Диссертация (1141449), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Основнымнаправлением развития акустических материалов, как показывает опыт их производства и применения, должен являться выпуск однослойных поризованных ма-23териалов. Однако развитие их производства сдерживается из-за недостаточнойизученности вопросов использования сырья на основе промышленных отходов,особенностей технологии производства и обоснованным требованиям к качествуконечной продукции [12, 84–86].Таким образом, автоклавная технология производства строительных материалов отличается высокой экономической эффективностью, гибкостью технологии и экологической чистотой.
В производстве автоклавных силикатных материалов можно использовать как природное, так и техногенное сырье. Однако наиспользуемом в настоящее время сырье (кварцевый песок) можно получать ограниченную по свойствам и назначению номенклатуру изделий. Значительное расширение сырьевой базы производства заключается в использовании нетрадиционного сырья, в частности, глинистых пород НСМ, за счет чего можно выпускатьпо энергосберегающей технологии высокоэффективные прессованные и ячеистыеизделия и существенно расширить их номенклатуру.1.2 Сырьевая база производства строительных материаловавтоклавного тверденияОсновным сырьем, используемым в производстве силикатных материалов,является песок, известь и вода. Месторождения песков, удовлетворяющие нормативным документам, ограничены.
Пески для производства силикатных материалов в государственном балансе полезных ископаемых учитываются вместе состроительными песками. Число месторождений этой группы составляет около 2,5тыс. Однако ввиду отсутствия систематического учета запаса сырья часть месторождений не разрабатывается. Кроме этого ухудшаются горно-геологическиеусловия вводимых месторождений.
Так за последние 15 лет средний объем запасов на месторождениях уменьшился почти в 3 раза. Учитывая, что доля затратгорного цеха на производство силикатных материалов весьма значительна и составляет 15–20 %, назрела необходимость более эффективного использования вкачестве сырьевых материалов различных побочных продуктов и отходов промышленности [66, 87–90].24При добыче полезных ископаемых из недр извлекается огромное количество попутно добываемых пород, которые могут быть использованы в промышленности, а иногда и сами являются не менее ценными полезными ископаемыми,чем добываемое сырье. Например, среди возможных источников сырья на такихкрупных месторождениях полезных ископаемых как Курская магнитная аномалия(КМА), Архангельская алмазоносная провинция (ААП) для производства материалов автоклавного твердения могут быть рассмотрены нетрадиционные длястройиндустрии глинистые и магнийсодержащие породы, сотни миллионов тоннкоторых попадают в зону горных работ.
Кроме этого подобные породы широкораспространены на территории РФ [91–95].Магнийсодержащие силикаты широко распространены в земной коре, однако мало изучены и весьма ограниченно применяются в промышленном производстве. По генезису и свойствам магнийсодержащие силикаты с позиций их использования в промышленности подразделяются на три группы: простейшие (чистыесиликаты магния), смешанные (кальциево-магниевые, железисто-магниевые силикаты) и комплексные слоистые силикаты (сложные алюмосиликаты магния идругие соединения).
Основное внимание исследователей было уделено простейшим и некоторым видам смешанных силикатов, комплексные же силикаты недостаточно изучены [96–100].По классификации попутных продуктов П. И. Боженова [101] в силикатнойпромышленности можно использовать твердые попутные продукты, не утратившие природных (естественных) свойств: карьерные остатки, остатки после обогащения. Для силикатной промышленности большой интерес представляют мелкозернистые попутные продукты – порошки, с размером зерен менее 0,5 мм.Успешная разработка эффективных составов сырьевых смесей с применением промышленных отходов может осуществляться лишь на основе глубоких иразносторонних исследований физико-химических и технологических процессовтвердения [102–111]. Особую актуальность имеет изучение влияния сырья напроцессы структурообразования и, соответственно, свойства автоклавных силикатных материалов [8, 112–119].
Надежной основой при разработке новых и мо-25дификации традиционных строительных материалов и технологий их производства служит теория искусственных строительных конгломератов, разработаннаяИ. А. Рыбьевым [120–124].Бурно развивающиеся производства различных видов строительных материалов требует огромных расходов природного минерального сырья. Одним изосновных источников этого сырья могут служить вскрышные и отвальные породы, большая часть которых пригодны для производства различных стройматериалов. Сейчас же используется не более 2 %.
Кроме этого подобные породы благодаря своему минеральному составу могут служить сырьем для получениястроительных материалов по энергосберегающей технологии. Мировой опыт показывает, что затраты на внедрение энергосберегающих технологий в 3–5 разаменьше, чем на добычу и производство первичных энергоисточников, эквивалентных по объему сбереженным [125].Широкое использование отходов горнодобывающей промышленности в качестве сырья для производства строительных материалов является актуальной задачей, решение которой позволит существенно улучшить технико-экономическиепоказатели стройиндустрии и снизить отрицательное воздействие на локальныеэкологические системы [2, 9, 126–131].Научные и практические разработки отечественных ученых свидетельствуют о возможности использования многих попутных и побочных промышленныхпродуктов в качестве сырья для производства автоклавных материалов. Это связано с тем, что сырье вторичного происхождения в производстве автоклавных материалов можно использовать в естественном состоянии или после несложной ималоэнергоемкой обработки [1, 4, 132–134].Таким образом, вследствие сокращения расходов на геологоразведочныеработы объем запасов месторождений кварцевого песка, являющегося основнымсырьем в традиционной технологии производства автоклавных силикатных материалов, уменьшается.
