Рабата выполнена в соответствии с утвержденным министерством образования и науки РФ на 2011 год научного проекта «Исследование влияния железосодержащего традиционного природного и техногенного сырья на спекание керамических материалов. Влияние ионов Fe²⁺ и Fe³⁺ на образование низкотемпературного муллита»

Строительство и архитектура /4. Современные строительные материалы

Магистрант Д.А. Мартынцев, аспирант Д.Ю. Денисов,

к.т.н. И.В. Ковков, д.т.н., проф. В.З. Абдрахимов

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФОСФОРНОГО ШЛАКА

Самарская академия государственного и муниципального управления. Россия

Самарский государственный архитектурно-строительный университет. Россия

Фосфорный шлак - это побочный продукт производства фосфора термическим способом в электропечах при температуре 1300…1500^оС. Получается шлак в результате химического процесса в герметизированной дуговой печи. Этот процесс протекает в сильно восстановительной среде, которая при высокой температуре приводит к восстановлению фосфора. Фосфат кальция взаимодействует с углеродом кокса и кремнеземом, в результате чего образуется фосфор и шлаковый расплав. Шлак сливается из печей в огненно-жидком состоянии и гранулируется мокрым способом. На 1 т. фосфора приходится 10…12 т. шлака. На крупных химических предприятиях получают до двух млн. т. шлака в год. Химический и гранулометрический состав исследуемого шлака представлен в табл. 1 - 2.

Таблица 1. Химические составы сырьевых компонентов

Компонент	Содержание оксидов, мас. %
	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	Fe2O3	R2O	SO3	п.п.п.
Фосфорный шлак	43,8	1,8	48,4	1,45	0,73	0,42	0,21	2,48

Таблица 2. Гранулометрический состав фосфорного шлака

Компонент	Содержание фракций (мм), %
	>5	2,5-5	1,25-2,5	0,63-1,25	0,315-0,63	0,14-0,315	<0,14
Фосфорный шлак	0,7	18,2	30,8	18,2	13,2	9,5	9,4

На рис. 1 и в табл. 3 приведен поэлементный усредненный химический анализ фосфорного шлака, проведенный с помощью электронного растрового сканирующего микроскопа Phillips 525M.

Рис. 1. Поэлементный химический анализ фосфорного шлака

Таблица 3. Поэлементный химический анализ фосфорного шлака

Концентрация, % масс
O	Si	P	K	Ca
44,46	6,74	0,56	0,35	47,89

Рентгенограмма фосфорного шлака представлена на рис. 2.

Рис. 2. Рентгенограмма фосфорного шлака

Фосфорный шлак представлен следующими минералами: кристобалитом (d/n = 0,175; 0,201; 0,261 и 0,403 нм); кварцем (d/n = 0,182; 0,222; 0, 0,334 и 0,424 нм); ларнитом (d/n = 0,194; 0,203 и 0,312 нм); псевдоволластонитом (d/n = 0,199; 0,244; 0,342 и 0,437 нм) и гематитом (d/n = 0,251; 0,269 и 0,365 нм).

На рис. 3 представлены фотографии фосфорного шлака, сделанные на электронном растровом сканирующем микроскопе Phillips 525M.

Рис. 3. Микроструктура фосфорного шлака. Увеличение А х20; Б х100;

В х1000; Г х5000

Для анализа размера частиц фосфорного шлака как и для глинистых материалов, был проведен металлографический анализ на микроскопе МИМ - 8М при увеличении в 200 раз, (рис. 4).

Рис. 4. Металлографический анализ фосфорного шлака

Средний размер частиц шлака составил 0,5 мм.

Таким образом, проведенные исследования показали, что фосфорный шлак содержит псевдоволластонит, который позволит снизить усадку при обжиге кирпича. Кроме того, гранулометрический состав шлака позволяет вводить его в керамическую шихту без предварительного измельчения и рассева, что позволит в технологической схеме производства кирпича исключить грубое и среднее дробление.

Литература:

1. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. К вопросу об экологии и использовании техногенного сырья в производстве строительных керамических материалах. к -Самара: изд-во Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2005. -102 с.

2. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов Д.В., Абдрахимов А.В. Применение техногенного сырья в производстве кирпича и черепицы. -Санкт-Петербург: изд-во «Недра» 2004, -126 с.

3. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. Основы материаловедения. -Самара: изд-во Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2005. 495 с.

4. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. Химическая технология керамического кирпича с использованием техногенного сырья –Самара: изд-во Самарский государственный архитектурно-строительный университет. -2007. 431 с.