РАЗДЕЛ 2
ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЕВЫХ МАТЕРИАЛОВ И
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Характеристика исходных сырьевых материалов
При исследовании трехкомпонентной системы СаО - ВаО - SiO2 были использованы
следующие сырьевые материалы:
- углекислый кальций (ГОСТ 4530 – 86);
- углекислый барий технический (ГОСТ 2149 – 75);
- кислота кремниевая безводная (кремния (IV) оксид) марки ЧДА (ГОСТ 9428 – 90);
- мел Белогорского месторождения (республика Крым);
- песок Нововодолажского месторождения (Харьковская обл.);
- отходы производства аминокапроновой кислоты (завода «Химреактивы» НПК
«Институт Монокристаллов», г. Харьков);
- отходы водоочистки (ОАО «Стирол», г. Горловка);
- отходы производства мелющих тел (г. Славянск).
Химический состав исходных компонентов приведен в табл. 2.1.
Химические реактивы применялись при изучении субсолидусного строения системы
СаО - ВаО - SiO2 и процессов фазообразования, протекающих в сырьевых смесях,
состоящих из углекислого кальция, углекислого бария и оксида кремния. Природное
сырье и отходы промышленности использовались для получения жаростойких
кальцийбарийсиликатных цементов.
При производстве жаростойких цементов специального назначения к исходным
сырьевым материалам предъявляются строгие требования по чистоте и однородности
химического состава, обусловленные необходимостью получения конечного продукта
строго заданного фазового состава. Используемые химически чистые реактивы и
природные материалы, а также техногенное сырье полностью отвечают этим
требованиям.
Таблица 2.1
Химический состав исходных сырьевых материалов
Наименование материала
Содержание оксидов, масс. %
CaO
BaO
SiO2
Fe2O3
MgO
Al2O3
R2O
п.п.п
РЕАКТИВЫ
Углекислый кальций
55,0
0,01
0,5
44,49
Углекислый барий технический
77,1
0,02
0,4
22,48
Кислота кремниевая безводная марки ЧДА
98,3
0,02
0,2
1,48
ПРИРОДНОЕ И ТЕХНОГЕННОЕ СЫРЬЕ
Мел Белогорского месторождения
51,02
6,77
0,42
0,164
0,74
0,118
40,768
Песок Нововодолажского месторождения
98,6
0,066
1,334
Отходы водоочистки
41,29
2,98
5,54
7,78
0,67
41,74
Отходы производства аминокапроновой кислоты
74,05
4,65
21,3
Отходы производства мелющих тел
2,46
91,74
0,66
1,64
1,43
2,07
Основными сырьевыми материалами для получения кальцийбарийсиликатного цемента
являются карбонаты кальция и бария, а также кремнезем.
Карбонат кальция существует в природе в виде минералов кальцита, арагонита и
ватерита. Они являются породообразующими минералами для известняков химического
и органогенного происхождения.
Кальцит СаСО3 часто содержит примеси железа, марганца, иногда цинка и стронция.
Твердость кальцита 3, плотность 2600 – 2800 кг/м3, состав ромбоэдрической
ячейки Са2[СО3]2. Кальцит кристаллизуется в тригональной сингонии. Чистый
кальцит бесцветный или молочно – белый, иногда окрашен примесями в различные
светлые тона, имеет сильное двупреломление и совершенную спайность [172].
Кальцит входит в состав многих горных пород: мраморов, известняков, мела,
литографического камня, известкового туфа, оолитового известняка [108].
Кальцит возникает экзогенным путем или в результате биохимических процессов
[172]. Месторождения кальцита многочисленны. В Украине месторождения кальцита
(исландского шпата) известны в районе Кара – Дага в Крыму. Значительные толщи
мела приурочены к отложениям меловой системы (верхний и средний отделы):
Донбасс (около Славянска и Краматорска) и Тернопольская область (Кременец).
Мраморы широко распространены в Донбассе, Волыни (Козиевка), а также в
Закарпатье и в Крыму. Песчанистые кальциты известны в Ровенской и Тернопольской
областях.
Арагонит СаСО3 содержит те же примеси, что и кальцит. Эта метастабильная при
обычных температурах форма при 400 0С превращается в кальцит [108, 173].
Плотность арагонита 2947 кг/м3, твердость 3,5 – 4. Цвет арагонита белый,
желтовато – белый, иногда светло – зеленый, фиолетовый и серый. Отдельные
кристаллы часто прозрачные и бесцветные. Арагонит встречается в природе
значительно реже кальцита. Он образуется из горячих и холодных растворов и
встречается в пустотах изверженных пород и отложениях минеральных источников.
Кроме того, арагонит содержится в ряде рудных месторождений (кварц –
карбонатные жилы Донбасса, Закарпатья и Крыма).
Ватерит – синтетическая гексагональная или тригональная форма m - СаСО3 в виде
бесцветных или белых кристаллов, волокнистых агрегатов, сферолитов, пластинок
или скелетных форм роста, напоминающих снежинки [108]. При температуре 440 0С
переходит в кальцит.
Для производства кальцийбарийсиликатных цементов можно использовать известняки,
мел различных месторождений, прошедшие сортировку или обогащенных путем
селективной добычи. Плотные известняки имеют объемную массу 2400 – 2800 кг/м3,
предел прочности при сжатии может достигать 120 – 200 МПа, карьерная влажность
– 3 – 10 масс. %. Мел – рыхлая тонкозернистая порода, имеет объемную массу 1400
– 2400 кг/м3, прочность 0,5–1,0 МПа, влажность 15 – 25 масс. %. Наиболее
характерными примесями в известковых породах являются доломит, кварц, халцедон,
опал, глинистые минералы, гипс, пирит, иногда встречаются соединения фосфора
[174].
Применяемый в производстве бариевых цементов углекислый барий технический
получают из таких природных минералов как барит и витерит.
Барит ВаСО3 или тяжелый шпат кристаллизуется в ромбической сингонии. Основой
кристаллической структуры барита являются несколько деформированные тетраэдры
[SO4]2-, между которыми размещаются ионы бария в окружении 12 ионов кислорода,
принадлежащим к 7 различным группам [SO4]2-. Цвет барита бел