Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер




25.09.2019


14.09.2019


14.09.2019


08.09.2019


03.09.2019


26.08.2019


13.08.2019


13.08.2019


08.08.2019


06.08.2019





Яндекс.Метрика
         » » Гидравлическая активность аморфизованного глинистого вещества

Гидравлическая активность аморфизованного глинистого вещества

19.12.2017

Аморфизованное глинистое вещество присутствует в топливных кусковых шлаках и пылевидных золах от сжигания торфа, сланца, бурых и каменных углей. При сгорании органической части топлива глинистые примеси, слагающие в основном минеральную часть топлива, дегидратируются и аморфизуются. Температурные интервалы дегидратации глинистого вещества зависят от его минерального состава. Первоначально выделяется основная часть воды без разрушения кристаллической решетки минерала. Получающийся продукт отличается по физическим свойствам от исходного минерала, имеет искаженную кристаллическую структуру и повышенную реакционную способность, но под воздействием автоклавной обработки может опять присоединять воду с устранением дефектов кристаллической решетки. Достаточно длительное запаривание приводит к более или менее полному (что зависит от совершенства кристаллической решетки исходного минерала) восстановлению свойств глинистого минерала.

Дальнейшее нагревание приводит к окончательному обезвоживанию и разрушению кристаллической решетки глинистого минерала, в результате чего образуется аморфная масса из тонкой механической смеси окислов кремния, алюминия, железа, магния и др. Одновременно за счет реакций в твердой фазе кристаллизуются магнезиальная шпинель MgO*Al2O3, силлиманит, магнетит или гематит и позднее муллит и кристобалит. В высокоглиноземистых (каолинитовых) глинах возможно возникновение y-Al2O3.

В табл. 9 приведены температурные интервалы фазовых превращений глин различного минерального состава при обжиге в окислительной среде, характерной для промышленных топок.
При дальнейшем повышении температуры начинается спекание аморфизованного глинистого вещества за счет появления легкоплавких эвтектик на контактах аморфных фаз разного состава, а затем и плавление аморфизованного вещества. Наименьшая температура плавления (900—1050° С) характерна для глинистого вещества монтмориллонитового состава. Гидрослюдистые глины дают расплав при более высоких температурах— от 1000 до 1200° С, а каолинитовые — не плавятся даже при температурах 1400—1600° С.

Указанные особенности фазовых превращений глинистого вещества минеральной части угля при его сжигании приводят к появлению в топливных шлаках и золах различных по составу и свойствам фаз, объединяемых условно в следующие три группы:

1) не полностью дегидратированное и аморфизованное глинистое вещество, сохраняющее искаженную кристаллическую решетку и способное к регидратации. Для каолинитовых глин такая фаза носит название метакаолинита;

2) аморфизованное, но не спекшееся вещество, которое характеризуется весьма развитой удельной поверхностью и состоит в основном из тонкой механической смеси аморфных кремнезема и глинозема;

3) спекшееся и частично (с поверхности агрегатов) остеклованное вещество, имеющее значительно меньшую удельную поверхность.

Фазы первой группы (особенно метакаолинит) характеризуются весьма высокой удельной поверхностью и гидравлической активностью.

В табл. 10 дано сопоставление величины удельной поверхности некоторых обожженных глин и их гидравлической активности (за 30 суток поглощения CaO из раствора по методике ГОСТ 6269—54).
Каолин приобретает максимальную гидравлическую активность при температуре обжига 800° С, обеспечивающей практически полную дегидратацию каолинита при заметной аморфизации кристаллической решетки. Полученный в этих условиях материал характеризуется и наибольшей удельной поверхностью. Дальнейшее повышение температуры обжига каолина сопровождается резким снижением величины удельной поверхности вследствие спекания и кристаллизации высокотемпературных фаз (у-Аl2О3, силлиманита) и соответственно уменьшением гидравлической активности его.

