Комплексное использование карбонатного сырья Татарстана для производства строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Комплексное использование карбонатного сырья Татарстана для производства строительных материалов

Шелихов Н.С.

Под комплексным использованием сырья понимается совокупность технологических процессов производства строительных материалов различного назначения и номенклатуры на основе единого сырья.

Комплексное использование сырья в различных регионах РФ, в том числе и республике Татарстан, решает проблему энерго- и ресурсосбережения, предотвращают дорогостоящие перевозки и уменьшает дефицит строительных материалов.

На кафедре строительных материалов КГАСУ под руководством проф. Рахимова Р.З. длительное время ведутся работы по изучению возможностей использования карбонатного сырья для производства широкой номенклатуры строительных материалов, то есть комплексно, и ниже приводятся основные результаты.

Сырье

Практически все карбонатное сырье в Татарстане магнийсодержащее - от доломитистых известняков до - чистых доломитов. При содержании MgO от 1 до 21 %.

Наиболее распространенным карбонатным сырьем в являются доломитизированные известняки и известковистые доломиты, усредненный химический состав которых по одному из представительных месторождений дается в таблице.

Химический состав доломитов Матюшинского месторождения РТ

Заполнители

Разрабатываемые месторождения Татарстана сложены породами прочностью от 40 до 100 МПа и выпускают щебень марок 300 - 600. Однако на месторождениях имеются участки, прослои и блоки с породами и более высокой прочности. Нами на примере семи месторождений карбонатных пород показана возможность обогащения пород путем избирательного дробления по трех стадийной схеме и получения карбонатного щебня марок 800 и выше, который в бетоне не уступает щебню из изверженных горных пород тех же марок.

При использовании циклично-поточной схемы трех стадийного дробления в щековых и конусных дробилках в отходах дробления содержится фракций 5-2.5 мм до 35%, 2.5-1.25 мм 12-26%, 1.25-0.63 мм 10-42%, 0.63-0.14 мм 13-49% и фракций менее 0.14 мм 4-17%.

По фракционному составу отходы дробления карбонатных пород размером 5-0.14 мм практически соответствуют зерновому составу песка по ГОСТ 8736-93. доломит щебень строительный

В среднем соотношение щебня, песка и муки при переработке 1 м 3 породы составляет 4:2:1.

Соотношение между песком, полученным после отсева муки и щебнем находится в интервале 0.35-0.6, что соответствует известным представлениям Баженова Ю.М., Сизова В.П. и др. о соотношении между мелким и крупным заполнителем в тяжелом бетоне.

Соотношение между мелким и крупным заполнителями, обеспечивающее минимальную межзерновую пустотность смеси заполнителей, рассчитанное по П.И. Боженову сотавило - 0,4 и 0,35.

Результаты испытания карбонатного щебня и песка показали возможность их совместного использования для бетонов марок 350 и выше.

Более высокую марку можно получить, используя комбинацию крупной фракции обогащенного по прочности щебня и мелкой фракции необогащенного щебня. Причем отношение граничных размеров мелкой и крупной фракций должно бать не более 0,225. Это обеспечивает размещение мелкой и менее прочной фракции щебня в пустотах крупной фракции и практически нивелирует влияние мелкой фракции на прочность бетона.

Используя обогащенный по прочности карбонатный щебень и песок из отходов от дробления можно получать бетоны марок выше 450. Очевидно, используя цементы марок 500 и 600 на обогащенных по прочности карбонатных заполнителях можно получать бетоны марок 500 и выше. Прочностные ресурсы щебня это позволяют. Отходы в виде муки при такой переработки карбонатных пород могут быть использованы в качестве сырья для производства вяжущих и огнеупоров, а также средства известкования почв.

Вяжущие

В зависимости от минералогического и химического составов магнийсодержащего сырья из него можно получать доломитовый цемент, доломитовую и магнезиальную известь лишь незначительно изменяя параметра обжига.

Доломитовый цемент

а) оптимизация минерального состава

По общепринятым представлениям для получения доломитового цемента рекомендуется использовать сырье с содержанием MgO не менее 19%.

Нами показана возможность расширить интервал пригодности сырья и использовать для получения доломитового цемента не только чистые доломиты, но и известковые доломиты с содержанием MgO от 16%. При этом зависимость прочности получаемого доломитового цемента от содержания в сырье MgO с достаточной степенью точности аппроксимируется полиномом второй степени.

У=3,93Х 2 - 12,92Х + 20,55,

где У - прочность доломитового цемента МПа, Х- содержание MgО в сырье, %.

б) оптимизация гранулометрического состава

Задачи получения качественного доломитового цемента с высокими физико-механическими характеристиками, включают в вопросы выбора оптимальных размеров обжигаемого доломитового щебня.

С целью оптимизации использован метод планирования) эксперимента (РЦКП). Анализ полученных уравнений регрессии с использованием линий равных уровней значений функции отклика показал возможность получать доломитовый цемент прочностью до 100 МПа при обжиге фракций 15-20 мм в течение 2,5 часов при температуре 750О С.

