ИССЛЕДОВАНИЯ МЕРГЕЛЯ ХОДЖАКУЛЬСКОГО МЕСТРОЖДЕНИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЯЖУЩЕГО МАТЕРИАЛА

АННОТАЦИЯ

Установлено, что мергель Ходжакульского месторождения относятся к известковому мергелю. Химико-минералогический состав мергелей представляет карбоната кальция и карбоната магния, кремнезема, глинозема, гидрокиси железа, сульфата кальция и небольшого количества солей серной и соляной кислот. Физико-химические исследования мергеля показывают, что на их основе можно получить вяжущий материал, широко используемых в народном хозяйстве.

ABSTRACT

It has been established that the marl of the Khojakul deposit belongs to calcareous marl. The chemical and mineralogical composition of marls is calcium carbonate and magnesium carbonate, silica, alumina, iron hydroxide, calcium sulfate and a small amount of sulfuric and hydrochloric acid salts. Physico-chemical studies of marl show that on their basis it is possible to obtain a binder widely used in the national economy.

Ключевые слова: мергель, Ходжакуль, сырьевые ресурсы, известковый мергель, натуральный мергель, карбонат кальция, физико-химические исследования.

Keywords: marl, Khojakul, raw materials, calcareous marl, natural marl, calcium carbonate, physico-chemical studies.

Введение

Исследования местных сырьевых ресурсов являются актуальными,  так как развития строительной индустрии требует новых материалов на основе местных сырьевых ресурсов, при этом, продукция по качеству  и другим параметрам не должны уступить привозимым извне, обеспечить полное импортозамещение.

На территории Республики Каракалпакстан выявлены месторождения сырьевых ресурсов известняка, гипса, ганча, мергелей, вермикулита и других, применяемые в производстве строительных материалов, но большинства эти минералы практически не изучены и не находят применения в народном хозяйстве. На основе этих сырьевых ресурсов можно получить разные вяжущее материалы для силикатных блоков (стеновых материалов), кирпичей, антифильтрационных покрытий на боковых стенках каналов  и др. Мергели представлены Муйнакским, Устюртским, Порлытауским, Акбурлинским, Ходжакульским и др. месторождениями, из которых месторождения Акбурлы и Порлытау былы исследованы нами ранее [1-6]. Представляют интерес изучение мергеля Ходжакульского месторождения для получения на их основе вяжущего материала.

Мергели - это осадочные глино-карбонатные горные породы, включающие карбонатную (кальцит, доломит) и глинистую (каолинит, монтморриллонит, гидрослюды) части с примесями кварца, полевых шпатов и т.д. В зависимости от соотношения карбонатных и глинистых компонентов возможен непрерывный ряд: известняк мергелистый 95-90%  СаСО₃, известковый мергель 90-75%  СаСО₃, натуральный мергель 75-40%  СаСО₃ и глинистый мергель 40-20%  СаСО₃. Мергелистый известняк в основном используется для производства низкосортной извести, известковый мергель - для производства гидравлической извести и ИБВ, натуральный мергель является ценным материалом в производстве портландцемента. Температура и режим обжига ИБВ, получаемых из мергелей, зависят от состава и  структуры обжигаемого сырья. Чем больше в нем глинистых и магнезиальных примесей, тем ниже может быть температура обжига. Установление оптимальных условий обжига имеет большое значение: недожог или пережог снижают качество продукта. Цель обжига - возможно более полное разложение (диссоциация) СаСО₃ и MgСО₃ на СаО, MgO и СО₂ и получение высококачественного продукта с оптимальной микроструктурой частичек и ее пористостью. Во время обжига протекают реакции в твердом состоянии между СаО, MgO и кислыми оксидами SiО₂, Al₂O₃ и Fe₂O_3. При высоких температурах (800-1200⁰С и более) значительно увеличивается подвижность анионов и катионов, образующих решетку кристаллов этих веществ. В результате происходит интенсивный обмен элементами кристаллической решетки и образование силикатов, алюминатов и ферритов кальция. Поэтому в состав продуктов обжига кроме преобладающего количества свободного оксида кальция, обычно входят двухкальциевый силикат b-C₂S, трех кальциевый алюминат C₃A и двухкальциевый феррит C₂F [7].

