Исследование седиментационных свойств суглинка и техногенных отходов промышленности с целью их применения при производстве керамического кирпича

4. Для организации производства стального шпунта в соответствии с Евронормами выполнить реконструкцию рельсобалочного стана, предусмотрев увеличение диаметра валка до 1 000 мм и длины точки до 2 500 мм.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Быков В. А., Соколов П. Б., Макаров В. М., Киричков А. А. Варианты реконструкции универсально-балочного стана НТМК при использовании непрерывнолитой заготовки / Сталь, 1994. - № 8. -С. 43 - 47.

2. Носенко О. П. Проблема производств стального шпунта в Украине (часть 1) / Теория и практика металлургии. - 2012. - № 3. - С. 170 - 172.

3. Носенко О. П. Проблема производств стального шпунта в Украине (часть 1) / Теория и практика металлургии. - 2012. - № 4. - С. 24 - 27.

4. Носенко О. П. Освоение профиля шпунтовой сваи повышенной прочности несущей способности (часть 3) / Теория и практика металлургии. - 2012. - № 5. - С. 86 - 91.

5. Бапе^^. - № 15. Сентябрь, 2008.

УДК: 699.712:002.68

ИССЛЕДОВАНИЕ СЕДИМЕНТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СУГЛИНКА И ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ С ЦЕЛЬЮ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

А. П. Приходько, д. т. н., проф., Н. В. Шпирько, д. т. н., проф., Н. С. Сторчай, к. т. н., доц., А. Н. Гришко асп., Ю. Н. Вечер, асп., Д. В. Кононов, асп., Б. В. Богданов, студ.

Ключевые слова: седиментационный анализ, седиментометр Ребиндера, дисперсность, суглинок, техногенные продукты производства

Актуальность проблемы. Одним из экономически выгодных направлений использования техногенных отходов промышленности является получение на их основе керамического кирпича с эксплуатационными свойствами, соответствующими требованиям действующих стандартов. Физико-механические свойства получаемых строительных материалов в значительной степени зависят от дисперсности сырьевых компонентов. Высокодисперсные частицы обладают большей реакционной способностью. Поэтому важно знать размер частиц, поскольку от него зависит в дальнейшем структура и свойства материала.

Цели и задачи исследований. Учитывая, что увеличение дисперсности приводит к росту реакционной способности строительных материалов, необходимо исследовать низкокачественное суглинистое сырье и техногенные отходы промышленности с целью их совместного применения в технологии строительных материалов.

Методы исследований. Существует много методов дисперсионного анализа микрогетерогенных систем: по величине среднеквадратического сдвига А, по величине осмотического давления и по оседанию частиц — седиментации.

Седиментационный анализ исследуемых материалов осуществлялся при помощи седиментометра Ребиндера, который работает по принципу сообщающихся сосудов.

Он справедлив только для систем, в которых размеры частиц лежат в пределах 10-5 -10-2 см и выполняется закон Стокса, а именно: частицы имеют сферическую форму; движутся ламинарно, независимо друг от друга и с постоянной скоростью; трение является внутренним для дисперсионной среды.

Если размеры частиц превышают предел 10-2 см, то ламинарный режим движения нарушается - возникает турбулентность. Если сила тяжести превышает силу трения, движение становится равноускоренным и становится неприменимым. Если размеры частиц < 10-5 см, то частицы участвуют в броуновском движении, следствием которого является диффузия, направленная противоположно седиментации, и на движение таких частиц сильно влияют конвекционные тепловые потоки [1].

Седиментационный анализ состоит в экспериментальном получении кривой седиментации - зависимости массы осадка Р дисперсной фазы от времени осаждения (т).

Все реальные порошки полидисперсны и поэтому оседают с различными скоростями.

Четкой границы осветления суспензии нет. Тангенсы углов наклона ф касательных к кривой седиментации определяют скорости седиментации соответствующих фракций частиц, зная скорости которых можно рассчитать, с учётом неправильной формы частиц, эквивалентный радиус по уравнению:

К^и,

г = .

сед

Построением интегральной, а затем дифференциальной кривой распределения частиц полидисперсной системы по их радиусам заканчивается седиментационный анализ.

