Диссертация (1141449), страница 16

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 16)

Лахджское месторождение лессовидных суглинков расположено в 41км к северо-западу от г. Аден и представляет собой крупную платообразную залежь. В провинции Хадрамаут имеется около 40 месторождений, представленныепородами незавершенной стадии минералообразования. Эти месторождения лессовидных суглинков расположены в вади Хадрамаут в 5–10 км к востоку и западуот г. Шибам.Таким образом, глинистые породы незавершенной стадии минералоообразования широко распространены как на территории Российской Федерации, так иво многих странах мира.

Изучение подобных пород в качестве сырья для производства материалов автоклавного твердения проводили с использованием отло-81жений месторождений Курской магнитной аномалии, Архангельской алмазоносной провинции, месторождений Новгородской области, которые относятся к Русской плите центральной части Восточно-Европейской платформы и месторождений юга Аравийского полуострова (Республика Йемен), являющегося частьюВосточно-Африканского щита.2.4 Взаимодействие в модельной системе «CaO–[SiO2–Al2O3–(MgO)]–Н2O»2.4.1 Кинетика взаимодействия в системе«известь – каолинит (монтмориллонит) – вода»Интенсификация процесса производства автоклавных материалов в значительной мере определяется скоростью связывания извести и силикатного, а внашем случае алюмосиликатного компонента (глинистых пород) в новообразования, что, в свою очередь, служит общим критерием эффективности принятоготехнологического режима изготовления изделий.Оценка реакционной способности глинистых минералов проводилась намодельных системах при использовании максимально возможно мономинеральных глин.

Для этого была изучена кинетика поглощения гидроксида кальциянаиболее типичными представителями глинистых минералов каолинитом (Глуховецкий каолинит) и монтмориллонитом (Черкасский бентонит) при различныхрежимах гидротермальной обработки [407, 411].Исследования проводили с использованием метода математического планирования эксперимента. Из глино-известковых смесей формовали образцы методом полусухого прессования при удельном давлении 20 МПа и запаривали в лабораторном автоклаве. После запаривания образцов определяли количествопоглощенного СаО.Выходной параметр y соответствует количеству CaO в мэкв, поглощенного1 г глины.

Значения параметров x1, x2, x3 обозначают соответственно содержаниеCaO в смеси с глиной, время и температуру гидротермальной обработки. Экспе-82римент проводили при следующем варьировании факторов: содержание CaO –15 x1 45 (мэкв/г глины); время – 8 x2 30 и 48 x2 222 (мин). После математической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии,описывающие влияние содержание СаО, времени и температуры гидротермальной обработки на поглощение СаО мономинеральными глинами.Для каолинитовой глины 1 и 2 эксперимент:y1к = 6,90 + 1,95x1+ 1,17x2 + 1,36x3 + 0,4x1x2 + 0,76x1x3 + 0,64(x12 – 0,725) – 0,81(x22 – 0,725);y3к = 9,35 + 3,57x1 + 1,54x2 + 1,34x3 + 0,64x1x2 + 0,94x1x3 + 0,73x2x3 – 1,18(x12 – 0,725)  0,64(x32 – 0,725);Для монтмориллонитовой глины 1 и 2-й эксперимент:y1м = 8,70 + 2,25x1 + 0,70x2 + 1,62x3 + 0,23x1x2 + 0,54x1x3 + 0,75(x12 – 0,725) – 0,70(x22 – 0,725)  0,33(x32 – 0,725);y3м = 11,24 + 4,26x1 + 1,93x2 + 2,20x3 + 1,82x1x2 + 1,50x1x3 1,23(x12 – 0,725) ++ 0,73(x32 – 0,725);Построены зависимости изменения поглощения и степени поглощения CaOот его содержания и температуры гидротермальной обработки, а также кинетические кривые взаимодействия CaO с каолинитом и монтмориллонитом (Рисунок2.17 и 2.18).Степень поглощения рассчитывали, как отношение массы поглощенногоСаО к его исходному содержанию в известково-глинистой смеси.

С повышениемсодержания CaO его поглощение увеличивается, а степень поглощения снижается, причем наиболее существенно при увеличении содержания СаО до 30 мэкв/гглины (см. рисунок 2.17). Можно сделать вывод, что наиболее эффективно СаОиспользуется в реакции при содержании в сырьевой смеси не более 30 мэкв/г глины. С ростом температуры поглощение и степень поглощения повышаются.Кинетические кривые (см.

