Влияние свойств породы на удельную поверхность вспученного заполнителя и изделий на его основе

2. Оценка экологической опасности хранения отходов добычи и переработки сульфидных руд цветных металлов / В. А. Маслобоев и др. // Проблемы разработки полезных ископаемых и стратегия устойчивого развития регионов России (на примере Воронежской области): мат-лы науч. конф. Воронеж: Элист. 2014. С. 24-51.

3. Simulated heap leaching and recovery of multiple elements from a mineralised black shale / H. R. Watling et al. // Hydrometallurgy. 2017. Vol. 167. P. 48-57.

4. Исследование возможности кучного выщелачивания цветных металлов из сульфидного сырья природных и техногенных объектов Мурманской области / А. В. Светлов и др. // Экология промышленного производства: межотр. науч.-практич. журн. / ФГУП «ВИМИ». 2015. Вып. 3. С. 65-70.

5. Баюрова Ю. Л. Отходы горнодобывающей промышленности для создания геохимических барьеров и очистки сточных вод // Проблемы освоения недр в XXII веке глазами молодых: мат-лы 12-го междунар. науч. школы молодых ученых и специалистов (23-27 ноября 2015 г.). М.: ИПКОН РАН, 2015. С. 367-369.

6. Физико-химические геотехнологии извлечения цветных металлов из некондиционных руд и техногенных отходов / А. В. Светлов и др. // Геология и стратегические полезные ископаемые Кольского региона: тр. IX Всероссийской Ферсмановской научной сессии, посвящённой 60-летию Геологического института КНЦ РАН (Апатиты, 2-3 апреля 2012 г.) / ред. Ю. Л. Войтеховский. Апатиты: K&M, 2012. С. 360-363.

7. Баюрова Ю. Л. Геохимические барьеры для очистки сточных и природных вод и доизвлечения цветных металлов // Плаксинские чтения — 2016 (26-30 сентября 2016 г.). СПб., 2016. С. 375-377.

Сведения об авторах

Денисова Юлия Леонидовна

Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты, Россия j uliabaj urova@mail.ru Светлов Антон Викторович

Институт проблем промышленной экологии Севера — обособленное подразделение ФГБУН ФИЦ «Кольский научный центр РАН», г. Апатиты, Россия svetlov@inep.ksc.ru

Denisova Yulia Leonidovna

Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre Apatity, Russia juliabajurova@mail.ru Svetlov Anton Viktorovitch

Institute of North Industrial Ecology Problems — Subdivision of the Federal Research Centre Apatity, Russia svetlov@inep.ksc.ru

DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.824-828 УДК 691.3

ВЛИЯНИЕ СВОЙСТВ ПОРОДЫ НА УДЕЛЬНУЮ ПОВЕРХНОСТЬ ВСПУЧЕННОГО ЗАПОЛНИТЕЛЯ И ИЗДЕЛИЙ НА ЕГО ОСНОВЕ

Н. В. Гургенян1, И. Б. Хачанова2

1 Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения

2 Национальный университет архитектуры и строительства Армении, г. Ереван, Армения

Аннотация

Исследования показали, что классификация перлитовой породы по средней плотности и крупности фракций сырья позволяет расширить ассортимент получаемых вспученных песков и тем самым создает возможность выбора наиболее оптимального заполнителя для получения теплоизоляционных перлитовых изделий с требуемыми и качественно улучшенными характеристиками. Ключевые слова:

перлитовая порода, заполнитель, удельная поверхность, коэффициент теплопроводности, прочность, водопоглощение.

"Kola Science Center of the RAS",

"Kola Science Center of the RAS",

INFLUENCE OF THE ROCK PROPERTIES ON THE SPECIFIC SURFACE OF THE EXPANDED FILLER AND MATERIALS ON ITS BASIS

N. V. Gurgenyan1, I. B. Khachanova2

11nstitute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia

2 National University of Architecture and Construction of Armenia, Yerevan, Armenia Abstract

The studies have shown that the classification of perlite rock by the density and size of the fractions makes it possible to widen the assortment of obtained expanded sands and thereby creates the possibility of choosing the most optimal aggregate for obtaining heat-insulating perlite products with required and qualitatively improved characteristics. Keywords:

perlite rock, filler, specific surface, coefficient of thermal conductivity, strength, water absorption.