Из построенной седиментационной кривой Qi = т) видно, что чем дольше идет осаждение, тем меньше прирост массы осадка. Чем крупнее частица, тем быстрее она оседает, но мелкие частицы, находящиеся вблизи дна стакана, осядут скорее, чем крупные, находящиеся у поверхности жидкости, т. е. на расстоянии Н от дна мерного стакана. В результате на дне стакана будут собираться частицы всех размеров. Поэтому кривая седиментации всегда начинается с прямолинейной зависимости и выходит из начала координат. Однако через некоторое время тот„, нужное, чтобы самые крупные частицы прошли расстояние Н, этих частиц в суспензии не останется [2; 3].

Поэтому в дальнейшем прирост массы осадка уменьшится - линия станет кривой, выпуклой к оси ординат. Время ттт дает возможность рассчитать радиус самой крупной частицы по следующей формуле:

= К

1

Н

Результаты исследований. В статье приведены результаты исследований следующих материалов: новоалександровского суглинка, отхода обогащения Иршанского горнообогатительного комбината, красного шлама Николаевского глиноземного завода, красного шлама Запорожского алюминиевого комбината, шлама завода им. К. Либкнехта, а также отходов Павлоградской ЦОФ.

Новоалександровский суглинок. Седиментационная кривая распределения частиц новоалександровского суглинка представлена на рисунке 1. Каждую точку этой кривой можно рассматривать как бесконечно малый прямолинейный участок ломаной линии, получаемый в результате оседания полидисперсной системы, состоящей из большого числа фракций. Касательная, проведенная в любой точке, отсекает отрезок на ординате, который характеризует массу частиц, прошедших к данному моменту времени путь Н [4; 5]. Масса каждой фракции Р1 определяется отрезком на оси ординат между касательными и соответствующими точками кривой седиментации.

я 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 4 80 510 570 530

750 810 Т, С

Рис. 1. Седиментационая кривая распределения частиц Новоалександровского суглинка

Так установили минимальный и максимальный радиусы частиц. Теперь надо установить, в каком соотношении присутствуют частицы разных размеров, т. е. определить фракционный состав глины. Для этого на основе седиментационной кривой необходимо построить интегральную и дифференциальную кривые распределения частиц. Интегральная и дифференциальные кривые распределения частиц Новоалександровского суглинка представлены на рисунках 2 - 4.

г

Рис. 2. Интегральная кривая распределения частиц Новоалександровского суглинка

6,54 4,64 3,8 3,3 2,95 2,7 2,5 2,35 2,22 2,11 2,01 1,92 1,85 1,78 1г72 1,67 1,62 1,53 1,46 1,4 1,34 1,3 г*10 \см

Р i

Дг

200 180 160 140 120 100 80 60 40 -20 О

6,54 4,64 3,8 3,3 2,95 2,7 2,5 2,35 2,22 2,11 2,01 1,92 1,85 1,78 1,72 1,67 1,62 1,53 1,46 1,4 1,34 г*10 , см

Рис. 3 - 4. Дифференциальные кривые распределения частиц новоалександровского

суглинка

По результатам проведенных исследований в новоалександровском суглинке преобладают частицы с радиусом 1,85-10"3 - 1,72-10"3 см.

Отход обогащения Иршанского горнообогатительного комбината. Седиментационная кривая распределения частиц отхода обогащения Иршанского горнообогатительного комбината представлена на рисунке 5.

S S К о зв 60 SO 120 1» ISO ?10 i40 170 300 330 360 S90 420 450 480 S10 S40 570 »0 «С 5 с

Рис. 5. Седиментационная кривая распределения частиц отхода обогащения Иршанского

горнообогатительного комбината

Интегральная и дифференциальные кривые распределения частиц отхода обогащения

Иршанского горнообогатительного комбината представлены на рисунках 6 - 8.

р, %

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

6,6 4,68 3,83 3,32 2,98 2,72 2,52 2,36 2,23 2,12 2,03 1,94 1,86 1,8 1,73 1,68 1,63 1,59 1,55 1,5 1,44 г"10 \ см

Рис. 6. Интегральная кривая распределения частиц отхода обогащения Иршанского горнообогатительного комбината

Р Дг

160 140 120 100 80 60 40 20

О , , , ..........,

6,6 4,68 3,83 3,32 2,98 2,72 2,52 2,36 2,23 2,12 2,03 1,94 1,86 1,8 1,73 1,68 1,63 1,59 1,55 1,5 1,44 г*10 , см

Р

Дг

160 140 120 100 80 60 40 -20

0 .....

