Диссертация (1141449), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Рациональное содержание тонкодисперсного кварца в глинистой породе115составляет 40–70 мас. %. Установлены оптимальные кинетические параметры прифазообразовании в системе «известь – глинистые минералы» и предельное поглощение оксида кальция глинистыми минералами, на основании чего разработана методика расчета известково-песчано-глинистого вяжущего, позволяющаяпровести корректировку сырьевой смеси для получения силикатных материалов свысокими эксплуатационными показателями. Установлено, что магнезиальныеглины ультраосновного состава обладают высокой реакционной способностью поотношению к извести и пригодны в качестве компонента вяжущего для производства автоклавных силикатных материалов.2.5 Выводы1.
Проведено теоретическое обоснование эффективности использованияглинистых пород незавершенной стадии минералообразования коры выветривания в качестве сырья для производства материалов автоклавного твердения. В составе коры выветривания большая часть отложений приходится на породы промежуточной стадии выветривания, механо- и хемоактивированные экзогеннымигеологическими процессами, т.е. стадии начала химического выветривания, в результате которого происходит разрушение кристаллической структуры породообразующих минералов алюмосиликатного состава исходных магматических и метаморфических пород, формирование дефектов кристаллической структуры иаморфизация поверхности силикатов. При этом исходные алюмосиликаты коренных пород уже разрушены, а новые слоистые алюмосиликаты глин еще не сформированы.
Эти отложения относятся к незавершенной стадии минералообразования, особенностью которых является наличие термодинамически неустойчивыхминералов: несовершенной структуры гидрослюда, смешаннослойные минералы,тонкодисперсный слабоокатанный кварц, а также Ca2+монтмориллонит и каолинит, высокое содержание рентгеноаморфного вещества. За счет особенностей состава и строения породообразующих минералов коры выветривания, в гидротермальных условиях возможно ускорение процессов растворения и, как следствие,116процессов зародышеобразования, формирования новообразований цементирующих соединений на их основе и снижение энергозатрат при производстве автоклавных материалов.
Это явилось основной научной гипотезой данных исследований.2. На основании данных о генезисе пород коры выветривания, процессахфазообразования в искусственных системах автоклавного твердения и их сопоставления с природными аналогами минералообразования, предложена схема экзогенных процессов генезиса глинистых пород как сырьевой базы автоклавныхматериалов. С учетом анализа различных классификаций алюмосиликатных образований кор выветривания, предложена классификация новой сырьевой базы автоклавных материалов, позволяющая давать прогнозную оценку для выбора энергоэффективного сырья.3.
Глинистые породы незавершенной стадии минералообразования не удовлетворяют требованиям нормативных документов для производства традиционных строительных материалов. Однако использование таких термодинамическинеустойчивых пород, механо- и хемоактивированных экзогенными геологическими процессами, позволит управлять процессами структурообразования автоклавных материалов, при этом возможен синтез нетипичных для традиционных известково-песчаных силикатных материалов новообразований, обеспечивающихвысокие физико-механические свойства изделий.
Наличие в составе глинистыхпород незавершенной стадии минералообразования термодинамически неустойчивых соединений позволяет предположить возможность их использования в качестве компонента вяжущего и кремнеземистого заполнителя при производствекак плотных, так и поризованных автоклавных силикатных материалов. Это будетспособствовать решению главной задачи современной науки – снижение энергоемкости производства строительных материалов.4. Установлено, что в известково-песчано-глинистой смеси, с известью реагируют преимущественно глинистые минералы, что оказывает определяющеевлияние на процессы синтеза новообразований.
Тонкодисперсный кварц лишь частично вступает в реакцию с образованием низкоосновных гидросиликатов каль-117ция типа CSH(B). Реакционной способностью в этих условиях кварц обладает втом случае, если его дисперсность составляет менее 0,005 мм. Крупнодисперсныйкварц с известью практически не реагирует.5. Получены новые данные о кинетике взаимодействия глинистых минералов с оксидом кальция в гидротермальных условиях. Установлены оптимальныекинетические параметры при фазообразовании в системе «известь – глинистыеминералы» и предельное поглощение оксида кальция глинистыми минералами, наосновании чего разработана методика расчета известково-песчано-глинистого вяжущего, позволяющая провести корректировку сырьевой смеси для получениясиликатных материалов с высокими эксплуатационными показателями.6.
