Международный
научный журнал

Изучение кинетики взаимодействий СаСО3 с флотоотходами горнообогатительных производств в твердой фазе


Study of kinetics of interactions of CaCO3 with flotation wastes of mining industries in the solid phase

Цитировать:
Нимчик А.Г., Усманов Х.Л., Кадирова З.Р. Изучение кинетики взаимодействий СаСО3 с флотоотходами горнообогатительных производств в твердой фазе // Universum: Химия и биология : электрон. научн. журн. 2019. № 8(62). URL: http://7universum.com/ru/nature/archive/item/7678 (дата обращения: 21.10.2019).
 
Прочитать статью:


АННОТАЦИЯ

Представлены результаты исследований кинетики и механизма твердофазовых превращений происходящих в композициях СаСО3 с флотоотходами горнометаллургических производств. Установлено, что сырьевые смеси с флотоотходами СОФ, МОФ и ФОФ обладают высокой реакционной способностью, не уступая по своим характеристикам влиянию на клинкерообразование глин и лессов.

ABSTRACT

The results of studies of the kinetics and mechanism of solid-phase transformations occurring in the compositions of CaCO3 with flotation wastes of mining and metallurgical industries are presented. . It is established that raw mixtures with flotation wastes of SOF, MOF and FOF have a high reactivity, not inferior in their characteristics to the effect on clinker formation of clays and loess.

 

Ключевые слова: флотоотходы, твердофазовые превращения, кинетика декарбонизации, портландцемент.

Keywords: flotation wastes, solid-phase transformations, decarbonization kinetics, Portland cement.

 

Известно, что на процессы образования минералов цементного клинкера, большое влияние оказывают твердофазовые превращения и взаимодействия протекающие при обжиге портландцементной сырьевой шихты.

В работах [1-4] установлены особенности условий образования твердых фаз и отличия кинетики диссоциации СаСО3 протекающие при взаимодействии карбоната кальция с разнообразными оксидами, силикатами и алюмосиликатами, которые имеют важное значение в технологии производства силикатных материалов. Все глинистые минералы высокодисперсны и весьма активны, а различия их реакционной способности обуславливаются скоростью и характером распада, температурным интервалом этого процесса, видом и количеством примесей. Кроме того реакционная активность кремнеземсодержащего компонента зависит от химического и минералогического состава, дисперсности, термической устойчивости кристаллических структур различных соединений, характера распада. Кинетика декарбонизации и связывания извести глинистыми минералами при температуре твердофазовых реакций зависит от скорости распада названных соединений на свободные оксиды.

В тоже время недостаточно изученными остаются взаимодействия карбоната кальция с различными отходами горно-металлургических производств, которые требуют дальнейшего изучения.

В связи с чем большой интерес приобретает изучение механизма и кинетики твердофазовых процессов, происходящих в смесях карбоната кальция с флотоотходами горнообогатительных фабрик Алмалыкского ГМК, которые крайне важны при использовании их в качестве алюмосиликатного компонента цементных сырьевых смесей. Кроме того эти отходы характеризуются различием химического и минералогического составов, что несомненно влияет на скорость и механизм твердофазовых процессов.

Обьектом исследования являются флотоотходы медной, свинцовой и флюоритообогатительных фабрик Алмалыкского горно-металлургического комбината и изучение их взаимодействий с карбонатным компонентом-реактивным карбонатом кальция СаСО3 марки (ч.д.а), химико-аналитическим, рентгенофазовым, петрографическим и диференциально-термическим методами анализа. Приводим химический состав исследуемых флотоотходов таблица 1.

Таблица 1.

Химический состав флотоотходов

Флотоотход

Содержание оксидов масс. %

Ппп

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

R2O

CaF2

1

СОФ

46,52

9,83

5,21

14,31

8,93

5,23

2,64

-

7,91

2

МОФ

60,32

13,86

4,31

1,16

-

6,02

5,14

-

4,18

3

ФОФ

78,13

5,63

1,27

5,13

0,13

0,12

1,67

5,18

2,57

 

Таблица 2.