6,6 4,68 3,83 3,32 2,98 2,72 2,52 2,36 2,23 2,12 2,03 1,94 1,86 1,8 1,73 1,68 1,63 1,59 1,55 1,5 1,44 г*103, см

Рис. 7 - 8. Дифференциальные кривые распределения частиц отхода обогащения Иршанского горнообогатительного комбината

Результаты исследований показывают, что в отходе обогащения Иршанского горнообогатительного комбината преобладают частицы с радиусами 2,03-10 - 1,86-10 см; 1,68 - 1,510-3 см.

Красный шлам Николаевского глиноземного завода. Седиментационная кривая распределения частиц красного шлама Николаевского глиноземного завода представлена на рисунке 9.

Рис. 9. Седиментационная кривая распределения частиц красного шлама Николаевского

глиноземного завода

Интегральная и дифференциальные кривые распределения частиц красного шлама Николаевского глиноземного завода представлены на рисунках 10 - 12.

Рис. 10. Интегральная кривая распределения частиц красного шлама Николаевского

глиноземного завода

Рис. 11 - 12. Дифференциальные кривые распределения частиц красного шлама Николаевского глиноземного завода

Результаты проведенного седиментационного анализа показывают, что в красном шламе Николаевского глиноземного завода преобладают частицы с радиусом 1,24-10 - 1,1610-3 см.

Красный шлам Запорожского алюминиевого комбината. Седиментационная кривая распределения частиц красного шлама Запорожского алюминиевого комбината представлена на рисунке 13.

Р*

120 150 180 210 240 270 300 330 360 Т, С

Рис. 13. Седиментационная кривая распределения частиц красного шлама Запорожского

алюминиевого комбината

Интегральная и дифференциальные кривые распределения частиц красного шлама Запорожского алюминиевого комбината представлены на рисунках 14 - 16.

Рис. 14. Интегральная кривая распределения частиц красного шлама Запорожского

алюминиевого комбината

Рис. 15 - 16. Дифференциальные кривые распределения частиц шлама Запорожского

алюминиевого комбината

Результаты проведенного седиментационного анализа показывают, что в красном шламе Запорожского алюминиевого комбината преобладают частицы с радиусами 3,43-10 - 3,07-10 см; 2,59-2,43-10"3 см.

Шлам завода им. К. Либкнехта. Седиментационная кривая распределения частиц шлама завода им. К. Либкнехта представлена на рисунке 17.

Рис. 17. Седиментационная кривая распределения частиц шлама завода им. К. Либкнехта

Интегральная и дифференциальные кривые распределения частиц шлама завода им.

К. Либкнехта представлены на рисунках 18 - 20.

Рис. 18. Интегральная кривая распределения частиц шлама завода им. К. Либкнехта

Рис. 19 - 20. Дифференциальные кривые распределения частиц шлама завода

Либкнехта

им. К.

По результатам проведенного седиментационного анализа в шламе завода им. К. Либкнехта преобладают частицы с радиусами 2,04-10"3 - 1,95•Ю"3 см; 1,64 - 1,6-10" см.

Отход Павлоградской ЦОФ. Седиментационная кривая распределения частиц отхода Павлоградской ЦОФ представлена на рисунке 21.

Рис. 21. Седиментационная кривая распределения частиц отхода Павлоградской ЦОФ

Интегральная и дифференциальная кривые распределения частиц отхода Павлоградской ЦОФ представлены на рисунках 22 - 24.

6,74 4,77 3.9 3.37 3.12 2,76 2.5! 2,39 2,25 2,14 2,94 1,95 1.58 1.11 1.75 1,69 1,64 1,59 1,55 1,51 141 1,44 1,41 1,36 1,35 1.33 1Д 124 1,2 г'Ю"3. СМ

Рис. 22. Интегральная кривая распределения частиц отхода Павлоградской ЦОФ

6,74 4.77 3,9 3.37 3.02 2.76 2.55 2,39 2.25 2.14 2.04 1 95 1.В ЦП 1.75 1.69 1,64 1 59 1.55 1,51 1,41 1,44 1.41 1,38 1.35 1 33 Ш 12» 12 г'Ю"'. сн

6,74 477 3,9 3,37 3,02 2,76 2,55 2,33 IX 2,14 2(4 1,95 Ш 1,61 1.75 1,69 1.64 1,59 1,55 1,51 1 48 1,44 1 41 1,36 1.35 1,33 1,26 124 1,2 гЧСГ3.