Учитывая высокую долю затрат на сырье при производствесиликатных материалов необходимо более эффективно использовать в качествесырья различные отходы промышленности и, в частности, глинистые породы26НСМ, в больших количествах попадающие в зону горных работ горнодобывающей промышленности. Для этого необходимо изучение состава и свойств этихпород как сырьевой базы автоклавных материалов.1.3 Фазообразование в системах автоклавного тверденияСистема CaO–SiO2–H2O. Изучением этой системы занимались многие ученые: П. И. Боженов, Ю.
М. Бутт, Л. Н. Рашкович, Х. С. Мамедов, Г. Л. Калоусек,О. П. Мчедлов-Петросян и др. Результаты этих исследований обобщены в целомряде работ [135–147].Известно более 20 гидросиликатов кальция, среди которых наибольшеепрактическое значение в условиях производства силикатных материалов имеютC2SH(A), C2SH2, CSH(B) и тоберморит C5S6H5, реже ксонотлит [148, 149].Превалирующее значение в формировании структуры силикатных материалов имеют процессы растворения исходных компонентов (гидроксида кальция икварца) в жидкой фазе с последующей кристаллизацией из пересыщенного раствора гидросиликатов кальция [135]. В первом периоде автоклавной обработки,сопровождающемся плавным подъемом температуры, растворимость Ca(OH)2снижается, а SiO2 увеличивается.
Сначала в среде насыщенного раствора Ca(OH)2на кварцевом песке естественной крупности при гидротермальной обработке при174–200 С образуется двухосновной гидросиликат кальция C2SH(A) или C2SH2. Сповышением температуры и длительности гидротермальной обработки в раствореснижается концентрация гидроксида кальция и увеличивается растворимостькремнезема [150, 151]. При этом преимущественно возникают низкоосновныегидросиликаты группы CSH(B). Длительная гидротермальная обработка способствует образованию тоберморита C5S6H5, а также возможно образование ксонотлита C6S6H.Доказана возможность прямого образования низкоосновных гидросиликатов кальция CSH(B) минуя стадию двухкальциевого гидросиликата.
Это достигается тонким измельчением части кварцевого песка, при котором достигается со-27отношение концентрации CaO к SiO2 в жидкой фазе от 0,6:1 до 1,3:1. При измельчении кварца возрастает его химическая активность [152, 153, 154].С. И. Хвостенков [155–157] выдвинул гипотезу, что взаимодействие компонентов силикатной смеси обусловлено топохимической кислотно-основной реакцией непосредственно между водной суспензией извести и твердой поверхностьюкварца без предварительного растворения их в воде.
Потом аморфные и кристаллические высоконасыщенные гидросиликаты кальция реагируют с коллоиднойкремнекислотой с образованием низкоосновных гидросиликатов кальция.Установлено, что слабоокристаллизованные гидросиликаты кальция, а также тоберморит, обладающий высокой дефектностью, способен вбирать в своюструктуру примеси различных катионов и анионов [158, 159].Полиминеральныйсоставкремнеземистогокомпонентасущественноусложняет химизм гидротермальных реакций. В работах ряда исследователейустановлено влияние на процессы силикатообразования едких щелочей, содержащихся в полевых шпатах [160–165].Системы CaO–Al2O3–H2O и CaO–Fe2O3–H2O.
Ю. М. Бутт и С. А. Кржеминский [166,167] изучая систему CaO–Al2O3–H2O подвергали гидротермальнойобработки при температурах 174 и 203 С смеси из Ca(OH)2, кристаллическогоглинозема и алюмогеля. В образцах отмечалось образование гидроалюминатовкальция, основность которых возрастала при увеличении отношения Ca(OH)2 кAl2O3, повышения температуры и продолжительности гидротермальной обработки. Так при соотношении Ca(OH)2 к Al2O3 1:1 и 2:1 образуется 2CaOAl2O3nH2O, апри соотношении 3:1 и 4:1 образуется трехкальциевый гидроалюминат с 5–6 молекулами связанной воды.Напротив, данные А. Майюмдара и Р.
Роя [168] указывают, что при температуре 100–1000 С стабильны две фазы: C3AH6 (область устойчивого существования 100–215 С) и C4A3H3 (устойчив при температурах выше 215 С). Эти данные также подтверждены Б. Н. Виноградовым [135].Литературные данные о температурной области образования и существования гексагональных гидроалюминатов и трехкальциевого гидроалюмината проти-28воречивы.
По П. И. Боженову и др. [169] C3AH6 устойчив до 300 С, а по Э.Карлсону [170], при температурах 220–226 С C3AH6 превращается в C4A3H3.Имеются также данные [137], согласно которым C3AH6 возникает в гидротермальных условиях при температуре до 150 С, при температуре 185–330 С образуется C4A3H3. Исследования [171, 172] показали, что первыми появляются гексагональные C4AH12 и C2AH6, которые в дальнейшем при температуре выше 21 Спревращаются в C3AH6.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