Химический состав сырьевых и обоженных смесей

Состав

SiO2

Al2O3

Fe2O3

CaO

MgO

SO3

R2O

ППП

СОФ ; CаСО3 - 20 ; 80

Сырьевая смесь

8,93

2,13

1,31

43,41

1,73

1,03

0,52

34,43

Клинкер

13,73

3,08

1,92

73,75

2,73

1,65

0,80

-

МОФ ; СаСО3 - 20 ; 80

Сырьевая смесь

12,24

2,61

 1,83

 45,12

 -

 1,22

 1,08

37,08

Клинкер

19,09

4,07

2,86

70,20

-

1,90

1,69

-

ФОФ ; СаСО3 - 20 ; 80

Сырьевая смесь

 15,56

 1,82

 0,34

 46,09

 0,11

 0,02

 0,38

36,09

Клинкер

24,25

 2,07

 0,53

 71,87

 0,16

 0,03

 0,59

 -

 

Исследования проводились на смесях флотоотходов СОФ, МОФ, ФОФ с СаСО3 с изменением соотношения их от 20 до 80% в температурном интервале 700-1200ºC Таблица 2.

В сырьевых смесях с содержанием карбонатногo компонента до 40% образование свободного СаО минимально или не регистрируется вовсе, что связано с повышенной кислотностью смесей и образованием при температуре кристаллизации СаОсв скрыто кристаллических соединений типа спирита 2(2 CaO SiO2) CaCO3 и b-C2S. Таблица 3.

Образование этой метастабильной кристаллической фазы при температуре обжига 700-900ºC отмечено в сырьевых смесях содержащих все три флотационных отхода и с ее разложением скорость прохождения образования новых минеральных фаз возрастает.

Таблица 3.

Содержание СаОсв(мас%) в зависимости от содержания СаСО3 в cмесях

Состав сырьевой смеси

Температура обжига, ºC

 

СаСО3

СОФ

МОФ

ФОФ

700

800

900

1000

1100

1200

20

80

-

-

-

3,92

14,68

-

-

-

80

20

-

-

-

31,3

97,13

89,66

83,23

73,25

20

-

80

-

-

-

-

-

-

-

80

-

20

-

-

19,3

56,54

51,31

37,31

32,84

20

-

-

80

-

-

-

-

-

-

80

-

-

20

5,82

6,22

49,11

37,06

21,11

12,73

 

Дифференциально-термическим анализом выявлено, что температура декарбонизации СаСО3 связана с количеством последнего в сырьевых смесях, так с увеличением содержания СаСО3 с 20 до 80% в смесях с СОФ эндоэффект декарбонизации смещается с 828 до 858ºC а кроме того температура декарбонизации оказалась в прямой зависимости от химического состава флотационных отходов. Так СаСО3 в сырьевых смесях на основе флототхода ФОФ декарбонизирует при температуре на 30-50ºС ниже чем в смесях соответствующего состава на основе отходов СОФ и МОФ, что является следствием интенсифицируещего действия CaF2, являющегося компонентом флотоотхода ФОФ. ( рис. 1 )

 

 

 

Рентгенографическим анализом (рис.2) установлены различия процессов минералообразования в сырьевых смесях как по количеству добавляемого кремнеземсодержащего флотоотхода, так и по характеру добавляемого отхода.

 

Рисунок 2. Рентгенограммы смесей флотоотхода СОФ и СаСО3 ч.д.а. в соотношении 20 : 80 при твердофазовом синтезе

 