Несколько по-иному ведет себя легкоплавкая гидрослюдисто-монтмориллонитовая глина, изученная Б.Н. Виноградовым. При обжиге до температуры 500° С ее активность значительно (почти в 2 раза) превышает активность каолина, что обусловлено более высокой удельной поверхностью исходного глинистого вещества. Повышение температуры термической обработки до 600—700° С сопровождается увеличением удельной поверхности и гидравлической активности глины, однако заметно меньшим, чем у каолина. Это обусловлено большей химической инертностью высококремнеземистого продукта аморфизации глинистого вещества гидрослюдисто-монтмориллонитовой глины при нормальной температуре (20° С).
Применение водотепловой обработки резко увеличивает гидравлическую активность продуктов аморфизации и плавления глинистого вещества, в связи с чем возрастает скорость и величина поглощения окиси кальция из раствора этими материалами. При этом в наибольшей степени возрастает активность аморфных фаз третьей группы — спекшихся и остеклованных, характеризующихся малой удельной поверхностью (менее 1 м2/г). В табл. 11 показано влияние водотепловой обработки на гидравлическую активность продуктов аморфизации глинистых минералов.

В еще большей степени гидравлическая активность аморфизованного глинистого вещества повышается в присутствии двуводного гипса.

Идентификацию продуктов взаимодействия между известью и указанными фазами в нормальных условиях провел В. Стрэтлинг. Применяя оптические, химические и рентгенографические методы исследования, он установил наличие следующей реакции между метакаолинитом и известью: Al2O3*2SiО2 + 3,5 CaO + MH2O = 1,5 CaO*SiO2*nН2O + 2СаО А12O3*SiO2*nH2O с образованием гидрогеленита и гидросиликата кальция.

Можно предположить, что примерно так же будут реагировать с известью обожженные моно-термитовые, галлуазитовые и другие высокоглиноземистые глины.

Повышение температуры горения топлива, приводящее к появлению в топливных шлаках и золах аморфных фаз второй группы, не снижает гидравлической активности и не меняет характера новообразований при взаимодействии с гидроокисью кальция при нормальной температуре. В дальнейшем в связи с уменьшением удельной поверхности и частичным остеклованием гидравлическая активность аморфных фаз третьей группы снижается, и при температуре обжига 1200° С последние практически теряют способность к взаимодействию с известью при нормальном твердении.
Водотепловая обработка увеличивает скорость взаимодействия аморфизованного глинистого вещества с известью, особенно сильно — для фаз третьей группы, почти неактивных при нормальном твердении. При этом изменяется и состав новообразований: вместо гидроалюмосиликата гидрогеленита C2ASHn возникают кубические гидрогранаты ряда гибшит — трехкальциевый гидроалюминат состава: 3СаО*Al2O3*0,6SiO2*4,8H2O — —3СаО*Al2O3*1,5 SiO2*3Н2O.

В табл. 12 приведены прочностные показатели запаренных при 8 ат образцов из высокоосновной смеси обожженных при 1200° С глин с гидратом окиси кальция.

Скорость взаимодействия аморфизованного глинистого вещества с Ca(OH)2 тем выше, чем ниже молекулярное отношение SiO2/Al2O3 в нем. В то же время прочностные показатели повышаются с увеличением содержания кремнезема. Это обусловлено изменением состава новообразований. Высокоглиноземистое аморфизованное вещество при взаимодействии с известью образует в основном кристаллические продукты — гидрогранаты и в небольшой степени — гелевидные (субмикрокристаллические) низкоосновные гидросиликаты, являющиеся связкой. Недостаток гелевидной связки приводит к понижению прочности материала. Продукты обжига монтмориллонита и гидрослюдистых глин, содержащие значительно меньше глинозема и больше кремнезема, дают при реакции с известью в автоклаве примерно равные количества кристаллических (гидрогранаты) и гелевидных (низкоосновные гидросиликаты кальция) новообразований. Последние и обеспечивают надежное сцепление гидрогранатов и заполнителя в монолит.

При введении небольших добавок гипса гидролиз аморфизованного глинистого вещества в известковой среде существенно ускоряется. Изменяется и состав новообразований. В вяжущих нормального твердения наблюдается кристаллизация высокосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция в виде игольчатых кристаллов, образующих радиально-лучистые агрегаты в гелевидной фазе из субмикрокристаллических гидросиликатов кальция. Водотепловая обработка при 90—95° С в камерах приводит к появлению среди преобладающего геля гидрогранатов и редких кристаллов низкосульфатной формы гидросульфоалюмината кальция. В условиях автоклавной обработки возникают, как и в безгипсовых образцах, гидрогранаты и гелевидные (субмикрокристаллические) низкоосновные гидросиликаты кальция. Сернокислый кальций частично фиксируется в виде ангидрита, частично связывается в комплексные соединения неустановленного состава, напоминающие фазу «X» Калоузека и Адамса.