ИССЛЕДОВАНИЯ ДОЛОМИТА ДЖАМАНСАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

Исследовано доломит Джамансайского месторождения Республики Каракалпакстана (Узбекистан). Установлено, что доломитовая руда Джамансайского месторождения содержит минимальное количество примесей, достаточное содержание магния. Определены температурные интервалы двух стадий диссоциации доломита, а также температуры, при которых скорость диссоциации максимальна. Показано, что доломит пригоден для производства магнезиальных вяжущих систем.

ABSTRACT

The dolomite of the Djamansai deposit of the Republic of Karakalpakstan (Uzbekistan) has been studied. It was found that the dolomite ore of the Djamansai deposit contains a minimum amount of impurities and a sufficient magnesium content. The temperature intervals of the two stages of dolomite dissociation, as well as the temperatures at which the dissociation rate is maximal, are determined. It is shown that dolomite is suitable for the production of magnesia binding systems.

Ключевые слова: доломит, Джамансайский месторождения, доломитовая руда, диссоциация доломита, каустический доломит, разложение карбонатов.

Keywords: dolomite, Djamansai deposits, dolomite ore, dissociation of dolomite, caustic dolomite, decomposition of carbonates.

К магнезитовым вяжущим веществам относятся каустический магнезит и каустический доломит. Первый изготовляют из природного магнезита, а второй – из природного доломита. Магнезит представляет собой углекислую соль магния (MgCO₃). Доломитом называют минерал, представляющий собой двойную углекислую соль кальция и магния (CaCO₃∙MgCO₃). Цвет доломита серовато-белый, иногда с желтоватым, буроватым или зеленоватым оттенком. Твердость по шкале Мооса 3,5…4, плотность 2,8…2,9 г/см³. Магнезиты и доломиты применяются как сырье и в огнеупорной и некоторых других отраслях промышленности. Процесс производства каустического магнезита и каустического доломита состоит из обжига сырья и помола продуктов обжига. Магнезит при обжиге декарбонизуется и превращается в MgO . Разложение углекислого магния начинается при температуре около 400⁰С, но протекает с достаточной скоростью лишь при 600-650⁰С. Практическая температура обжига магнезита в шахтных печах 750-800⁰С, а во вращающихся-1000⁰С [1].

В настоящее время с развитием строительных индустрии, во многих странах мира активно ведутся работы по применению магнезиальных вяжущих в качестве свяжущего вещества, т.к. применяемые в настоящее время в строительстве портландцемент, производство которого является более энергоёмкой, по сравнении с магнезиальными вяжущими. Поэтому использовать магнезиальные вяжущие материалы вместо портландцемента является актуальными, т.к. это позволяет уменьшить затраты энергии на обжиг, и свою очередь понизить себе стоимость изделий на основе магнезиальных вяжущих.

Разработка и внедрение новых технологий магнезиальных вяжущих строительного назначения и производства на их основе современных строительных материалов и изделий представляют научный и практический интерес.

Из литературных данных известно, в процессе обжига доломита при температуре около 750^ОС образуется каустический доломит, который состоит в основном из CaCO₃ и MgО (не менее15 %). При более высоких температурах могут быть получены доломитовый цемент и доломитовая известь. Доломитовый цемент, в состав которого входят MgО, CaO и CaCO₃, получают при температуре обжига 800–850^ОС; доломитовая известь (смесь из MgО и CaO) образуется при температуре обжига 900–1000^ОС. Более высокие температуры приводят к спеканию доломита и образованию доломитовых огнеупоров [2].

Известно, что механизм обжига, а затем и спекания известняка, доломитов заключается в том, что мелкие кристаллические зерна под влиянием сил молекулярного сцепления срастаются в кристаллическое тело, при этом часть пор закрываются, далее наблюдается рекристаллизация (рост кристаллов). При спекании параллельно с рекристаллизацией наблюдается процесс «заживления» кристаллов, имеющих искажения в первоначальной кристаллической структуре, который сопровождается понижением активности вещества [3].

На территории Узбекистана в качестве огнеупорного сырья разведано только одно месторождение доломитов – «Фархадские скалы». Для других целей детально изучены месторождения Дахканабад, Пачкамар, Каракия, Мамаджургаты, Навои и ряд других. Доломиты в большинстве случаев представляют собой первично-осадочные образования, сформировавшиеся в осолненных бассейнах. Возраст доломитовых пород различный: от нижнего палеозоя до мезокайнозея включительно. Узбекистан обладает практически неограниченными запасами доломита, определяемыми миллиардами тонн, т.к. он встречается широко, часто в сочетании с известняками [4].