Твердофазовые реакции в смесях с количеством флотоотходов СОФ, МОФ, ФОФ не превышающем 40% массы идентичны процессам клинкеробразования в цементных сырьевых смесях, и характеризуются появлением b-C2S при температуре 600ºC, а начало образования C3S в этих смесях регистрируется при температуре 1150-1200ºC. Так при Тобж. 10000C существенно возрастает количество двухкальциевого силиката, а количество оксида кальция убывает до 70%. Повышение температуры до 12000С характеризуется дальнейшим уменьшением СаОсв до 60%, а кристаллы – С2S кристаллизуются из жидкой фазы в С3S, количество которого при этой температуре варьирует от 20 до 30%. Кроме того образуется до 10%-С12А7, до 10%- СF. Петрографические исследования этих смесей при Тобж 1000-12000С показал следующую картину: реакционные каемки вокруг зерен оксида кальция, полевых шпатов и слюд увеличиваются до 10 мкм. Каемки состоят из субмикрокристаллических новообразований размером 0,5-2 мкм С3S и – С2S c Nср- 1,71-1,73. При 12000С процесс кристаллизации полностью охватывает зерна СаО и он весь переходит в соединения, при этом кристаллы –С2S и С3S cстановятся размером 15-20мкм. Наличие в сырьевых смесях с флотоотходами СОФ и МОФ большого количества кислотных оксидов Аl2O3 и Fe2O3 по отношению к флотоотходу ФОФ, тем не менее не являются решающим фактором образования начальной жидкой фазы. За счет содержания фторида Са в количестве до 5% сырьевой смеси на основе флотооходов ФОФ более реакционоспособны благодаря раннему 1000-1100ºC появлению жидкой фазы.

Начальной фазой образования минералов в этих смесях является спиррит 2( 2СаО. SiО2 ) СаСО3, который метастабилен и в некоторой степени интефицирует процесс образования – С2S.

Как показали исследования, сырьевые смеси с флотоотходами СОФ и МОФ по своему химическому составу больше подходят как заменитель кремнеземсодержащего компонента в силу наличия Al2O3 и Fe2O3 необходимых для синтеза алюминатной и ферритной фазы портландцементного клинкера. Содержание флотоотходов в количестве превышающем 40% от массы сырьевых смесей приводит к изменению стадийности твердофазовых реакций.

Полученные результаты петрографических исследований показали, что при температуре 650-700 оС начинается активное разложение составляющих минералов исследуемых смесей. При температуре 700-800ºC в сырьевых смесях всех отходов образуются минералы в-C2S, CMS2, C2AS, C2MS2, а в зоне перекристализации из жидкой фазы при температуре 1000-1100ºC кристаллизуются вторичный геленит и диопсид, а в смесях с флотоотходом ФОФ волластанит и псевдоволастанит. Установлено, что сырьевые смеси с флотоотходами СОФ, МОФ и ФОФ обладают высокой реакционной способностью, не уступая по своим характеристикам влиянию на клинкерообразование глин и лессов.

 

Список литературы:
1. Мчедлов-Петросян О П, Щеткина Т Ю, Сапожникова Н И. // Цемент 1978 N9, c 8-9.
2. Нудельман Б И// Узб хим журнал 1985,10 с
3. Казова Р А, Хайдаров Г А, Жуманов З С Деп в ВИНИТИ 30 06 88 N 5248-4 4. Кузьменков. А. И, Хотянович. О. Е. «Химическая технология неорганических веществ, материалов и изделий» / М. . - Минск : БГТУ, 2008. - 276 с. ISBN 978-985-434-822-3 B88.

 

Информация об авторах:

Нимчик Алексей Григорьевич Alexey Nimcik

канд. хим. наук, докторант, Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан, лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент

kand. chem. PhD, Institute of General and inorganic chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent


Усманов Хикматула Лутфулаевич Hikmatulla Usmanov

канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан, лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент

kand. Techn. Institute of General and inorganic chemistry of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent


Кадирова Зулейхо Раимовна Zuleikha Kadirova

д-р. хим. наук, профессор, Институт общей и неорганической химии Академии Наук Республики Узбекистан, лаборатория Химия силикатов, Узбекистан, г. Ташкент

Dr. him. Professor, Institute of General and inorganic chemistry, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, silicate Chemistry laboratory, Uzbekistan, Tashkent


Читателям

Информация о журнале

Выходит с 2013 года

ISSN: 2311-5459

Св-во о регистрации СМИ: 

ЭЛ №ФС77-55878 от 17.06.2013

ПИ №ФС77-66239 от 01.07.2016

Скачать информационное письмо

Включен в перечень ВАК Республики Узбекистан

Размещается в:

doi:

The agreement with the Russian SCI:

cyberleninka

google scholar

Ulrich's Periodicals Directory

socionet

Base

ROAR

OpenAirediscovery

CiteFactor

 

Поделиться

Лицензия Creative CommonsЯндекс.Метрика© Научные журналы Universum, 2013-2019
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Непортированная.