Установлено, что рациональное содержание тонкодисперсного кварца вглинистой породе составляет 40–70 мас. %. При этом соотношение минеральныхфаз «слоистые алюмосиликаты/высокодисперсный кремнезем» в составе породынаходится в диапазоне 1,5–0,4. Такой состав отвечает глинистым породам незавершенной стадии минералообразования. Учитывая особенности генезиса, состава и строения таких пород можно сделать вывод о том, что это сырье, способствующее синтезу цементирующих веществ оптимальной микроструктуры, можетслужить сырьевой базой для производства широкой номенклатуры автоклавныхстроительных материалов.7. Установлено, что магнезиальные глины ультраосновного состава обладают высокой реакционной способностью по отношению к извести и пригодны вкачестве компонента вяжущего для производства автоклавных силикатных материалов. Рациональное содержание извести в известково-сапонитовом вяжущемсоставляет 20 мас. %.
При этом формируется оптимальная структура цементирующего вещества, обеспечивающая получение плотной матрицы из новообразований, что обеспечивает высокие физико-механические показатели силикатных материалов.Механоактивацияизвестково-сапонитовоговяжущегоразрушаетструктуру глинистых минералов, аморфизует поверхность кристаллов отдельныхминералов, что приводит к повышению реакционной способности сапонита и, соответственно, сокращению времени синтеза новообразований.1183 ОСОБЕННОСТИ СОСТАВА ГЛИНИСТЫХ ПОРОДНЕЗАВЕРШЕННОЙ СТАДИИ МИНЕРАЛООБРАЗОВАНИЯКАК СЫРЬЕВОЙ БАЗЫ СИЛИКАТНЫХ АВТОКЛАВНЫХ МАТЕРИАЛОВДля подтверждения рабочей гипотезы и апробации, проведенных теоретических и экспериментальных исследований, были изучены состав и морфоструктурные особенности глинистых пород незавершенной стадии минералообразования ряда месторождений РФ и зарубежных государств как сырья дляпроизводства материалов автоклавного твердения.С учетом установленных процессов фазообразования в модельных системахслоистых алюмосиликатов с известью в условиях автоклавной обработки, былирассмотрены состав, свойства и морфоструктурные характеристики данного виданетрадиционного для технологии силикатных автоклавных материалов сырья.Отложения смешаннослойных алюмосиликатных пород незавершеннойстадии минералообразования характерны для всей территории Русской плиты.Поэтому для апробации были использованы осадочные породы различных генетических типов, сформированных на основе магматических и метаморфическихпород различного состава:– осадочные породы региона Курской магнитной аномалии (КМА), которыепопали в зону горных работ при добыче железистых кварцитов – суглинки, супесь, глина опоковидная, глина монтмориллонит-гидрослюдисто-кварцевая, глинапесчаная монтмориллонит-каолинитовая;– породы коры выветривания сланцев (серицит-кварц-биотитовый и шамотизированный каолинит-гидрослюдистый) (КМА);– суглинки и отсев обогащения песка месторождений Воронежской области;– отсев обогащения песка месторождений Новгородской области;– супеси (ААП-1, ААП-2) и магнезиальная глина Архангельской алмазоносной провинции (ААП).Также в работе использовали глинистые породы (суглинки) месторожденийЛахдж и Шибам Республики Йемен.1193.1 Состав и свойства глинистых пород Лебединского месторождения КМА3.1.1 Характеристика осадочных глинистых породВ зону горных работ на Лебединском месторождении КМА попали эоловоэлювиально-делювиальные глинистые породы четвертичного возраста.