При разработке составов теплоизоляционных материалов особое внимание уделяется межзерновой пористости, которая зависит от гранулометрического состава, формы зерен и удельной поверхности зернистого компонента. Межзерновая пустотность величина непостоянная и зависит от степени уплотнения, например, при получении изделий методом прессования. Влияние формы зерен на межзерновую пустотность сложно оценить однозначно. Принципиально наибольшую пустотность должны давать зерна сферической формы. Однако при подпрессовке хрупкие зерна вспученного перлита подвергаются разрушению, и даже в случае предварительно сферической формы происходит изменение формы зерен. При этом имеет место уменьшение межзерновой пустотности и увеличение удельной поверхности зерен [1].

Ниже, на рис. 1, приводятся данные для сравнения показателей удельной поверхности перлита, вспученного при 950 оС из фракции 0,63-1,25 мм перлитового сырья, классифицированного по плотности.

о г о н н е

с в

ь т с о н х

42000

а

ати

ер рли ев ре

о еп

н ь

л

е

£

1150 1650 2150

Средняя плотность породы, кг/м3

Рис. 1. Показатели удельной поверхности перлита, вспученного из сырья фракции 0,63-1,25мм в зависимости от плотности породы, где данные определены: 1 — методом Клячко — Гурвича; 2 — методом Товарова

Как видно из данных, полученных разными методами, несмотря на отличающиеся значения показателей, тенденция изменения удельной поверхности вспученных перлитов в зависимости от плотности породы носит следующий характер: с повышением плотности перлитов удельная поверхность вспученных перлитовых песков снижается.

Классификация сырья по плотности и крупности фракций создает возможность получения из одного и того же сырья вспученный перлит с различными значениями удельной поверхности, что значительно расширяет ассортимент полученных вспученных песков. Особое значение проводимые исследования имеют при использовании вспученного перлита в засыпной теплоизоляции [2-4].

Проведены также исследования влияния режимов термообработки на насыпные плотности вспученных перлитов, полученных из сырья разной плотности, показатели водопоглощения, коэффициенты теплопроводности. Все исследования показаны на примере перлита, вспученного из фракции сырья 0,63-1,25 из

породы Арагацкого месторождения, классифицированной по плотности [5, 6]. На рис. 2 приводятся сравнительные характеристики продукта, вспученного при температурах 950 и 850 оС. Как и следовало ожидать, данные таблицы свидетельствуют о преимуществе перлита, вспученного при температуре 950 оС. Вспучивание перлитового сырья в шахтной печи в условиях резкого нагрева-термоудара, сопровождающегося выбросом летучей фазы, приводит к интенсивной поризации перлита и разрыхлению гранул. В зависимости от условий формирования ячеистой структуры, в данном случае в зависимости от температуры вспучивания, припоровый слой может быть рыхлым и глянцевым (оплавленным).

Формирование глянцевой поверхности пор в ячеистых материалах существенно повышает прочность поризованной системы, причем тем значительнее, чем выше пористость материала. Продукт, полученный при низкой температуре (850 оС), имеет рванную, шероховатую поверхность, что отрицательно влияет на свойства вспученного перлита. В случае высокой температуры удельная поверхность вспученного перлита больше, но показатели водопоглощения , коюффициенты теплопроводности и насыпные плотности значительно ниже.