Целью данной работы является исследования доломита Жамансайского месторождения для получения низкотемпературных вяжущих материалов.

Для исследования было использовано доломит из месторождения Джамансай Республики Каракалпакстан. Месторождения Джамансай служить и для получению известняка для содового и цементного производства.

Проведен химический (табл.1) анализ доломита с помощью энерго дисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра EDX-7000P, который измеряют энергию и интенсивность вторичного флуоресцентного излучения, определяя элементы и их количественное содержание в пробе. Химико-минералогический состав доломита в основном, представляет собой смесь карбонатов кальция и магния, некоторого количества соединений кремнезема, глинозема, и гидроокиси железа, сульфата кальция в виде гипса, небольшого количества растворимых солей серной и соляной кислот. Как видно из данных химического анализа, содержания доломита в образце составляет почти 99%, что показывают чистоты породы от глинистых примесей. Соотношение CaO:MgO почти соответствует к теоретическому (1:1).

Таблица 1.

Химический состав образцов доломита, %

Методом рентгенофазового анализа было исследовано фазовый состав образцов доломитовой руды (табл.2). Рентгенофазовый анализ проводили на установке RIGAKU Dmax – 2200.

Таблица 2.

Данные рентгенофазового анализа образца доломита.

Результаты рентгенофазового анализа образца руды Джамансайского месторождения показывают наличия минералов доломита (максимальный пик при 2θ = 31,2^О) и карбоната кальция (рис. 1).

Рисунок 1. Рентгенограмма доломита

Процесс разложение карбонатов является сложным, при этом отдельные стадии которого составляют – диффузия, адсорбция и десорбция. При процессе разложения карбонатов химические реакции и кристаллические превращения зависит от природы материала, а также от размера кусков обжигаемого материала, от скорости нагрева и других [5]. По данным А.А.Пащенко [6], начало разложения магнезиальной составляющей, находится в интервале температур 720…760 °C, кальциевой – 895…910 °C, а из исследований В.С.Рамачандрана [7], разложения доломита наблюдаются при 810 °C и 900 °C. По мнению авторов [8, 9], условия обжига должны быть отрегулированы так, чтобы исключить декарбонизацию СаСО₃ .

Исследованием химических и физико-химических свойств карбонатных минералов в процессе обжига и получения на их основе карбонатных вяжущих систем на основе сырьевых ресурсов Каракалпакстана посвящены многие работы [10-15].

Сырьевым материалом для получения карбонатных вяжущих систем и известково-белитового вяжущего (ИБВ) в на  шем случае служил природные карбонатные мергели месторождений Акбурлы и Порлытау. В системе известково-белитовое вяжущее (ИБВ)-карбонат кальция -вода в качестве карбонатного наполнителя был использован мраморная мука, получаемый высокодисперсной  измельчением мрамора (96,5% CaСО₃) [10, 12].

Установлено, что оптимальным режимом термообработки изученных мергелей без и с добавками кварцевого песка и получения, соответственно, карбонатных вяжущих систем и известково-белитовых вяжущих ИБВ₁ и ИБВ₂ является температура 1000⁰С с выдержкой 90 мин.

Исследовано термические свойства доломитовой руды Джамансайского месторождения с помощью синхронного термического анализатора STA409 PCLuxx. Этот прибор позволяет проводить измерения изменения массы и теплоты преобразований в одном эксперименте для одного и того же образца. По данным термического анализа на кривых ДТА и ДТГ видны два чётких эндотермических эффекта, это показывает, что разложения доломита проходит в две стадии. Температурный интервал протекания первой стадия диссоциации доломита соответствует интервалу 713–766^ОС, а вторая к интервалу 780–820^ОС.

Рисунок  2. Термограмма образца доломита

Имеются две ступеньки на кривой ТГ, характеризующий убыль массы исследуемого вещества. Изменение массы, относительно к начальной массы, на первой стадии составляет 20,17 %, а на второй – 26,79 %, суммарно – 46,96 %. Из данных также видно, что на кривой ДТА наблюдается и экзотермический тепловой эффект, возможно связанной с кристаллизацией аморфного продукта разложения.

Анализ полученных данных позволяет сделать вывод о том, что из всех доломитовых вяжущих максимальной активностью обладает доломитовая известь, которая получается при температуре обжига доломита около 1050ºС. Полученные данные хорошо согласуется c исследованиями процесса обжига мергелистого известняка и доломитов других месторождений. Наличие оксида магния несколько снижает температуру достижения максимального уровня энергии кристаллической решеткой СаО, и дальнейшее повышение температуры не вызывает увеличения активности извести.

