Главная
Новости
Строительство
Ремонт
Дизайн и интерьер
Каркасный дом
Несущие конструкции
Металлические конструкции
Прочность дорог
Дорожные материалы
Стальные конструкции
Грунтовые основания
Опорные сооружения





















Яндекс.Метрика

Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

Для исследования минералообразования в золокерамических материалах нами выбраны в качестве основного сырья зола Алма-Атинской ГРЭС и добавки — высокопластичная монтмориллонитовая айнабулакская глина и малопластичный бурундайскнй суглинок в следующих соотношениях, %: зола 85, глина 15; зола 60, суглинок 30, глина 10.
Средняя проба состава 85% алма-атинской золы и 15% айнабулакской глины подвергалась дифференциально-термическому анализу (рис. 5). На ДТА пробы фиксируется значительный экзотермический эффект при температурах 460— 580°С, связанный с воспламенением и горением коксовых и полукоксовых остатков, содержащихся в золе, и удалением воды из глинистых минералов. Других изменений в пробах образца при нагревании до 1000°C дериватографически не зафиксировано.
Образцы из исследуемого состава обжигались при температуре 550—1100°C с интервалом 100°C.
В процессе обжига образцы из зологлиняной смеси приобретают ярковыраженную зональность, образуя три зоны: периферийную, промежуточную и центральную.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

В средней пробе образца состава 1, обожженного при 550°С, сохраняются неизмененными — кварц, карбонаты, обломочки полевых шпатов (микроклин с решетчатой структурой), оксиды и гидрооксиды железа, сцементированные глинистой составляющей. Очень редко (до 1%) встречаются иголочки муллита (рис. 6), образованного в золе еще в топках ТЭС при сгорании угля. Рентгенофазовый анализ (рис. 7) также свидетельствует о наличии в пробах муллита (d/n=2,20; 2,11; 1,67; 1,69 и 1,52*10в-10 м).
В глинистой массе выделяются округлые шарики диаметром до 20*10в-6 м, состоящие из стекла или слабоанизотропной фазы с показателем преломления около 1,516, представленным слабоизмененным полевым шпатом (d/n=3,18; 2,53; 1,81; 1,59 и 1,53*10в-10 м).
Рентгеиографически в пробах образца, обожженного при температурах 650—850°С, изменений рефлексов минералов не зафиксировано (см. рис. 7). Однако под микроскопом наблюдается кварц в светло-серой (промежуточной) зоне образца, обожженного при 750°С, претерпевший изменения, зерна его оплавлены (см. рис. 6).
Карбонаты разрушены и перешли в тонкодисперсные агрегаты, сохраняющие показатели преломления 1,658. Полевые шпаты становятся мутными, слабо действующими на поляризованный свет, но очертания их видны довольно хорошо.
Шарики стекла представлены двумя разновидностями, одна имеет показатель преломления 1,516, а другая — 1,537— 1,540. Встречаются сильно измененные, остеклованные прозрачные зерна полевого шпата с показателем преломления 1,516. Они имеют слабую анизотропию. Наблюдается образование моноалюмината кальция (1—2%) и редкие зерна двухкальциевого силиката.
Образец, обожженный при 950°С, микроскопически плотный с ярко выраженной зональностью, центральная зона сложена зеленовато-серой массой, затем следует светло-коричневая, переходящая постепенно в светло-сиреневую.
Кварц сохраняется в центральных частях крупными (до 60-10d-6 м) обломками, периферия их сложена тридимитом с показателем преломления около 1,489. Содержание сильно измененного полевого шпата увеличивается. Показатель преломления его остается равным 1,516.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