82

£ 62

с в

42

1100

1600

2100

Средняя плотность породы, кг/м3

тн

е

и ц

и ф

ф

о К

0,0471

и т с о

нд К

о ^

§ -§0,0421 роп /тВ

о

ет

0,0321

1100 1600 2100

Средняя плотность породы, кг/м3

1150 1650 2150

Средняя плотность породы, кг/м3

Рис. 2. Зависимость физико-технических характеристик вспученного перлита от режимов термообработки:

1 — температура вспучивания 850 оС; 2 — 950 оС

Использование вспученного перлита в изделиях ведет к его частичному разрушению в процессе формовки материала, в связи с чем изучен процесс разрушения вспученного перлита в зависимости от плотности и крупности сырья, из которого он получен. Конечно, надо отметить, что полученные показатели носят относительный характер. В частности, исследованы перлиты, вспученные из породы плотностью 714, 1450, 1550 и 1750 кг/м3 и фракций 0,63-1,25 и 1,25-2,50 мм. Эксперименты проводились по следующей методике: определенный объем вспученного перлита с модулем крупности (Мкр) помещался в дубовый ящик размерами 300 х 300 х 300 мм, заполненный 23 дубовыми кубиками размрерами 2 х 2 х 2 см. Ящик вращался со скоростью 24 об/мин в течение 5 мин. Затем вспученный перлит извлекался из ящика и определялся Мкр измельченного продукта. Полученные значения приведены в таблице.

Как видно из приведенных данных, с нарастанием плотности породы и укрупнением размера сырья наблюдается тенденция повышения прочности вспученного перлита.

Известно, что характеристики легкого заполнителя играют определенную роль в формировании физико-механических свойств теплоизоляционных изделий. В частности, для перлитовых изделий с использованием органической и неорганической связки зависимость прочности от характеристик заполнителя носит следующий характер (рис. 3 и 4).

Зависимость показателя измельчения вспученного перлита от плотности и крупности породы

Плотность Размер Насыпная Модуль (Мкр) Снижение величины Мкр, %

породы, фракций плотность крупности

кг/м3 сырья, мм вспученного вспученного перлита

перлита, кг/м3 до испытания после испытания абсолютное относительное

714 0,63-1,25 48 1,86 1,28 0,58 31,2

1,25-2,50 47 1,84 1,21 0,63 34,2

1450 0,63-1,25 56 1,72 1,31 0,41 23,8

1,25-2,50 62 3,78 3,26 0,52 13,8

1550 0,63-1,25 50 2,49 2,00 0,49 19,7

1,25-2,50 63 3,18 2,78 0,40 12,6

1650 0,63-1,25 55 3,41 2,86 0,55 16,1

1,25-2,50 65 4,39 3,80 0,59 13,4

1750 0,63-1,25 59 2,88 2,51 0,37 12,4

1,25-2,50 65 3,2 2,77 0,43 13,4

1850 0,63-1,25 60 2,44 2,13 0,31 12,7

1,25-2,50 62 2,68 2,37 0,31 11,6

1950 0,63-1,25 54 3,53 3,16 0,37 10,5

1,25-2,50 72 4,51 4,05 0,46 10,2

> 2000 0,63-1,25 67 3,65 3,31 0,34 9,3

1,25-2,50 75 3,63 3,30 0,33 9,1

и и

ита

ь т с о н ч

о роП

0,73

0,63

0,53

0,43

0,33

700 1000 1300 1600 1900 Средняя плотность, кг/м3

Рис. 3. Зависимость прочности при 10 %-й линейной деформации перлитоволокнистого материала (30 % волокна и 70 % перлита, вспученного из фракции сырья 0,63-1,25 мм) от средней плотности породы

С 700 1000 1300 1600 1900

Средняя плотность породы, кг/м3

Рис. 4. Зависимость прочности при сжатии изделий (30 % жидкого стекла и 70 % перлита, вспученного из фракции сырья 0,63-1,25 мм) от средней плотности породы

Таким образом, на свойства вспученного заполнителя огромное влияние оказывают плотность породы, крупность вспучиваемого сырья, а также режимы термообработки. Полученные показатели наглядно демострируют зависимость свойств заполнителя и изделий на его основе от плотности породы (ранее были исследованы перлиты, вспученные из перлитового сырья всех гостовских (ГОСТ 25226-96) фракций и исследованы их физико-технические показатели в зависимости от плотности породы) [7, 8]. Поскольку в исследованных теплоизоляционных изделиях содержание вспученного заполнителя составляет 70 %, то, как и следовало ожидать, физико-технические характеристики изделий, в данном случае прочность, зависят от свойств заполнителя и плотности породы, из которого он получен.