Выводы

1. Исследовано химические, физико-химические и минералогические свойства доломита Джамансайского месторождения. Из данных химического анализа видно, что содержания доломита в образце составляет почти 99%, что показывают чистоты породы от глинистых примесей.

2. По результатам термографического анализа установлено, что были определены температурные интервалы двух стадий диссоциации доломита, протекания первой стадия диссоциации доломита соответствует интервалу 713–766^ОС, а вторая к интервалу 780–820^ОС.

3. Показано, что доломит Джамансайского месторождения РК относится к активным доломитам и может быть использована в качестве сырья в производстве магнезиальных вяжущих систем.

Список литературы:

1. Ю.М.Бутт, М.М.Сычев, В.В.Тимашев. Химическая технология вяжущих материалов. М., Высшая школа, 1980. 472 с.
2. Бирюлева, Д.К. Доломитовый цемент и его использование для производства строительных материалов / Д.К. Бирюлева, Н.С. Шелихов, Р.З. Рахимов // Тезисы докладов 3 академических чтений «Актуальные проблемы строительного материаловедения». – Саранск, 1997. – С. 117-118.
3. Табунщиков, Н.П. Производство извести /Н.П. Табунщиков. – М.: Изд-во «Химия», 1974. 240 с.
4. Минерально-сырьевые ресурсы Узбекистана. Изд. ФАН УзССР. -Ташкент, -1977,-273 с.
5. Исследование механизма диссоциации доломита методом дериватографии/ Белоусов М.В., Муллагулов М.Ф., Ракипов Д.Ф. Наука и молодежь: проблемы, поиски, решения: Труды Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых /Под общей редакцией Л.П. Мышляева; СибГИУ. – Новокузнецк, 2010. – Вып. 14. – Ч. III. Технические науки. – С. 112–115.
6. Пащенко, А.А. Вяжущие материалы / А.А. Пащенко, В.П. Сербин, Е.А. Старчевская. – 2-е изд. – К.: Вищашк. Головное изд-во, 1985. – 440 с.
7. Рамачандран, В.С. Хлормагнезиальный цемент, полученный из обожженного доломита / В.С. Рамачандран, К.П. Кейкер, Моеан Раи // ЖПХ. – 1967. –Т.40.
8. Носов А.В. Магнезиальное вяжущее из доломитов и материалы на его основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск 2014.
9. Torre, De la M.A.G. In-Situ Clinkering Study of Belite Sulfoaluminate Clinkers by Synchrotron X-Ray Powder Diffraction / De la Torre, A.G. Cuberos, A.J.M. Alvarez-Pinazo, G. Cuesta, A. Aranda, //13th International Congress on the Chemistry of Cement. Madrid. - 2011.-p. 12.
10. Туремуратов Ш.Н., Нурымбетов Б.Ч. Технология получения известково-белитовых вяжущих на основе местных сырьевых ресурсов. //Материалы конференции «Актуальные проблемы развития химической науки, технологии и образования в РК., Нукус–2011г., ст.148-149.
11. Turemuratov Sh.N., Kurbaniyazov S.K., Akeshova M.M. Influence of Hydrothermal Processing and Applied Substances on Physicomechanical Properties of Lime Ware Binding Materials // World Applied Sciences Journal, 23 (9): 1151-1156, 2013.  ISSN 1818-4952.
12. Нурымбетов Б.Ч., Туремуратов Ш.Н., Жуков А.Д., Асаматдинов М.О. Исследование кинетики гидратационного структурообразования и свойств известково-белитовых вяжущих на основе мергелей // Вестник МГСУ,  Строительное материаловедение, Москва, 2016, №4, - С. 62-68.
13. Нурымбетов Б.Ч., Туремуратов Ш.Н., Жуков А.Д., Асаматдинов М.О. Влияние тонкодисперсного наполнителя на процессы образования силикатов кальция // Вестник МГСУ, Строительное материаловедение, Москва, 2017, №4, -С. 446-451.
14. Turemuratov Sh.N., Nurumbetov B.Ch Influence of the carbonate calcium on processes of hydration structure-formation of lime-belite binding systems//Science and Education in Karakalpakstan, Scientific journal, Nukus, 2021, №1(16), P.96-101.
15. Naurizbaev A., Ilyasov A., Qayratdinova A., Nurymbetov B., Toremuratov Sh. SILICATE BRICK BASED ON LIME-BELITE BINDER SYSTEMS AND DUNE SANDS //American Journal of Interdisciplinary Research and Development, (2022). 3, 26–34. Retrieved from http://ajird. journalspark. org/index. php/ajird/article/view/23.