Оксиды железа растворяются в массе пробы равномерно и окрашивают ее в желтовато-бурый цвет. Муллит в виде микронных зерен (см. рис. 6) присутствует в небольшом количестве. Содержание кальциевых соединений прежнее.
Светло-коричневая зона сложена теми же фазами, что и предыдущая, но интенсивнее окрашена оксидами железа и содержит немного больше муллита (кристаллики достигают 10*10в-6 м в длину).
Центральная часть образца, обожженного при 1050°С, в проходящем свете представлена тонкодисперсными анизотропными образованиями, окрашенными в буровато-желтый цвет и сцементированными прозрачным стеклом с показателем преломления 1,516. Иногда встречаются кристаллы анизотропной фазы с N = 1,516, по-видимому, это измененные полевые шпаты (d/n = 3,18; 2,53; 1,53*10в-10 м). Имеются микронные кристаллы, просвечивающие рубиновым цветом, очевидно, гематит, о чем свидетельствует рентгенофазовый анализ (см. рис. 7) слабыми рефлексами 3,68 и 1,69*10в-10 м. Кроме указанных кальциевых соединений наблюдается алюмосиликат кальция — анортит (редкие зерна).
При температуре обжига 1100°C центральная часть образца представлена тонкодисперсными прозрачными образованиями, окрашенными оксидами в желтый и желто-бурый цвет. Показатель преломления их замерить не удалось, так как они находятся в смеси со стеклом. Среди этой массы встречаются обломочки остроугольной неправильной формы, напоминающие кварц, но имеющие низкие показатели преломления, по-видимому, кварц перешел в тридимит и кристобалит (d/n = 4,07; 2,49; 1,77 и 1,59*10в-10 м).
Значительно изменена в зоне остеклованная фаза с показателем преломления 1,519. В виде тонкодисперсных частиц и иголочек присутствует муллит (рис. 6).
Розовато-коричневая зона (промежуточная) сложена теми же фазами, что предыдущая, но в проходящем свете видно, что в основном масса бесцветная, прозрачная и содержит микронные включения гематита. Иногда последний образует округлые тонкодисперсные скопления, просвечивающие рубиновым цветом. Муллит присутствует в значительном количестве (8—12%) в виде микронных точек и иголочек на зернах полевого шпата и в стекле. На рентгенограмме (рис. 7) выделяются его четкие рефлексы 2,88; 2,27; 2,20; 2,11 и 1,52*10в-10 м. Как и в центральной зоне, значительно (15%) распространена стекло-фаза с показателем преломления 1,519.
Периферийная светло-коричневая зона имеет тот же состав, что и промежуточная, но содержит повышенное количество сильно измененного, остеклованного полевого шпата.
В результате исследований зологлиняного образца первого состава при обжиге в интервале 550—1100°C можно сделать вывод, что более значительное изменение фазового состава наблюдается при 950—1050°С. В этом температурном интервале в черепке, в котором произошла частичная кристаллизация, встречаются шарики стекла и зерна кварца, периферия которых частично оплавлена и превращена в тридимит. Увеличивается содержание сильно измененного остеклованного полевого шпата. Оксиды железа почти растворились в массе. В образцах, обожженных при 1100°С, стабильно встречается тридимит, реже кристобалит и редкие кристаллы пироксена. В центральной части образца все еще сохраняются частички угля. Количество муллита и стекла в этих образцах увеличилось (соответственно 8—12 и 15%) за счет изменения и остеклования полевого шпата и глинистых минералов. В целом такой фазовый состав, формируемый при 1100°C, обеспечивает прочность готовых изделий. Так, прочность при сжатии исследуемых образцов, обожженных при этой, температуре, в среднем составляет 24 МПа.
Средняя проба образца из зологлиняной массы состава 60% алма-атинской золы, 30% бурундайского суглинка и 10% айнабулакской глины подвергалась дифференциально-термическому анализу (рис. 8). В отличие от предыдущих проб из золы с добавкой только айнабулакской глины она на ДТА имеет дополнительный экзотермический эффект при 810—850°С, который указывает на разложение карбонатов кальция, содержащихся в массе в основном за счет бурунддйского суглинка.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

Образцы этого состава обжигались при 550—1100°C с интервалом 100°C. Проба образца, обожженного при 550°С, макроскопически представлена мелкозернистым материалом серого цвета. Под микроском, в иммерсионных препаратах, она состоит из минералов, содержащихся в золе, глине и суглинке (рис. 9). В ней встречаются сферические стекловатые частицы — 40—45%, аморфизованные глинистые частицы — 10—15%, тонкодисперсные кристаллы муллита — 1 % и гематита — 3%, обломки стекла — 1%, оплавленные зерна полевого шпата и кварца — 2%. На рентгенограмме (рис. 10) фиксируются рефлексы муллита 5,40; 2,54; 2,28 и 1,60*10в-10 м, гематита — 4,04*10в-10 м, полевого шпата (ортоклаза) — 2,13; 2,10; 1,81*10в-10 м, кварца — 3,34*10в-10 м. Наблюдаются минералы глины и суглинка: глинистые частицы (каолинита d/n = 6,42; 1,54*10в-10 м, монтмориллонита d/n = 10,05; 3,03 и 1,87*10в-10 м, гидрослюд d/n=2,68*10в-10 м) — 5—10%, серицитизированные и сосюритизированные зерна полевого шпата — 15%, зерна кварца — 10%, тонкодисперсные частицы кальцита (d/n = 1,91; 1,87 и 1,67*10в-10 м) — 15%, оксиды и гидрооксиды железа, слюды и пироксен — 3%. На рентгенограммах (см. рис. 10) проб, обожженных при температуре 550—850°С, изменений не наблюдается.
Под микроскопом, в иммерсионных препаратах, больших изменений в пробах, обожженных при 550—750°С, нет; лишь в центральной части образца, обожженного при 750°С, кальцит в результате частичной диссоциации стал трещиноватый. Произошло некоторое осветление пробы за счет частичного выгорания топлива, хотя она имеет еще черный цвет. Наблюдается частичная трещиноватость сферических стекловатых частиц.
Кальцит в периферийной части образца подвержен трещиноватости больше, чем в центральной. Присутствуют единичные зерна моноалюмината кальция и двухкальциевого силиката. Осветление пробы увеличилось, так как выгоранию подвергалось большее количество частиц топлива, но проба имеет темную окраску. Об этом свидетельствуют продолжающиеся Еыделения тепла при этой температуре процесса, характеризующегося экзотермическим эффектом на ДТА пробы исследуемого образца (см. рис. 8).
Сферические стекловидные вещества значительно изменялись: поверхность их стала неровной, трещиноватой. Аморфизации подвергалось большее количество глинистых частиц. Видны в виде новообразований стекло и тонкодисперсные кристаллы муллита. Наблюдаются измененные зерна полевого шпата и кварца (см. рис. 9).
В центральной части образца, обожженного при температуре 850°С, наблюдаются лишь единичные трещиноватые зерна кальцита, в основном зерна его подвергались полной диссоциации, что подтверждается дифференциально-термическим анализом (рис. 8). Отмечается наличие кальциевых соединений.
В пробе произошли изменения: осветление ее за счет выгоревшего топлива, аморфизация глинистых частиц и др. Наблюдаются бесцветное стекло с показателями преломления 1,500—1,520 и тонкодисперсные кристаллы муллита.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