Для изучения технологических свойств глинистых пород АО «Белгородгеология» былиотобраны 13 проб (Таблица 3.1). Суглинки представляют собой рыхлые породыкоричневого цвета. Количество включений колеблется от 0,20 до 3,68 мас. %,среднее 1,74 мас. %. Включения представлены мелом (до 14,4 мм в диаметре),кварцевым песком и ожелезненными образованиями.Таблица 3.1 – Гранулометрический состав суглинков КМА№Содержание фракций в %,Общий оста-размер в ммток на сите стехнол.Частные остатки на ситах в %с размером отв.
сит в мм0,10,010,005менееразм.0,010,0050,0010,0010,5 мм, %5,02,00,53243,5210,3111,6534,520,560,070,100,393344,969,7911,3933,861,280,080,240,963446,818,858,9835,361,500,340,151,013547,369,1811,0832,382,660,830,451,383640,6210,2310,9440,210,720,210,513745,0211,0213,5630,401,300,070,091,143861,429,4612,6743,250,860,030,040,793961,427,678,4322,483,410,360,152,904055,849,4110,0024,771,260,060,201,004136,0610,7313,9839,731,540,230,241,074251,967,128,0032,920,29–0,020,274352,977,139,8130,103,560,060,063,444459,196,007,7327,583,680,140,093,45проб120Структура пород глинисто-алевритовая, а для проб №№ 39, 43, 44 глинистоалевро-псаммитовая. Количество частиц фракции менее 0,005 мм составляет30,91–55,92 мас.
%. В состав пылевидной фракции входит от 26 до 50 мас. %кварца. По химическому составу породы относятся к категории кислых с высокимсодержанием свободного кремнезема (35,76–62,80 мас. %) (Таблица 3.2).Таблица 3.2 – Химический состав суглинков Лебединского месторожденияКМА№пробыSiO2SiO2своб.Al2O3 Fe2O3 FeOTiO2CaO MgO MnO P2O5 Na2O K2O п.п.п. Сумма3271,08 55,40 11,81 4,68 0,36 0,92 1,62 1,04 0,08 0,07 0,47 1,65 5,68 99,463372,01 40,12 11,88 4,43 0,64 0,91 1,44 1,15 0,08 0,07 0,44 1,65 5,28 99,983473,28 45,88 11,15 4,46 0,28 0,86 1,22 1,08 0,08 0,07 0,40 1,52 5,42 99,823569,52 45,28 10,73 4,03 0,5C] 0,80 3,35 1,17 0,06 0,07 0,44 1,52 7,25 99,443666,97 39,96 12,75 5,33 0,28 0,92 1,38 4,20 0,10 0,09 0,44 1,60 6,34 100,403764,83 39,16 11,15 4,13 0,57 0,82 6,29 1,34 0,07 0,07 0,64 1,60 8,90 100,413868,07 40,60 12,98 5,60 0,32 0,88 1,38 1,32 0,09 0,06 0,39 1,52 6,23 98,843975,89 54,84 6,98 2,38 0,53 0,60 3,35 0,91 0,05 0,06 0,36 1,12 6,45 98,684073,46 48,96 9,28 3,32 0,50 0,78 2,88 0,92 0,08 0,07 0,47 1,52 6,01 99,294161,80 35,76 12,02 4,29 0,57 0,86 4,96 1,30 0,08 0,07 0,45 1,52 11,00 98,924274,73 48,60 10,73 4,21 0,28 0,87 1,28 0,90 0,06 0,08 0,37 1,52 4,70 99,734375,31 54,72 9,36 3,66 0,71 0,66 2,13 0,88 0,07 0,05 0,27 1,05 5,65 99,804479,59 62,80 8,37 3,61 0,36 0,65 1,33 0,69 0,07 0,03 0,23 0,95 4,05 99,93Термический анализ пород (Рисунок 3.1) показал наличие адсорбционной иконституционной воды глинистых минералов (эндоэффект 100–120 и 540–550 С).Эндотермический эффект полиморфного превращения кварца (575 С) выделяетсяв пробах №№ 35, 39, 42, 43, 44.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
