Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ижевский государственный технический университет

Магнезиальные закладочные смеси на основе каустического доломита

Лопаткин И.Г., Плеханова Т.А.

Для приготовления закладочных составов, используемых для заполнения выработанных шахтных пространств, используются в основном смеси, включающие в качестве вяжущего портландцемент [1-3]. Практически отсутствуют данные об использовании магнезиальных вяжущих при приготовлении закладочных составов. Необходимо учитывать меньшие энергозатраты при производстве магнезиальных вяжущих (на 40 % - по сравнению с портландцементом [4]), высокую скорость твердения, высокую прочность, способность хорошо совмещаться с любыми видами заполнителей. В тоже время дефицитность каустического доломита исключает возможность его применения для производства в закладочных составах. Поэтому необходимо использование местных вяжущих для приготовления закладочных смесей на основе вскрышных доломитовых пород.

Для закладки выработанных пространств в горно-металлургической компании «Норильский Никель» были предложены составы, включающие магнезиальное вяжущее, модифированное карфосидеритом и ангидритом. Отсутствие каустического магнезита в Норильске, требует приготовления местного магнезиального вяжущего на основе вскрышных обожженных доломитовых пород. В качестве связующей матрицы использовался состав, включающий молотый ангидрит и каустический доломит, обожженный при температуре 750 єС. Для структурирования магнезиального вяжущего применялся карфосидерит Fe₃(SO₄)₂(OH)₅·H₂O в количестве 1 % от общей массы, в качестве поверхностно-активной добавки, способствующей равномерному распределению карфосидерита в объеме матрицы и, одновременно, для повышения пластичности смеси, применялся суперпластификатор С-3 в количестве 0,3 % от массы связующей матрицы. В качестве заполнителя использовался гранулированный отвальный шлака Надеждинского металлургического завода (НЗ). Затворитель - бишофит плотностью 1.16 г/мл.

Для приготовления магнезиального вяжущего применялся доломит Каларгонского месторождения [5], который подвергался предварительному дроблению до фракции 10 мм с последующим обжигом в интервале температур 650 - 850 єС для достижения оптимальных физико-технических свойств. После обжига доломит измельчался в лабораторной дисковой мельнице.

Испытания образцов затвердевшего доломитового вяжущего на сжатие и изгиб проводились в возрасте 3 суток. Результаты испытаний приведены на рис. 1.

Рис. 1. Влияние температуры обжига доломита на прочность при сжатии затвердевшего доломитового вяжущего в возрасте 3 суток

магнезиальный закладочный каустический доломит

Для выяснения природы изменения свойств доломитового вяжущего и для обоснования оптимального режима обжига доломита использовался метод рентгенофазового анализа обожженного доломита. С этой целью рентгеновские спектры доломита после обжига в лабораторной печи при температурах 650, 700, 750 и 850 ^оС анализировались по наличию в них вновь образовавшихся минералов.

Рентгеновский спектр исходного доломита (рис. 2) до обжига показал наличие в нем доломита CaCO₃·MgCO₃ (d = 2,88; 2,19; 2,02; 1,79 Е), кальцита CaCO₃ (d = 3,03; 2,27; 2,11; 1,91; 1,87 Е) и ангидрита CaSO₄ (d = 3,49; 2,85; 2,48 Е). При обжиге доломита при температуре 650 ^оС на спектре отмечается наличие отражений с d = 2,11 и 1,49 Е, соответствующих оксиду магния MgO, при этом снижается интенсивность отражений, соответствующих доломиту.

Рис. 2. Рентгенограмма необожженного доломита

Рис. 3. Рентгенограмма доломитовой породы обожженной при температуре 750 єС

При температуре 700 ^оС интенсивность линий, соответствующих оксиду магния MgO увеличивается, появляются отражения с d = 2,41 и 1,70 Е, которые говорят об образовании оксида кальция CaO. При достижении температуры 750 ^оС увеличивается интенсивность линий, соответствующих оксиду кальция, в тоже время интенсивность линий, соответствующих оксиду магния, повышается незначительно. Вследствие термической диссоциации снижаются до уровня фона отражения, соответствующие доломиту и снижается интенсивность отражений, соответствующих карбонату кальция CaCO₃ и CaSO₄. Таким образом, оптимальная температура обжига доломита при получении каустического доломита находится в интервале 750 ^оС.