рисунок 2.18) свидетельствуют о том, что наиболее интенсивно процесс поглощения извести протекает первые 20 мин гидротермальной обработки. Это характерно как для каолинита, так и для монтмориллони-83та. Далее скорость реакции замедляется и в течение последующего периода запаривания остается постоянной.а)б)Рисунок 2.17 – Поглощение (а) и степень поглощения (б) CaO глинами в зависимостиот содержания CaO и температуры при времени гидротермальной обработки 19 мин:1 – каолинитовая; 2 – монтмориллонитоваяРисунок 2.18 – Кинетика поглощения CaO глинистыми минераламипри содержании CaO 30 мэкв/г глины и температуре 160 С:1 – каолинит; 2 – монтмориллонитТакой характер поглощения связан, вероятно, с тем, что в течение времениизменяется механизм взаимодействия извести с глинистыми минералами.

Вначальный период времени реакция протекает в кинетической области. При этомчастицы глинистых минералов начинают покрываться слоем новообразований –продуктами взаимодействия извести и глинистых минералов (Рисунок 2.19). Ско-84рость поглощения извести в этот период определяется главным образом скоростью химического взаимодействия. Диффузия известкового компонента черезслой новообразований при этом протекает сравнительно быстро и не оказываетсущественного влияние на скорость поглощения извести.По мере увеличения слоя продуктов реакцииопределяющим фактором на скорость поглощенияизвести становится процесс диффузии, т.е. реакцияпротекает в диффузионной области.

В условияхнашего эксперимента реакция в кинетической области преимущественно протекает в первые 20 минРисунок 2.19 – Схема взаимо-гидротермальной обработки и далее переходит вдействия гидроксида кальция сдиффузионную.Для получения сравнительных характеристикглинистыми минералами:1 – ядро (глинистые минералы);кинетики взаимодействия глинистых минералов с2 – новообразования (продуктыизвестью, полученные данные обрабатывали повзаимодействия извести и гли-методу графико-математического анализа с приме-нистых минералов)нением уравнения Ерофеева-Колмогорова, которое выведено для модели ростасферических ядер, число которых увеличивается с постоянной скоростью, а такжес учетом их перекрывания.8n K K ...K o 1 2  K g3   3  3=1e,(2.1)где   степень превращения CaO;Kg  константа радиального роста сферического ядра, [см/сек];K – константа скорости реакции,   время, сек,или = 1  e k n ,(2.2)где n =  + 3 имеет смысл числа элементарных стадий при превращении зародыша в активно растущее ядро.85В более полном изложении n = a + , где   число стадий, a  зависит отчисла направлений, в которых растут ядра; a = 2 для двух и a = 3 для трех направлений.

Константа скорости процесса, рассчитывалась по уравнению Г. В. Саковича:Kc = nk1/n.(2.3)В наших расчетах определяли кинетические параметры Kc и n. Так как параметр Kc учитывает константы скоростей реакции образования зародышей и константу скорости радиального роста ядер, то при условии постоянства параметра nвеличину Kc можно большой долей вероятности использовать для характеристикии сравнения скоростей реакции, проходящей в различных условиях. Поэтому Kcусловно назвали константой скорости реакции.Расчетное значение кинетического параметра n для изучаемых систем составляет в пределах 0,20,5. Увеличение содержания CaO приводит к уменьшению значений константы скорости реакции (Рисунок 2.20). Максимальные значения Kc соответствуют содержанию CaO 1530 мэкв/г глины. Следовательно,оптимальные кинетические параметры реакции обеспечивает содержание CaO визвестково-глинистой смеси до 30 мэкв/г глины.Влияние температуры на Kc зависит как от вида глинистых минералов, так иот интервала времени гидротермальной обработки.

Расчеты значений Kc в интервалах времени гидротермальной обработки 830 (см. рисунок 2.20, а) и 48222мин (см. рисунок 2.20, б) показывают, что при содержании CaO 15 мэкв/г глиныповышение температуры увеличивает константу скорости реакции, причем это внаибольшей степени выражено для монтмориллонитовой глины. С увеличениемсодержания CaO положительное воздействие температуры на Kc ослабляется.В начальный период времени гидротермальной обработки (см. рисунок 2.20,а) значения константы скорости реакции для каолинитовой глины выше, чеммонтмориллонитовой.

Однако, величина абсолютного поглощения CaO выше умонтмориллонитовой (см. рисунок 2.17), что можно объяснить более высокойудельной поверхностью, за счет чего возникает больше активных центров кристаллизации продуктов реакции. В последующий период времени гидротермаль-86ной обработки значения Kc выше для монтмориллонитовой глины (см.

рисунок2.20, б).а)б)Рисунок 2.20 – Константа скорости реакции в зависимости от содержания CaOи температуры гидротермальной обработки:интервалы времени гидротермальной обработки, мин: а  830; б  48222;1  каолинитовая; 2  монтмориллонитоваяВремя гидротермальной обработки автоклавных материалов существеннозависит от того, как быстро связывается известь с компонентами сырьевой смеси.Поэтому на практике можно считать более реакционноспособным тот компонент,который поглощает большее количество CaO.

Характеристики

Список файлов диссертации