РАЗДЕЛ 2
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Выбор и обоснование объектов исследования
Природные ресурсы Крыма чрезвычайно богаты карбонатным сырьем. Это отложения желтого и белого известняков-ракушечников, мшанкового, нумулитового, оолитового, рифового, крымбальского и мраморовидного известняков, меловидный мергель. Месторождения имеют промышленное значение, так как благоприятные горно-геологические условия залегания позволяют вести открытый способ их разработки; они расположены вблизи мест сосредоточенного строительства, транспортных магистралей и источников электроэнергии.
Крым и юг Украины является высокоразвитым промышленным районом. Он насыщен множеством предприятий химической индустрии. На этих предприятиях образуется значительное количество отходов ухудшающих экологическую обстановку региона и требующих утилизации.
Получение негашеной извести как расширяющего компонента строительных расширяющихся составов, эффект расширения которой достигается за счет гидратации оксида кальция с пониженной гидратационной активностью, возможно путем совместного обжига карбонатных материалов с добавками побочных продуктов химической промышленности.
В настоящей работе в качестве карбонатного компонента выбраны имеющие промышленное значение желтый известняк-ракушечник Евпаторийского месторождения и нуммулитовый известняк Бахчисарайского месторождения. В качестве минерализующей добавки к карбонатному компоненту изучены железосодержащие побочные продукты - пиритные огарки ГАК "Титан" (г. Армянск, Крым) и красный шлам ОАО "Николаевский глиноземный завод". Во время опытов сравнивались известковые спеки, полученные обжигом сырьевых смесей, содержащих в качестве добавки железосодержащий побочный продукт производства и гипс Кировского завода строительных материалов как наиболее изученную минерализующую добавку к карбонату кальция.
Для получения на основе известковых композиций невзрывчатого разрушающего вещества были исследованы поверхностно-активные вещества, производство которых налажено в Украине: синтанол, сульфонол, пентанатрийфосфат (триполифосфат натрия), тринатрийфосфат, карбонат натрия и сульфат натрия.
Для получения расширяющегося цемента и изучения влияния известковых композиций на механизм расширения и происходящих при гидратации физико-химических процессов использовали портландцементный клинкер Бахчисарайского цементного завода, состав которого представлен в табл. 2.1.
Таблица 2.1
Химический и минералогический составы портландцементного клинкера
Химический состав, %Минералогический состав, %СаОMgOSiO2Al2O3Fe2O3SO3п.п.п.C3SC2SC3AC4AF65,041,6620,706,034,950,800,6355,0617,807,6815,05
2.1.1. Карбонатные компоненты.
Желтый известняк понтических отложений представляет собой осадочную, неоднородную горную породу, состоящую из раковин или их обломков различной величины, сцементированную известковым цементом. Структура породы детритусовая, текстура крупнопористая. Цвет светло-желтый.
Желтый известняк-ракушечник Евпаторийского месторождения по химическому составу (табл. 2.2) характеризуется высоким содержанием карбонатов кальция и магния.
Содержание СаСО3 + MgCO3 по титру по HCl составляет от 85,2 до 98,4 %.
Таблица 2.2
Химический состав желтого известняка-ракушечника (% по массе)
SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3п.п.п.0,50 - 10,010,38 - 1,310,67 - 1,8455,12 - 47,710,10 - 0,200,14 - 0,1538,08 - 42,98
Рентгеноструктурный анализ желтого известняка-ракушечника Евпаторийского месторождения (рис. 2.1) свидетельствует, что известняк состоит в основном из кальцита. Из примесей идентифицируется силиканит, характеризующийся межплоскостным расстоянием d = 0,333 нм, и гипс, межплоскостное расстояние которого d = 0,426 нм.
Рис. 2.1. Рентгенограмма желтого известняка-ракушечника Евпаторийского месторождения.
Результаты дифференциально-термического анализа известняка-ракушечника в сравнении с химически чистым реактивом карбоната кальция (рис. 2.2) показали, что температура максимума эндотермического эффекта у исследуемого известняка (1198 К) ниже, чем у химически чистого реактива СаСО3 (1233 К) [137]. Это свидетельствует о том, что незначительное содержание примесей SiO2, Fe2O3, Al2O3 и гипса в желтом известняке-ракушечнике ускоряют термическую диссоциацию карбоната кальция.
Рис. 2.2. Термограммы карбоната кальция, реактива химически чистого (1) и желтого известняка-ракушечника Евпаторийского месторождения (2).
Нуммулитовый известняк Бахчисарайского месторождения состоит из крупных раковин нуммулитов, устриц, других моллюсков и детритусового материала. Частично перекристаллизованная осадочная, плотная и достаточно прочная порода.
Нуммулитовый известняк по химическому составу (табл. 2.3) характеризуется содержанием СаСО3 + MgCO3 до 95,2 % и отличаются значительным (до 10 % мас.).
Таблица 2.3
Химический состав нуммулитового известняка (% по массе)
SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3п.п.п.1,00 - 10,100,11 - 0,720,11 - 1,0246,65 - 54,900,30 - 2,04следы38,51 - 43,50
Желтый известняк-ракушечник и нуммулитовый известняк применяются в строительстве как стеновой материал и для производства извести.
2.1.2. Железосодержащие побочные продукты производства.
Пиритные огарки являются многотоннажным побочным продуктом ГАК "Титан" (г. Армянск). Они образуются в процессе производства серной кислоты при обжиге серного колчедана. Эти отходы сбрасываются в виде пульпы по трубопроводу в шламохранилище, которое расположенное на берегу озера Сиваш. В нем пульпа отстаивается, огарки оседают на дно, а осветленная вода поступает обратно на завод.
Высушенные огарки представляют собой дисперсный порошок красно-бурого цвета. По химическому составу (табл. 2.4) в них содержится до 76,0 % Fe2O3.
Таблица 2.4
Химический состав пиритных огарков (% по массе)
SiO2Fe2O3Al2O3CaOMgOSO3п.п.п.11,2 - 13,15