Литература

1. Ребиндер П. А. Поверхностные явления в дисперсных системах. М.: Наука, 1979. 384 с.

2. Алексеева Л. В. Технологические особенности производства вспученного перлита из сырья различных месторождений // Строительные материалы и изделия. 2005. № 6. С. 25-29.

3. file:///C:/Users/asusH81/Downloads/smii_2013_5-6_12%20(2).pdf.

4. Алексеева Л. В. Сравнительные исследования свойств вспученного перлита из перлитового сырья месторождения Фогош Украины и месторождений Греции, Армении, Турции, Грузии // Строительные материалы и изделия. 2016. № 2, 3. С. 92-95.

5. Гургенян Н. В., Бурначян Г. А., Хачанова И. Б. Повышение функциональных свойств перлитовых изделий при использовании заполнителя, полученного из классифицированного сырья // Информационные технологии и управление. Ереван, 2007. № 11. С. 8-16.

6. Экономическая эффективность применения вспученного перлита, полученного из классифицированного по плотности и крупности сырья / А. М. Меликсетян и др. // Всесоюзный журнал научных публикаций. М., 2012. С. 16-18.

7. Гургенян Н. В., Бурначян Г. А., Хачанова И. Б. Повышение функциональных свойств перлитовых изделий при использовании заполнителя, полученного из классифицированного сырья // Информационные технологии и управление. Ереван, 2007. № 11. С. 8-16.

8. Взаимосвязи основных физико-технических свойств перлитовой породы и вспученного перлита / Н. В. Гургенян и др. // Информационные технологии и управление. Ереван, 1999. № 1. С. 91-96.

Сведения об авторах Гургенян Нинель Вагинаковна

кандидат технических наук, Институт общей и неорганической химии им. Манвеляна НАН, г. Ереван, Армения gurnelius@gmail. com Хачанова Инесса Багратовна

доцент, Национальный университет архитектуры и строительства Армении, г. Ереван, Армения inessbag@yahoo.com

Gurgenyan Ninel Vaginakovna

PhD (Chemistry), Institute of General and Inorganic Chemistry of National Academy of Sciences of Republic of Armenia, Yerevan, Armenia

gurnelius@gmail.com Khachanova Inessa Bagratovna

Associate Professor, National University of Architecture and Construction of Armenia, Yerevan, Armenia inessbag@yahoo.com

DOI: 10.25702/^^2307-5252.2018.9.1.828-832 УДК 666.9 + 53.091 + 691.263.5

КОМПОЗИЦИОННОЕ МЕХАНОАКТИВИРОВАННОЕ ВЯЖУЩЕЕ НА ОСНОВЕ ДВУВОДНОГО ГИПСА Б. И. Гуревич, А. М. Калинкин, Е. В. Калинкина, В. В. Тюкавкина

Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия

Аннотация

Исследованы вяжущие свойства механоактивированной композиции, состоящей из природного двуводного гипса и минеральной добавки — нефелинового концентрата. Содержание CaSO4•2H2O в композиции составляло до 70 мас. %. Прочность при сжатии цементного камня на основе механоактивированной композиции, твердеющей в сухих условиях, через 1 сут достигает ~ 10 МПа, а через 28 сут увеличивается до 48 МПа, что существенно выше соответствующих показателей для традиционного безобжигового гипсового цемента. Ключевые слова:

природный гипс, нефелиновый концентрат, механоактивация, вяжущие свойства.