В периферийной части образца кальцита нет. Количество кальциевых соединений несколько увеличено. Зерна полевого шпата подвержены трешиноватости. Модификации кремния тридимит (N = 1,470), кристобалита (N = 1,490) и другие виды присутствуют в виде чистых бесцветных тонкодисперсных кристаллов — 2%. Встречаются зерна муллита и стекло. Глинистые частички полностью аморфизовались.
В образце, обожженном при 950°С, наблюдается стекло с показателем преломления 1,500—1,520 в количестве 5%, тонкодисперсные кристаллы муллита — 3—5% (рис. 9), двуоксид кремния — 3% (тридимит — 1%, кристобалит — 2%), глинистые минералы. На рентгенограмме (рис. 10) появились рефлексы тридимита 1,77, 3,73*10в-10 м и гематита 2,99*10в-10 м. Присутствует моноалюминат кальция (4—6%), двухкальциевый силикат (1—2%) и редкие зерна анортита.
Листочки слюд, зерна пироксена и полевого шпата подвержены частичной трещиноватости. Встречаются измененные единичные кристаллы кварца. Проба окрашена частичками гематита в бурый цвет. Аморфизованные алюмосиликатные частицы имеют показатель преломления 1,540. Стекловатые сферические частицы сильно разрушены.
При температуре обжига 1050°C стекловидные сферические частицы разрушены, поверхность и контуры неровные. Количество их уменьшилось до 30%. Стекло, показатель преломления которого колеблется от 1,500 до 1,520, составляет 10%. Гидрогематит полностью перешел в гематит (d/n = 4,04; 2,99; 2,69; 2,52; 1,686 и 1,605*10в-10 м), который окрасил пробу в бурый цвет. Встречаются трещиноватые зерна полевого шпата, листочки слюд. Зерна кварца изменились. Количество кальциевых соединений несколько увеличилось.
Средняя проба образца, обожженного при 1100°С, отличается тем, что в ней стекловатые сферические вещества подвержены большому изменению и трещиноватости (рис. 9), количество их уменьшилось до 20—25%, стекло (N = 1,5—1,52) увеличилось до 15%; кристаллы муллита бесцветны, анизотропны, содержание их достигает 10—15%. На рентгенограмме (рис. 10) зафиксированы рефлексы муллита 3,75—3,77; 2,71; 2,26; 2,21 и 1,82*10в-10 м.
Значительное содержание муллита (10—15%) и стекла (15%) в образцах, обожженных при температуре 1100°C, предполагает возможность получения керамических стеновых изделий с высокой механической прочностью.
Процессы, связанные с фазовыми и химическими превращениями в зологлиняных смесях, при термической обработке

Прочность при сжатии зольного кирпича из исследуемого состава (зола Алма-Атинской ГРЭС — 60%, суглинок бурундайский — 30% и глина айнабулакская — 10%), полученного в условиях Бурундайского завода стеновых материалов (ЗСМ), колеблется от 10 до 26 МПа. Такое колебание прочности объясняется значительным перепадом температуры (50—100°C) при обжиге в туннельной печи по высоте и ширине садки кирпича. Контрольные пироскопы, размещенные в различных сечениях садки кирпича, показали, что обжиг производился при температурах 1000—1100°C.
Кроме того, кирпич-сырец, сформованный на Бурундайском ЗСМ, обжигался нами в печи «Горн». При этом кирпич, обожженный при 1100°C, имел прочность при сжатии 25 МПа, тогда как обожженный при 1030—1050°C — лишь 13 МПа.
Таким образом, прочность зольного кирпича в значительной степени определяется его фазовым составом, формирование которого зависит от температуры обжига.
Исследуемые золы ТЭС при качественно одинаковых химическом, минералогическом и гранулометрическом составах отличаются количественным содержанием их составляющих, а глины, кроме того, различаются и составом глинообразующих минералов, придающих им пластичность. Характеристика применяемых зол и глин и их соотношение в смеси могут существенно повлиять на минералообразование и физико-механические свойства изделий, что необходимо учитывать при разработке рекомендации по технологии производства стеновых изделий «золокерам».
Поэтому нами изучено влияние химико-минералогического и гранулометрического составов зол и глин с различными глинообразующими минералами и пластичностью и их (золы и глина) соотношения в формовочной смеси на процесс минералообразования и физико-механические свойства керамических образцов-изделий.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: