CC BY
72
УДК 691.421-431.002.3
В. А. Куликов (магистрант), В. З. Абдрахимов (д.т.н., проф.), И. В. Ковков (асс.)
Исследование фазового состава керамзита на основе нефтяного кека и смышляевской глины
Самарский государственный архитектурно-строительный университет, кафедра производства строительных материалов, изделий и конструкций 443001, г. Самара, ул. Молодогвардейская, 194; тел. (846) 339146, e-mail: [email protected]
V. A. Kulikov, V. Z. Abdrahimov, I. V. Kovkov
Study of phase composition of the expanded clay on the basis of the oil filter cake and smyshljaevsky clay
Samara State University of Architecture & Civil Engineering 194, Molodogvardeyskaya Str, 443001, Samara; ph. (846) 339146, e-mail: [email protected]
В результате исследований было установлено, что твердые нефтесодержащие отходы сепарации нефтешлама, при включении их в состав шихты для производства керамзита из глины Смышляевского месторождения, при температуре обжига 1100 оС, способствуют образованию муллита и анортита. Данное предположение было подтверждено результатами рентгенографического и электронно-микроскопического анализов полученного материала. В свою очередь, муллит и анортит, обладая ценными для керамических материалов свойствами, содействуют повышению физико-механических показателей керамзита.
Ключевые слова: анортит; гематит; керамзит; кристобалит; монтмориллонитовая глина; муллит; нефтяной кек; фазовый состав.
Studies have demonstrated that hard oily waste metal of separation of a petroraw sludge promotes formation of mullit and anortit at temperature of furnacing of an expanded clay of 1100 0C, which one promotes increase of physical-mechanical indexes.
Key words: anortit; haematite; expanded clay; cristobalite; montmorillonite clay; mullit; oil filter; phase composition.
Фазовый состав керамзита, полученного на основе нефтяного кека и смышляевской глины, изучался на дифрактометре ДРОН-6 с использованием СоКа-излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град/мин и с помощью электронного растрового сканирующего микроскопа Philips 525М. Состав шихты для получения керамзита, % мас.: монтмо-риллонитовая глина Смышляевского месторождения 70, нефтяной кек — 30. Температура обжига 1100 оС.
На рис. 1 представлены электронно-микроскопические снимки теплоизоляционного материала.
Обжиг исследуемых теплоизоляционных материалов при 1100 оС способствует появлению желтоватых и бурых стекол с показателями преломления до 1.58—1.61, образовавших-
Дата поступления 14.01.10
ся в результате плавления шпатов и смешан-нослойных глинистых образований. Появление желтоватых и бурых стекол объясняется высоким содержанием Fe2O3 в глине Смышляевского месторождения и щелочей (И20) в жидком стекле (рис. 1а, б).
Пиропластическое состояние в керамзите наступает в результате накопления в нем достаточного количества жидкой фазы — силикатного расплава 1'2. Интенсивность накопления жидкой фазы зависит, прежде всего, от химического состава глины и добавок. Она возрастает с увеличением содержания щелочей в глине и резко убывает по мере возрастания в ней свободного кварца.
Сильное влияние на процесс накопления жидкой фазы оказывает химический характер газовой среды. Восстановительная среда резко интенсифицирует процесс накопления жидкой фазы. Это связано, главным образом, с пере-
Рис. 1. Электронное фото керамзита. Увеличение: а — Х5997, б — Х3000, в — Х808, г — X2000
водом Fe2Oз в FeO. Наиболее интенсивно восстановительные процессы развиваются при взаимодействии железистых оксидов с органическими веществами, которые в достаточном количестве содержатся в нефтяном кеке. Поэтому наличие органических примесей или добавок в глине способствует заметному повышению их вспучиваемости.
Электронно-микроскопическое исследование показало, что при температуре обжига керамзита 1100 оС выделение кристаллов сопровождается расплыванием, т.е. уменьшением концентрации в стеклофазе капель и потерей ими четких контуров (рис. 1г). Подобную лик-вационную структуру можно условно назвать остаточной.
Ликвация начинается по краям зерен стек-лофазы еще до начала спекания изделия и распространяется вглубь, захватывая зерна целиком или частично, что определяется их разме-
рами, составом и условиями обжига. Вслед за ликвацией после практически полного расплавления аморфной фазы (^^=3—3.5 Па-с) начинается процесс образования кристаллов. В зависимости от степени завершенности каждого из двух указанных процессов в аморфной фазе, могут преобладать участки следующих 4-х видов: 1) распространения кристаллов (рис. 1а); 2) совместного нахождения кристаллов и остаточных ликвационных капель (рис. 1б);
3) однородной ликвационной структуры (рис. 1в);
4) неизменного стекла (рис. 1г).
Основным условием, обеспечивающим вспучивание глинистых пород при их нагревании, является совмещение во времени пиро-пластического состояния глины с интенсивным газовыделением внутри обжигаемого материала. Важно усвоить, что каждый из этих факторов в отдельности еще не обеспечивает возникновение процесса вспучивания. Необходимо,
чтобы они действовали одновременно. По-видимому, в нашем случае это правило частично соблюдается.
На рис. 2 представлена рентгенограмма исследуемого теплоизоляционного материала, обожженного при температуре 1100 оС.
На дифрактометре порошка отмечаются характерные интенсивные линии (а/и = 0.122; 0.270; 0.339 и 0.540 нм) муллита, присутствие линии (а/и = 0.145; 0.1485; 0.184; 0.251; 0.270 и 0.365 нм) обусловлено гематитом, линии (а/и = 0.202; 0.313 и 0.403 нм) кристобали-том, (а/и = 0.160; 0.254 и 0.299 нм) магнетитом, (а/и = 0.196; 0.224; 0.242; 0.321 и 0.375 нм) анортитом и (а/и = 0.213; 0.228; 0.246; 0.334 и 0.426 нм) кварцем. О повышенном содержании стеклофазы в исследуемом керамзите свидетельствует соотношение интегральных площадей аморфного гало- и дифракционных отражений на рентгенограммах.
Как видно из рентгенограммы (рис. 2), при обжиге теплоизоляционного материала (керамзита) образуются новые минералы, гематит, муллит, кристобалит, анортит и магнетит.
Муллит — один из часто встречающихся минералов в обожженных керамических мате-
риалах. Высокие показатели по огнеупорности, плотности, химической стойкости и механической прочности привлекли внимание исследователей, как к получению синтетического муллита, так и исследованию его структуры.
Содержание стеклофазы в керамзите при температуре обжига 1100 оС составляет 35—45 %. О появлении повышенного количества стекло-фазы свидетельствуют электронно-микроскопические снимки (рис. 1) и изменение соотношения интегральных площадей дифракционных отражений и аморфного «гало» (рис. 2).
Таким образом, исследования показали, что твердые нефтесодержащие отходы сепарации нефтешлама способствуют образованию муллита и анортита при температуре обжига керамзита 1100 оС, что приводит к повышению физико-механических показателей.
Литература
1. Онацкий С. П. Производство керамзита.— М.: Стройиздат, 1971.- 311 с.
2. Абдрахимов В. З. // Строительный вестник Российской инженерной академии.- 2009.-№10.- С. 18.
