом серед досліджуваної сировини проба здолбнівської крейди характеризується високим вмістом CaO, проба кривинської глини - найбільшою кількістю оксиду алюмінію при співвідношенні  SiO2 : Al2O3 = 4 : 1, проба червоного шламу – найбільшим вмістом Fe2O3, TiO2, суми лужноземельних і лужних оксидів типу RO + R2O = 8,62 мас.% (табл.1).

         Таблиця 1. 

Хімічний склад сировини

 

Аналіз мінералогічного складу досліджуваної сировини, проведений з застосуванням дифрактометру ДРОН – 3М, показав (рис.1,2):

 - основним породоутворюючим мінералом здолбунівської крейди є кальцит (97,6 мас.%) с домішками доломіту (1,2 мас.%), кварцу та каолініту – відповідно 0,5 и 0,6 мас.%.

- кривинська глини відносяться до групи полімінеральних з підвищеним вмістом монтморилоніту (30 мас. %), кварцу та польових шпатів;

- проба червоного шламу відзначається наявністю гетиту Fe2O3∙H2O, гематиту Fe2O3, гідраргілиту Al2O3∙3H2O, рутилу TiO2 і ільмениту FeTiO3. 

 Для визначення можливих обсягів утилізації червоного шламу в технології в’яжучих матеріалів низькотемпературного випалу типу романцементу було проведено аналіз складів вихідних сировинних сумішей із застосуванням комп’ютерної програми «РоманЦем» [9].

  Склад вихідних сировинних сумішей визначали у відповідності з відомими рекомендаціями щодо технології романцементу в інтервалі заданих значень гідравлічного модулю НМ=1,1 – 1,7.

 Аналіз отриманих результатів показав, що у вказаному інтервалі  HM можлива концентрація червоного шламу у складі сировинних сумішей суттєво залежить від різновидів та кількісного співвідношення інших компонентів, при цьому між вмістом шламу та числом гідравлічного модулю існує обернено пропорційна залежність.

 Встановлено, що у трикомпонентній суміші на основі системи крейда – глина кривинська – червоний шлам можливий вміст останнього становить при НМ=1,7 від 2,4 до 18,4 мас. %, при НМ=1,1 від 2,4 до 29,1 мас. %  та зростає із зменшенням гідравлічного модулю і кількості глини (рис. 1, 2).

 

Рис. 1. Залежність концентрації червоного шламу (Счш) від гідравлічного     

        модулю (НМ) при вмісті кривинської глини 10 (а) і 25 мас. % (b)




           Рис. 2. Залежність концентрації червоного шламу (Счш) від вмісту   

             кривинської глини (Сгк) при гідравлічному модулі 1,1 (а) і 1,7 (b)




Обрані для подальшого дослідження суміші на основі системи крейда-глина кривинська характеризуються відмінностями кількісного співвідношення компонентів і хімічного складу (табл. 2). 

Таблиця 2. 

 Склади сировинних сумішей




Суміш Чг з максимумом червоного шламу значно відрізняється від Чг3 з мінімумом червоного шламу суттєвим збільшенням кількісних співвідношень оксидів CaO : SiO2  (4,0 проти 2,5) і  SiO2 : Al2O3 (1,3 проти 3,5) при зменшенні кількісних співвідношень  CaO : Al2O3 (5,0 проти 8,8) і CaO : Fe2O3 (2,2 проти 14,4).

Результати рентгенофазового аналізу вказують на відмінності у фізико-хімічних перетвореннях при випалі досліджуваних сумішей, що корелюються із вказаним хімічним складом і залежать від вмісту в них червоного шламу та співвідношення компонентів (рис. 3).

