РОЗДІЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА СИРОВИННИХ МАТЕРІАЛІВ
ТА МЕТОДІВ ДОСЛІДЖЕНЬ
2.1. Сировинні матеріали
Для встановлення можливості синтезу цеолітів на основі золи і визначення технологічних та фізико-хімічних закономірностей протікання процесів гідратації та кристалізації новоутворень як об'єкти дослідження використано композиції системи Na2O-Al2O3-SiO2-H2O, що відрізнялись молярним співвідношенням оксидів Nа2O/Al2O3, SiO2/Al2O3 та Н2O/Al2O3, а також видом алюмосилікатного компонента.
Як алюмосилікатний компонент було застосовано такі матеріали:
* золу-винесення Бурштинської ДРЕС питомою поверхнею 360 м2/кг за Блейном, що відповідає вимогам ГОСТ 25818;
* відвальну золу гідровидалення (ДСТУ Б А.1.1-26) Трипільської ДРЕС, представлену фракцією золошлакової суміші < 0,16 мм згідно ГОСТ 25592, питомою поверхнею 380 м2/кг за Блейном. Гранулометричний склад вихідної золошлакової суміші Трипільської ДРЕС наведено в табл. 2.1.
Вибір складу золи був обумовлений не тільки її мінералогією, але й особливостями хімічного складу (вміст CaO? 5%, Al2O3? 20%, SiO2? 50%), що відповідає існуючим вимогам до алюмосилікатної сировини, яка може бути застосована для синтезу цеолітів [39, 83, 94-96]. Головні характеристики та особливості технології отримання використаних зол наведено в табл. 2.2.
Хімічний склад вихідних матеріалів наведено в табл. 2.3. Рентгенограми вихідних матеріалів представлено на рис. 2.1, дериватограми - на рис. 2.2.
Таблиця 2.1
Гранулометричний склад золошлакової суміші Трипільської ДРЕС
ПоказникДіаметр отвору сит, мм5,02,51,250,630,3150,16< 0,16сума частковий залишок на ситі, %1,331,231,200,830,902,3792,14100,00повний залишок на ситі, %1,332,563,764,595,497,86100,00-
Таблиця 2.2
Головні технічні характеристики та умови отримання використаних зол
МатеріалВихідний вугільний басейнТемпера-тура спаленняТехнологія видаленняТип золи за ДСТУ
Б А.1.1-26Насипна густина, кг/м3зола-винесення Бурштинської ДРЕСЛьвівсько-волинський та Донбасвище 1000?Ссухе видалення золи-винесеннякисла, середньої плавкості900зола гідро-видалення Трипільської ДРЕСДонбасблизько 800?Ссуміщене гідрозолошла-ковидаленнякисла, середньої плавкості, паливовмісна1000
Різниця у технологіях спалення вугілля обумовлює різницю у фазовому складі кристалічної складової зол. Так, згідно з даними рентгенофазового аналізу, фазовий склад золи гідровидалення Трипільської ДРЕС представлено в основному кварцем, а кристалічна компонента Бурштинської золи складається з ?-кварцу (d = 0,430; 0,334; 0,213 нм), мулліту Al2O3?2SiO2 (d = 0,543; 0,342; 0,288 нм) та силіманіту Al2O3?SiO2 (d = 0,336; 0,269; 0,253; 0,220 нм) (див. рис. 2.1). При термографічному дослідженні розглянутих зол наявність на дериватограмі екзоефекту при 250-3500С пов'язана з реакцією переходу Fe2O3 в Fe3O4, а екзоефект, що з'являється вище 4600С - з вигорянням залишків палива (див. рис. 2.2). Мінералогічний склад портландцементу представлений в основному трикальцієвим силікатом 3СаО?SiO2 (d = 0,294; 0,274; 0,193; 0,177 нм), трикальцієвим алюмінатом 3СаО?Al2O3 (d = 0,332; 0,304; 0,283; 0,155 нм) та двокальцієвим силікатом 2СаО?SiO2 (d = 0,273; 0,260; 0,218; 0,162 нм). Фазовий склад шлаку представлено рентгеноаморфною масою з включеннями кристалів анортиту (d = 0,270; 0,211; 0,190 нм) та альбіту (d = 0,402; 0,377; 0,321 нм) (див. рис.2.1).
Рис. 2.1Рентгенограми вихідних компонентів: золи-винесення Бурштинської ДРЕС (1), золи гідровидалення Трипільської ДРЕС (2), шлаку (3) та портландцементу (4). Позначення: Q - ?-кварц, M - мулліт, S - силіманіт, А - анортит, Al - альбіт, C3S - трикальцієвий силікат, C2S - двокальцієвий силікат, C3A - трикальцієвий алюмінат
Рис. 2.2Дериватограми вихідних компонентів: золи-винесення Бурштинської ДРЕС (1) та золи гідровидалення Трипільської ДРЕС (2), шлаку (3) та портландцементу (4)
Як лужний компонент при синтезі штучних цеолітів використано силікат натрію розчинний (ГОСТ 13078) з силікатним модулем 2,8, густиною ? = 1400 кг/м3 Київського склотарного заводу. Коригування складу за лужними оксидами здійснено шляхом введення натру їдкого технічного (ГОСТ 2263).
Для приготування в'яжучих систем використовували золу Трипільської ДРЕС, шлак Дніпропетровського заводу ім. Петровського, портландцемент ПЦ М400 (ДСТУ Б В.2.7-46-96), а як лужний компонент - розчинний силікат натрію з силікатним модулем Мс = 2 та густиною ? = 1300кг/м3.
Як дрібний заповнювач застосовано дніпровський кварцовий пісок з модулем крупності Мк = 1,2 (ДСТУ Б В.2.7-32-95).
Як крупний заповнювач було вибрано щебінь гранітний фракцій 2,5-5, 5-10, 10-20 мм (ДСТУ Б В.2.7-75-98).
Золошлакову суміш готували сумісним помелом у кульовому млині золи та шлаку протягом 1,5 год, питома поверхня отриманої суміші становила 490 м2/кг.
Таблиця 2.3
Хімічний склад вихідних матеріалів
НайменуванняВміст оксидів, мас %SiO2Al2O3Fe2O3+FeOCaOMgOK2O+ Na2OMnOінш.В.п.п.зола-винесення Бурштинської ДРЕС50,2723,5510,32,31,753,240,150,456,05зола гідровидалення Трипільської ДРЕС48,2019,657,652,181,363,820,110,0216,02шлак Дніпропетров-ський *36,396,752,645,852,94-1,632,6-
* - модуль основності Мо = 1,13; модуль активності Ма = 0,17; коефіцієнт якості Кя = 1,53
2.2. Методи досліджень
Склад реакційних сумішей, співвідношення лужних компонентів та режими термічної обробки штучного каменю з метою синтезу цеолітоподібних новоутворень було вибрано згідно рекомендаціям [83]. Враховуючи стан вихідної речовини та відомі рекомендації щодо направленого синтезу штучних цеолітів [39] прийнято 2 режими термічної обробки: автоклавування при температурі ізотермічної витримки 100-1200С та 160-1800С.
Приготування реакційних сумішей здійснювали змішуванням вихідних компонентів у фарфоровому кульовому млині до отримання гомогенної суміші.
В зв'язку з неможливістю точн