На графике интенсивности основных характеристических линий минералов в обжигаемом доломите в интервале температур 650 - 850 ^оС отражена кинетика изменения содержания оксида магния в процессе обжига (рис. 4)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 4. Кинетика изменения содержания оксидов магния и кальция при обжиге доломита

Для установления содержания оксида магния в обожженном доломите был проведен количественный анализ рентгеновских спектров при температурах обжига 650, 700 и 750 ^оС. Полученные результаты приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Результаты количественного анализа рентгеновских спектров обожженного доломита

Как видно из табл. 1, в интервале температур 750 ^оС происходит максимальная диссоциация доломита с образованием оксида магния.

Исследования составов магнезиальной закладочной смеси модифицированной комплексной добавкой показали значительные изменения микроструктуры (рис. 5).

При введении ангидрита и карфосидерита структура закладочной смеси приобретает более плотную структуру за счет уплотнения аморфных новообразований продуктами гидратации ангидрита, состоящих из пластинчатых кристаллов двуводного гипса (рис. 5а). Улучшается сцепление частиц металлургического шлака с магнезиальным вяжущим на границе раздела фаз (рис. 5б).

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 5. Микроструктура магнезиальной закладочной смеси: (а) - уплотнение магнезиального вяжущего продуктами гидратации ангидрита (пластинки двуводного гипса), (б) - граничный слой между вяжущим и наполнителем при добавлении ангидрита и карфосидерит

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

а) б)

Рис. 6. Микроструктура магнезиальной закладочной смеси модифицированной ангидритом и карфосидеритом: (а) - зарастание пор в вяжущей матрице в процессе твердения, (б) - зарастание межфазного слоя кристаллическими новообразованиями

Отмечено дополнительное уплотнение структуры за счет зарастания пор (рис. 6а) и межфазных слоев кристаллическими новообразованиями, что способствует повышению физико-механических характеристик (рис. 6б). Происходит «самозалечивание» дефектов структуры, что позволяет обеспечивать стабильные во времени физико-механические свойства закладочной смеси.

Разработанный состав имеет удовлетворительную кинетику твердения закладочной смеси. Подвижность свежеприготовленной смеси соответствует расплыву на приборе Суттарда равному 22 см, что гарантирует возможность транспортировки смесей по подземным трубопроводам и укладку в выработанные пространства. Состав [6] проходит лабораторно-производственные испытания и будет использован в ЗФ ОАО ГМК «Норильский Никель» в качестве альтернативного варианта закладочным смесям на основе портландцемента.

Список литературы

1. Фрейдин А. М., Шалауров В. А., Анушенков А. Н. Особенности технологии приготовления твердеющей закладки из промышленных отходов // Материалы X Международной конференции по механике горных пород. -- М., 1993.

2. Талгатбеков А.Т., Кожбанов К.Х. Применение отходов производства для приготовления закладочной смеси / «Горный журнал Казахстана» № 1, 2005 г.

3. Tagnit-Hamou A., Saric-Coric M., Patrice Rivard P. Internal deterioration of concrete by the oxidation of pyrrhotitic aggregates // Cement and Concrete Research, 35 (2005). - Р. 99-107.

4. Шелихов Н.С., Рахимов Р.З. Доломитовый цемент // Вторые Академические чтения РААСН. Современные проблемы строительного материаловедения. Часть 3. - Казань: Казанская государственная архитектурно-строительная академия, 1996. - с. 41-43.

5. Плеханова Т.А.Магнезиальные композиционные материалы, модифицированные сульфатными добавками. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Казань, 2005. - 22 с.

6. Плеханова Т.А. Бесцементная композиция для закладки выработанных пространств на основе техногенных материалов // Химическая физика и мезоскопия. - 2005, № 1. - C. 104-112.

Размещено на Allbest.ru