При получении ИБВ из мергеля для разных целей производства многие ученые изучали свойства мергелей разных месторождений. Ю.М.Бутт, Х.С.Воробьев, Л.М.Блюмен, А.В.Волженский, П.П.Ступаченко, Н.Н.Жаркова, В.А.Соколовский,  В.А.Кондратенко, В.К.Саснаускас, Н.З.Шинкарук и др. изучали  ИБВ из местных мергелей.

В соответствии с вышеизложенным, данная работа посвящена исследованию мергеля Ходжакульского месторождения для получения на их основе вяжущего материала.

Объекты и методы исследований

Месторождение Ходжакуль расположено в 70 км км от г. Нукуса. В 1959 г. экспедицией “Химгеолнеруд” обследованы выходы мергеля палеогенового возраста, слагающие останец Урысай.  Пласт мергеля прослеживается на 250 м при мощности 6-7 м. Запасы могут быть  значительно увеличены за счет разведки гряды, расположенной в 2 км к востоку от участка,  сложенного мергелями.

Химический состав был исследован с помощью энерго дисперсионного рентгенофлуоресцентного спектрометра EDX-7000P, который измеряют энергию и интенсивность вторичного флуоресцентного излучения, определяя элементы и их количественное содержание в пробе.

Рентгенофазовый метод анализа использовался для изучения структуры, состава и свойств сырьевых материалов и продуктов обжига. С его помощью исследовали качественный, минералогический и фазовый составы.  Исследования проводилось на установке RIGAKU Dmax – 2200.

Дифференциально-термический анализ минералов и вяжущих проводился на синхронным термическом анализаторе STA409 PCLuxx. Этот прибор позволяет проводить измерения изменения массы и теплоты преобразований в одном эксперименте для одного и того же образца.

Обсуждение и результаты исследований

Для решения поставленных в данной работе задач в качестве объектов были использованы мергели Ходжакульского месторождения Каракалпакстана.

Проведены химические (табл.1), рентгенофазовые (рис.1) и термогравиметрические (рис.2) анализы мергелей.

Таблица 1.

Химический состав мергеля, %

Как видно из данных химического анализа, используемые в работе образцы относятся к известковому мергелю. Химико-минералогический состав мергелей представляет карбоната кальция и карбоната магния, кремнезема, глинозема, гидрокиси железа, сульфата кальция и небольшого количества солей серной и соляной кислот.

Присутствие на рентгенограмме (рис.1.) линий 0,303; 0,249 и 0,226 нм - подтверждает наличие кальцита, 0,351 и 0,191 нм - кварца 0,427, 0,386, 0,296; 0,187 нм - глинистых минералов.

Таблица 2.

Данные рентгенофазового анализа образца доломита

Рисунок 1. Рентгенограмма мергеля

Дериватографический анализ (рис.2) показывает эндоэффект выделения паров воды при 120,8⁰С из мергеля. Началу разложения карбонатной части мергеля соответствуют эндоэффекты при 710⁰С.

Изменение массы, относительно к начальной массы составляет 41,31 %, а остаточная масса при 1000⁰С составляет 58,69%. Из данных также видно, что на кривой ДТА наблюдается и экзотермический тепловой эффект, возможно связанной с кристаллизацией аморфного продукта разложения.

Рисунок 2. Термограмма образца доломита

Выводы

Установлено, что мергель Ходжакульского месторождения относятся к известковому мергелю. Химико-минералогический состав мергелей представляет карбоната кальция и карбоната магния, кремнезема, глинозема, гидрокиси железа, сульфата кальция и небольшого количества солей серной и соляной кислот. Физико-химические исследования мергеля показывает, что на их основе можно получить вяжущий материал, широко используемых в народном хозяйстве.

Список литературы:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. 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.
5. 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.
6. 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.
7. Ю.М.Бутт, М.М.Сычев, В.В.Тимашев. Химическая технология вяжущих материалов. М., Высшая школа, 1980. 472 с.