 

Рис. 3. Дифрактограма проби Чг після випалу  на 1100оС

Очевидно, що після випалу на 1100 0С при однаковому якісному фазовому складі проба Чг з максимумом червоного шламу значно відрізняється від Чг3:

• щодо кристалічних фаз силікатів кальцію – інтенсифікацією розвитку воластоніту CS (2,97 Å)  при незначних відмінностях по C2S;

• щодо кристалічних фаз алюмінатів кальцію – інтенсифікацією утворення майєніту C12A7 (4,90 Å), C3А (2,70 Å) та CА  (2,52 Å); 

• щодо кристалічних фаз алюмосилікатів кальцію -  деяким зменшенням утворень геленіту C2AS (2,86 Å);

• щодо залізовмісних кристалічних фаз - інтенсифікацією розвитку C4AF  (2,63 Å);

• дещо більшою кількістю кристалічного SiO2 (3,35 Å).

Отримані результати тестувань проб досліджуваних матеріалів після випалу з максимальною температурою 11000С свідчать про певні відмінності їх в’яжучих властивостей. 

Згідно класифікації ДСТУ Б В.27-91-99 за швидкістю тужавлення проби в’яжучого на основі системи крейда – глина кривинська відносяться до групи швидкотужавіючих (термін початку від 15 до 45 хв.), характерними представниками якої вважаються ангідритовий та глиноземистий цемент і шлаколужні в’яжучі (табл. 3). 

                                                                                               Таблиця 3. 

Властивості в’яжучого матеріалу 




Такі гідравлічні мінеральні в’яжучі низькотемпературного випалу можуть стати в ряді будівельних робіт замінником більш енергоємного і вартісного портландцементу. 

Збільшення обсягів практичного використання багатотоннажних відходів промисловості, в тому числі червоного шламу, сприяє комплексному вирішенню питань екології, ресурсозбереження і технології виробництва силікатних будівельних матеріалів.

Література:

1. Комплексное развитие сырьевой базы промышленности строительных материалов / И.Б. Удачкин, А.А. Пащенко, Л.П. Черняк и др. — К. : Будівельник, 1988. — 104 с. 

2. Моссур П.М. Техногенное минеральное сырье и его использование в Украине/ П.М. Моссур, С.В. Негода // ГИАБ . 2007. № 6. С.299-307. 

3. Сай В.И., Черняк Л.П. Совершенствование технологии строительной керамики / Киев: Знание , 1985.- 22 с. 

4. Wang P, Liu DY Physical and chemical properties of sintering red mud and Bayer red mud and the implications for beneficial utilization. – Materials, 2012. - V.5. – pp. 1800–1810. 

5. Harekrushna Sutar, Subash Chandra Mishra, Santosh Kumar Sahoo, Ananta Prasad chakraverty, Himanshu Sekhar Maharana. Progress of Red Mud Utilization: An Overview. - American Chemical Science Journal, 2014. -V. 4. - Is. 3. – pp. 255-279. 

6. Liu XM, Zhang N. Utilization of red mud in cement production: A review. - Waste Management & Research, 2011. – V.29. -pp. 1053–1063. 

7. Ribeiro Daniel Véras. Potential use of natural red mud as pozzolan for Portland cement / Daniel Véras Ribeiro, João António Labrincha, Marcio Raymundo Morelli // Mat. Res., 2011.- vol.14.- no.1. 

8. Анікіна М.О., Дорогань Н.О., Черняк Л.П.   Аспекти  використання червоного шламу для виготовлення портландцементного клінкеру / III Міжна-родна науково-практична конференція “Актуальні проблеми в сферах науки та шляхи їх вирішення» - м.Одеса:«Smart and young» -   № 3, 2016.- С. 22-25.

9. Свідерський В.А., Черняк Л.П., Сангінова О.В.,Дорогань, Цибенко М.Ю. Програмне забезпечення технології низько температурних в’яжучих матеріалів /  Строительные материалы и изделия. – К.  – 2017. - № 1-2 (93). – С. 22-24.



Creative Commons Attribution Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
допомога Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter

Інші наукові праці даної секції

Конференції

Конференції 2024

Конференції 2023

Конференції 2022

Конференції 2021



Міжнародна інтернет-конференція з економіки, інформаційних систем і технологій, психології та педагогіки

Наукова спільнота - інтернет конференції

:: LEX-LINE :: Юридична лінія

Інформаційне суспільство: технологічні, економічні та технічні аспекти становлення