в)оптимизация параметров обжига

Оптимизация температурного режима обжига производилась по величине суммарного эффекта от степени разложения сырья, по количеству MgO (при этом СаСО 3 остается не разложившимся) и активности образовавшейся MgO. Максимальный суммарный эффект соответствует температуре обжига 7500 C и составляет 1,75 условных единиц.

В результате реализации технологии при оптимизированных параметрах получен доломитовый цемент с прочностью 80 МПа и водостойкостью 0,86.

Доломитовая известь

а) оптимизация параметров обжига

Для обжига сырья, при получении доломитовой извести, рекомендуется использовать температуры в интервале 900-1000о С. Оптимизация температурного режима обжига с целью снижения температуры обжига и производилась по величине суммарного эффекта по степени разложения сырья, по количеству MgO+CaО и активности образовавшейся MgO .Длительность обжига составила 2,5 часа. Максимальный суммарный эффект соответствует температуре обжига 8500-9000 C и составляет 1,5 условных единиц, однако в этом случае наблюдается большой процент недожога по оксиду кальция и меньший выход извести.

При обжиге доломитов по оптимальному режиму получена известь первого сорта по ГОСТ 9179-77 "Известь строительная. Технические условия"

Гидравлическая известь и романцемент

По общепринятым представлениям для гидравлической извести и романцемента рекомендуется использовать сырье с содержанием MgCO3, не более 8% (ОСТ 21-27-76).

Нами показана возможность расширить интервал пригодности сырья и использовать для получения гидравлической извести и романцементане только чистые известняки, но и известковистые доломиты с содержанием MgO до 20%.

Для получения вяжущих использовались искусственные сырьевые смеси из карбонатного сырья (доломиты и доломитистые известняки с содержанием MgO от 5,5 до 21%) и глин месторождений Татарстана. Соотношение между карбонатной и глинистой составляющими смеси устанавливалось по коэффициенту насыщения. При КН? 1,3 получена сильно гидравлическая известь с прочностью не менее 11 МПа.

При получении романцемента использовались сырьевые смеси с коэффициентом насыщения 0,65-1,3. Получен романцемент с прочностью не менее 15 МПа.

Модификация

Для повышения прочности и водостойкости магнезиальных вяжущих использовались природные силикатные добавки месторождений РТ (цеолитсодержащие породы).Введение до 5% цеолитсодержащей добавки в доломитовый цемент повысило его прочность до 85 МПа и водостойкость - до 0,73.). Введение до 5% цеолитсодержащей добавки в доломитовую известь позволило получить силикатный кирпич марки 200 без последствий запоздалой гидратации MgO.

Введение искусственных добавок в виде молотых шлаков ЧМК в гидравличесую известь и романцемент позволило значительно повысить прочность вяжущих, на 66% у романцемента, и на 80% - у гидравлической извести.

Стекломатерилы

Карбонатное сырье РТ было использовано для получения строительного стекла и стекломатериалов. Состав стекломассы (% по массе):

Si02-72,5;А 120з-1,5; CaO-8,5; MgO-3,5; Na20-14; F -3.

Получены лабораторные экземпляры облицовочных материалов нескольких цветов, пеностекло со средней плотностью 220-610 кг/м 3 и теплопроводностью от 0,067 Вт/м 0С, пенодекор со средней плотностью 850-1200 кг/м 3, стеклокрошка со средней плотностью 1420-1450 кг/м 3. По своим свойствам полученные материалы не уступают известным.

Доломитовые огнеупоры

Карбонатное сырье РТ было использовано для получения огнеупорных материалов. Были выявлены основные структурные типы доломитов РТ и установлено их влияние на показатели спекаемости. Определены основные требования к доломитовому сырью и установлены оптимальные составы доломитовых водоустойчивых огнеупоров. Содержание оксидов, обеспечивающее высокую огнеупорность и оптимальные свойства должно находиться в следующих пределах:

MgO 28,45-33,5%;CaO 42,9-48,15 %;SiO2 14,8-19,4%;Al2O3 1,19-6,9%;Fe2O3 1,5-2,67%.

Из сырья Матюшинского получен из доломитовый водостойкий огнеупор с теоретической огнеупорностью -17800 С, реальной - не менее 16000С, прочностью при сжатии - не менее 65 МПа, плотностью - 2,7 г/см 3.

Рентгенографический анализ показал что состав доломитового огнеупора представлен MgO (периклазом -30%) 3CaOSiO2 (трехкальциевым силикатом -45%), 2CaOSiO2 (двухкальциевым силикатом -20%). Остальное приходится на алюминаты, алюмоферриты и фосфаты. Выдержка образцов доломитового огнеупора на воздухе в течение двух лет не выявила видимых процессов распада материала.

Размещено на Allbest.ru