Магистрант Колпаков А.В., аспирант Денисов Д.Ю., д.т.н. Абдрахимов В.З.

Самарская академия государственного и муниципального управления, Россия

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГОРЕЛЫХ ПОРОД

В связи с изменившимися нормативами по теплотехническим параметрам к ограждающим конструкциям в настоящее время на рынке строительных материалов наблюдается повышенный спрос на теплоизоляционные материалы [1, 2]. Применение теплоизоляционных материалов позволяет снизить толщину, массу стен и других ограждающих конструкций, что влечет за собой соответственно снижение общей стоимости строительства. Кроме того, сокращение потерь тепла в отапливаемых зданиях значительно уменьшает расход топлива, что особенно актуально в настоящее время [1, 2]. В работах [2, 3] была показана принципиальная возможность использования горелых пород в производстве теплоизоляционных материалов.

Образуются горелые породы в местах добычи сланцев. Сланец, который не удалось в процессе добычи отделить от пустой породы, направляется в отвал. В терриконах при совместном хранении пустых пород и сланцев за счет повышенного количества в смешанных отвальных массах органических соединений происходит самовозгорание, которое приводит к образованию большого количество отхода ─ горелых пород [2-4]. Горелые породы представляют собой продукт низкотемпературного обжига при самовозгорании породы (смесь глины и сланцев) в терриконах в окислительной среде. Количество горелых пород в терриконах составляет от 75 до 90 % от объема отвала. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожженным при 800-1000 °С.

Истинная плотность горелых пород Самарской области составляет 2,4-2,7 г/см3, средняя плотность - 1300-2500 кг/м3. Особенность горелых пород - высокая микропористость как следствие появления микрощелей и достаточно высокая адсорбционная активность.

Химический состав горелых пород, образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев представлен в таблице.

Таблица 1. Химический состав горелых пород, образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

SO3

R2O

П.п.п.

39-40

12-13

7-8

17-18

6-7

1-2

14-15

 

Горелые породы, хотя и является отходами производства, но по химическому составу идентичны алюмосиликатному природному сырью для производства стеновых керамических материалов, что позволяет использовать их в производстве легковесного кирпича как основного компонента шихты [2-4].

Горелые породы, в отличие от глинистых компонентов, не обладают пластичностью и связующей способностью, поэтому керамические материалы на их основе требуют использование пластических компонентов.

Повышенные содержания в горелых породах [2-4]:

1) п.п.п. (потерь при прокаливании) способствует обжигу кирпича изнутри;

2) оксидов железа и кальция спеканию при относительно невысоких температурах (1000-1050 оС);

3) оксида алюминия повышению прочности и морозостойкости.

Для анализа размера частиц исследуемого горелых пород был проведен металлографический анализ на микроскопе МИН – 8М при увеличении в 200 раз (рисунок 1).

Преображенская 6Преображенская 5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 - Металлографический анализ горелых пород

 

Как видно из рисунка 1 в образцах много крупных включений (размером более 10-15 мкм).

Микроструктура горелых пород представлена на рисунке 2.

                               А                                                      Б

Преображенская 111Преображенская222

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Микроструктура горелых пород. Увеличение: А – х400; Б х1500

 

Минералогический состав горелых пород разнообразен, однако общим для них является наличие активного глинозема в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или в виде активных компонентов: глинозема, кремнезема и железистых соединений. В отличие от зол и шлаков горелые породы почти не содержат стекловидных компонентов и характеризуются высокой сорбционной способностью.

Рентгенофазовый состав исследуемой горелой породы проводился на дифрактометре ДРОН – 6 с использованием СоКα- излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град/мин. На рисунке 3 представлена рентгенограмма горелой породы.

На дифрактометре порошка горелой породы отмечаются характерные интенсивные линии (d/n = 0,171; 0,243 и 0,436 нм) магнетита, присутствие линии (d/n = 0,184; 0,258 и 0,269 нм) обусловлено гематитом, линии (d/n = 0,197; 0,227; 0,230; 0,280 и 0,335 нм) кварцем, линии (d/n = 0,202; 0,225; 0,260; 0,302 и 0,436 нм) гидрослюдой без конституционной воды, линии (d/n= 0,211; 0,218; 0,298 и 0,405 нм) волластонитом, а линии (d/n = 0,313; 0,362 и 0,67 нм) полевым шпатом.

В горелых породах присутствуют характерные минеральные новообразования: волластонит, гидрослюда без конституционной воды, которая уже не обладает свойствами глины (пластичностью), оксиды железа из-за

Рисунок 3 – Рентгенограмма горелой породы

 

недостаточного доступа кислорода при горении пород восстанавливаются до магнетита.

Литература:

1. Абдрахимов В.З., Семенычев В.К., Ковков И.В., Денисов Д.Ю., В.А. Куликов, Вдовина Е.В. Использование жидкого стекла и техногенного сырья в производстве огнеупорных водостойких теплоизоляционных материалов // Огнеупоры и техническая керамика. -2011. -№3. –С. 30-35.

2. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Семенычев В.К. Исследование тепломассообменных процессов при обжиге теплоизоляционных изделий на основе горелых пород и бейделлитовой глины // Новые огнеупоры. -2011. -№4. –С. 31-34.

3. Куликов В.А., Абдрахимов В.З., Ковков И.В. Использование горелых пород в производстве кирпича полусухого прессования // Башкирский химический журнал. -2010. – Том 17. -№4. –С. 82-84.

4. Абдрахимов В.З., Белякова Е.А., Денисов Д.Ю. Экспериментальное исследование теплопроводности легковесного кирпича на основе бейделлитовой глины и горелых пород // Огнеупоры и техническая керамика. -2010. -№ 11-12. –С. 49-52.