ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ОБЖИГА ДОЛОМИТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЕ МАГНЕЗИАЛЬНЫХ ВЯЖУЩИХ

АННОТАЦИЯ

В работе проанализированы физико-химические процессы, протекающие при термической обработке карбонатного сырья. В ходе исследования было определено, что оптимальной температурой обжига доломита Джамансайского месторождения является 750 °C. Экспериментально было выявлено, что при данном температурном режиме происходит полная селективная диссоциация магнезиальной части доломита, приводящая к образованию активного оксида магния () и сохранению структуры карбоната кальция (). Научно обосновано, что полученный продукт представляет собой высокоэффективное магнезиальное вяжущее с высокой реакционной способностью.

ABSTRACT

The work analyzes the physicochemical processes occurring during the thermal treatment of carbonate raw materials. During the research, it was determined that the optimal firing temperature for dolomite from the Jamansay deposit is 750 °C. It was experimentally determined that at this temperature regime, complete selective dissociation of the dolomite's magnesian part occurs, leading to the formation of active magnesium oxide () and the preservation of calcium carbonate () structure. It has been scientifically proven that the resulting product is a highly effective magnesium binder with high reactivity.

Ключевые слова: доломит, Джамансайское месторождение, селективная диссоциация, оксид магния, термическая активация, магнезиальное вяжущее.

Keywords: dolomite, Jamansay deposit, selective dissociation, magnesium oxide, thermal activation, magnesian binder.

Введение.

Развитие строительной индустрии требует постоянного поиска новых материалов, что делает исследования местных сырьевых ресурсов чрезвычайно актуальными. Целью является создание продукции на основе отечественного сырья, которая не только обеспечит полное импортозамещение, но и будет конкурентоспособна по качеству и другим эксплуатационным характеристикам.

В Республике Каракалпакстан выявлены известковые, гипсовые, теплоизоляционные и другие месторождения минералов, которые могут быть использованы в производстве строительных материалов. Однако, значительная часть этих ресурсов остается недостаточно изученной и, как следствие, не находит применения в народном хозяйстве. Тем не менее, данные сырьевые ресурсы представляют собой перспективную базу для получения различных вяжущих материалов, пригодных для производства силикатных блоков (стеновых материалов), кирпичей, антифильтрационных покрытий для каналов и прочих строительных компонентов.

Доломит - это широко распространенный осадочный карбонатный минерал с химической формулой . Структурно он представляет собой упорядоченное чередование слоев ионов кальция и магния, разделенных карбонатными группами  [1,2].

Литературные данные указывают на то, что температурный режим обжига доломита определяет состав получаемых продуктов. Так, при температуре около 750°C образуется каустический доломит, который содержит в основном  и не менее 15% . При более высоких температурах, в диапазоне 800–850°C, получают доломитовый цемент, включающий ,  и . Дальнейшее повышение температуры до 900–1000°C приводит к образованию доломитовой извести, состоящей из  и . Спекание доломита и получение огнеупорных материалов происходит при еще более высоких температурах [3,4,5].

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 [6-11].

Ранее нами были изучен доломит Жамансайского месторождений Республики Каракалпакстан. Установлено, что доломитовая руда 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 [12,13].

Целью данной работы является определения оптимальных параметров обжига доломита Жамансайского месторождения для получения низкотемпературных вяжущих материалов.

Объекты и методы исследований

Джамансайское месторождение известняков, административно расположенное в Берунийском районе Республики Каракалпакстан (в южных отрогах центральной части Султануиздага), представляет собой мощную толщу нижнедевонских карбонатных пород. Продуктивная пачка месторождения сложена светло-серыми и желтовато-белыми мелко-среднезернистыми известняками массивной текстуры, мощность которых варьируется от 280 до 570 метров.

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.

Для определения фазового состава новообразования использовали рентгенофазовый метод анализа. Исследования проводилось на установке RIGAKU Dmax – 2200.

Обсуждение и результаты исследований.

Из измельченного до полного прохождения через сито №008, образцов доломита Джамансайского месторождений приготовлены шарики диаметром 5 мм, шарики сперва сушились на воздухе, затем обжигалось в лабораторной силитовой печи при различных температурах с интервалом 50⁰С. Температура поднималась со скоростью 200-250⁰С в час.

При фиксированных температурах проводилась выдержка на протяжении 60 минут. Состав продуктов новообразования, полученных в результате обжига, был определен с использованием рентгенофазового анализа (рис. 1-11).

Рентгенофазовый анализ (рис.1) показывает, что при 500⁰С  выдержке 60 мин наряду с линиями 0,287; 0,218; 0,178 нм, соответствующих доломиту, присутствуют слабые линии характерные к  (0,146, и 0,201). Это свидетельствует к тому, что карбонат магния начинает медленно диссоцироваться.