Рис. 23 - 24. Дифференциальные кривые распределения частиц отхода

Павлоградской ЦОФ

По результатам седиментационного анализа в отходе Павлоградской ЦОФ преобладают частицы с радиусами 1,95-10"3 - 1,75-10"3 см; 1,48 -1,38-10"3 см; 1,24 - 1,210-3 см.

26

Выводы. В результате проведенных исследований были сделаны следующие выводы: исследуемые нами техногенные отходы промышленности обладают высокой дисперсностью и будут обеспечивать повышение реакционной способности при совместном применении с низкосортным суглинистым сырьем.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Химическая технология керамики : учеб. пособие для вузов / под ред. проф. И. Я. Гузмана. - М. : ООО РИФ «Стройматериалы», 2003. - 496 с.

2. Практикум по курсу «Физическая и коллоидная химия» / В. Я. Баранов,

B. А. Любименко. - М. : ФГУП «Нефть и газ», РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2007. -

C.55 - 65.

3. Практикум по коллоидной химии : учеб. пособие / под ред. М. И. Гельфмана. - СПб. : Лань, 2005. - 256 с.

4. Лабораторный практикум по курсу «Физическая и коллоидная химия» / [сост. В. В. Петров, А. Н. Королев, Н. Ф. Копылова. - Таганрог : ТРТУ, 2000. - 60 с.

5. Практикум и задачник по коллоидной химии. Поверхностные явления и дисперсные системы: учеб. пособие для вузов / под ред. В. В. Назарова, А. С. Гродского. - М. : ИКЦ «Академкнига», 2007. - 374 с.

УДК 666:913

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ПОЗИЦИИ, ВЛИЯЮЩИЕ НА СВОЙСТВА ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ

В. Н. Деревянко д. т. н., проф., В. А. Тельянов н. с., А. Г. Чумак асп., К. Е. Анисимов студ.,

Н. В. Кондратьева*, к. т. н., доц.

*Государственное высшее учебное заведение «Украинский государственный химико-технологический университет»

Ключевые слова: фосфогипс, дигидрат гипса, сушка, водостойкость, температура

Актуальность. Время от времени наблюдается всплеск научных разработок, касающихся гипсовых вяжущих, их применения, модификации. Все это связано с двумя важнейшими положительными особенностями систем CaSO4 - H2O:

- наличием значительных природных запасов и огромного количества отходов, содержащих всего лишь несколько процентов вредных примесей;

- вторым важным преимуществом является низкая температура обжига, 150 - 180 0С, соответственно, небольшие энергозатраты, а также возможность применения менее сложных технологий производства.

К достоинствам следует также отнести отсутствие выбросов вредных газов при получении вяжущих на основе гипса.

Проблемы. При производстве вяжущих на основе отходов - нейтрализация примесей фосфора и фтора. В эксплуатационных условиях низкая прочность и водостойкость. И если прочность изделий на основе гипса является основополагающим фактором, то водостойкость резко ограничивает область их применения.

Решение данного вопроса импрегнированием гипсовой поверхности различными веществами, нанесением защитных покрытий и т. д. в принципе не позволяет решить данную задачу, так как не обеспечивается полное исключение влияния влажностных факторов.

В связи с этим рассмотрены принципиальные позиции, влияющие на свойства изделий на основе гипсовых вяжущих: технологические параметры обжига, сырья и процессы гидратации.

Природное сырье, содержащее водный или безводный сульфат кальция (CaSO4-2H2O, CaSO4), находится в виде гипсового камня, имеющего светлый, иногда окрашенный цвет (рис. 1). Химический состав: CaO - 32,56; SO3 - 46,51; H2O - 20,93, твердость по шкале Мооса - 2, истинная плотность - 2,3 — 2,4 г/см3, растворимость - 2,05 г/л (32 — 40°С), теплопроводность 0,43 Вт/мК [4].