Обжиг доломита при температуре 550⁰С (рис.2) в образце наблюдается такая же картина, как и при 500⁰С.

Рисунок 1. Рентгенограммы обжига доломита в 500⁰С

Рисунок 2. Рентгенограммы обжига доломита в 550⁰С

При 600⁰С и 650⁰С (рис.3 и рис.4) в основном представлен неразложившимся доломитом (0,287, 0,218, 0,178 нм), интенсивность которых уменьшается по сравнению с интенсивностью линии при 500⁰С и 550⁰С. Этом температуре увеличиваются интенсивности линий (0,146, 0,201 и 0,962 нм) характерных к .

При 700⁰С и 750⁰С (рис.3.5 и рис.3.6) наряду с линиями характерных к доломиту появляется линии характерных к карбонату кальция (0,301 нм), при этом уменьшается интенсивность линий характерных доломиту. Интенсивность линий соответствующий к оксиду магния (0,210 и 0,148 нм) увеличиваются.

При 800⁰С и 850⁰С (рис.3.7 и рис.3.8) интенсивность линии доломита почти исчезает, тем самым интенсивности линий, характерные для  (0,209 нм; 0,148 нм) и  (0,301 нм) увеличиваются.

Рисунок 3. Рентгенограммы обжига доломита в 600⁰С

Рисунок 4. Рентгенограммы обжига доломита в 650⁰С

Рисунок 5. Рентгенограммы обжига доломита в 700⁰С

Рисунок 6. Рентгенограммы обжига доломита в 750⁰С

Рисунок 7. Рентгенограммы обжига доломита в 800⁰С

Рисунок 8. Рентгенограммы обжига доломита в 850⁰С

При 900⁰С и 950⁰С (рис.9 и рис.10) уменьшается интенсивность линии  и появляется линия характерных для  (0,275; 0,238; 0,169 нм), образовавшийся в результате разложений карбоната кальция. В этих температурах сохраняется интенсивности линий характерных для  (0,209; 0,148 нм).

При 1000⁰С (рис.11) исчезает линии , а интенсивность линий характерных для  (0,275; 0,238; 0,169 нм) увеличивается. В этом температуре сохраняется интенсивности линий характерных для  (0,209; 0,148 нм).

Рисунок 9. Рентгенограммы обжига доломита в 900⁰С

Рисунок 10. Рентгенограммы обжига доломита в 950⁰С

Рисунок 11. Рентгенограммы обжига доломита в 1000⁰С

Выводы

Таким образом, оптимальным температурам обжига доломита Джамансайского месторождения можно считать 750⁰С, т.к. при этом градусе полностью исчезает линий характерных для доломита, появляется линий характерных для  и . В следующих градусах (800⁰-1000⁰С) в основном идет разложения  и появления и увеличения интенсивности линий, характерных для .

Список литературы:

1. Ю.М. Бутт, М.М. Сычев, В.В. Тимашев. Химическая технология вяжущих материалов. М., Высшая школа, 1980. 472 с.
2. 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.
3. 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.
4. Рамачандран, В.С. Хлормагнезиальный цемент, полученный из обожженного доломита / В.С. Рамачандран, К.П. Кейкер, Моеан Раи // ЖПХ. – 1967. –Т.40.
5. Носов А.В. Магнезиальное вяжущее из доломитов и материалы на его основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Челябинск 2014.
6. Ш.Н. Туремуратов, Б.Ч. Нурымбетов, Д.К. Адылов. Синтез и исследования известково-белитового вяжущего на основе мергеля Акбурлинского месторождения. Наука и образование Южного Казахстана, Шымкент. –2000. –С.223-225.
7. Б.Ч. Нурымбетов, А.М. Кудайбергенова. Влияние наполнителя на процессе структурообразования в известково-белитовых вяжущих. Материалы докладов 52-й международной научно-технической конференции преподавателей и студентов, Витебский государственный технологический университет, Витебск, 2019, с.312-314.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
12. Нурымбетов Б.Ч., Туремуратов Ш.Н., Мавлянов Ж., Чимбергенова Г.Б. Исследования доломита Джамансайского месторождения. Universum: технические науки. 2022. 12(105), С.57-62.
13. J.B.Mavlonov, Sh.N.Turemuratov, B.Ch.Nurimbetov, E.A.Eseyova. Jamansay koni dolomitini oʻrganish. FarDU ilmiy xabarlar. 2023. №5.  – p. 45-49. DOI: 10.56292/SJFSU/vol29_iss5/a63