Комплексное использование минеральных ресурсов. Методическое пособие по подготовке, выполнению и оформлению курсовых работ

Коэффициент насыщения известью (КН) в значительной степени определяет отношение алита к белиту и показывает также, возможно ли, чтобы клинкер содержал недопустимое количество свободной извести, при этом значение КН, равное 1,0 или более, показывает, что свободная известь находится в равновесии при температуре клинкерообразования. Типичное значение КН для современных клинкеров находится в пределах 0,92–0,98.

Силикатный модуль (СМ) определяет долю силикатных фаз в клинкере. Увеличение силикатного модуля уменьшает количество жидкой фазы при любой данной температуре в печи и, следовательно, затрудняет обжиг клинкера. Для нормальных типов портландцементного клинкера силикатный модуль обычно составляет 2,0–3,0.

Алюминатный модуль (АМ) определяет отношение содержаний алюмината и феррита в клинкере, которое значительно влияет на свойства цемента, и определяет также количество жидкости, образующееся при относительно низких температурах. При Т = 1338 °С для данного суммарного содержания Al2O3 и Fe2O3 количество жидкой фазы теоретически проходит через максимум при значении алюминатного модуля 1,38. Для нормальных типов портландцементного клинкера алюминатный модуль обычно составляет 1,0–4,0.

51

Приложение 4

Обоснование использования хвостов обогащения железных руд для производства вяжущих автоклавного твердения (пример)8

В общем случае хвосты обогащения железных руд можно рассматривать как полидисперсные материалы, состоящие из «химически активной» части, которая определяет свойства цементирующей связки, и зерен «механически активного» сырья, не претерпевающих особых химических изменений в процессе производства нового вида строительного материала.

Для характеристики химической активности объекта исследования воспользуемся принципами расчета по П.И. Боженову, которым для этой цели был предложен коэффициент основности Kосн.:

Kосн (СаO 0,93MgO 0,6R2O) (0,55Al2O3 0,35Fe2O3 0,7SO3 RmOm ) . (П4.1) 0,93SiO2 yRnOm

В соответствии со значением Kосн все попутные продукты можно разделить на пять групп:

1.Ультраосновные (Kосн > 2).

2.Основные (Kосн = 1,2…2).

3.Нейтральные (Kосн = 0,8…1,2).

4.Кислые (Kосн = 0…0,8).

5.Ультракислые (Kосн = 0).

Впредложенной формуле Kосн первый член в числителе (CaO +

+0,93MgO + 0,6R2O) показывает общее (валовое) содержание «условной» СаО, и чем ее больше, тем активнее интересующий нас

материал. Второй член в числителе (0,55Al2O3 + 0,35Fe2O3 + 0,7SO3) определяет количество СаО в %, которое связывается в новообразования (алюминаты и ферриты кальция и гипс) и поэтому не участвует в формировании будущих гидросиликатов. Разность между первым и вторым членом в числителе показывает остаточное количество

«условной» СаОсв, способной взаимодействовать с остаточным кремнеземом, представленным в знаменателе, и сформировать сили-

катную фазу. Знаменатель (0,93SiO2 – yRnOm) выражает количество сырья, способного вступить во взаимодействие с известьсодержащим компонентом. Некоторые корректировочные действия необходимо

––––––––––

8 Приведен пример раздела основной части курсовой работы на тему «Обоснование комплексного использования хвостов обогащения железных руд».

52

производить, если в состав сырья входят дополнительные оксиды. В зависимости от функций (со знаком «плюс» или «минус») оксиды вводят в числитель или знаменатель формулы Kосн.

В качестве примера рассмотрим хвосты обогащения Оленегорско-

Kосн ≈ 0,04, т.е. в данном случае мы имеем дело с отходами 4-й группы. Из этого следует, что в этом сырье преобладают кислотные оксиды и его можно использовать либо в виде «механически активного сырья», либо его состав необходимо корректировать введением добавок, содержащих СаО, с целью повышения Kосн и усиления вяжущих свойств.

Известно9, что для цементирующей связки желательно использовать расчетное соотношение СаО : SiO2, равное 1, что соответствует Kосн = 0,8…1,2. В сырье, имеющее Kосн = 1,2, следует вводить корректирующие добавки, которые повышают содержание кремнезема, а сырье с Kосн = 0,8 необходимо обогатить известьсодержащим компонентом.

Таким образом, чтобы получить необходимые технологические свойства конечного продукта, необходимо в нашем случае использовать корректирующую добавку, состав которой будет представлен окисью кальция (негашеная известь) в количестве ~ 44,7%. В этом случае соотношение СаО : SiO2 будет равно ≈ 1, что соответствует коэффициенту основности Kосн ≈ 0,8.

––––––––––

9 Русина В.В. Минеральные вяжущие вещества на основе многотоннажных промышленных отходов: Учеб. пособие. – Братск: ГОУ ВПО «БрГУ», 2007. – 224 с.

53

Приложение 5

Критерии, определяющие способность золы и шлаков проявлять вяжущие свойства

Основным критерием, определяющим способность золы и шлака проявлять вяжущие свойства, является наличие кальция в свободном или связанном виде.

Наряду с этим используются следующие критерии:

– модуль основности (гидросиликатный модуль) МО, который представляет собой отношение суммы основных оксидов к сумме кислотных оксидов:

– силикатный (кремнеземистый) модуль МС, показывающий отношение оксида кремния, вступающего в реакцию с другими оксидами, к суммарному содержанию оксидов алюминия и железа:

– коэффициент качества K, показывающий отношение оксидов, повышающих гидравлическую активность, к оксидам, снижающим ее:

К активным относятся золошлаковые материалы (ЗШМ) поволжских сланцев, углей Канско-Ачинского угольного бассейна, ангренского угля, некоторых торфов. Общее содержание оксида кальция колеблется в пределах 20–60 %, свободного оксида кальция – до 30 %. Такой состав обеспечивает высокие значения модулей основности и силикатного, а также коэффициента качества. ЗШМ от сжигания указанных видов топлива обладают свойством самостоятельно твердеть и могут применяться как самостоятельные вяжущие.

Кскрыто активным относятся ЗШМ от сжигания райчихинских, богословских, харанорских, черемховских, хакасских и некоторых других углей. Общее содержание оксида кальция в этих ЗШМ составляет 5–20 %, содержание свободного оксида кальция – не выше 2 %. Модуль основности составляет не более 5. Как правило, они используются в качестве комплексных вяжущих с активизаторами.

Кинертным относятся ЗШМ от сжигания экибастузских, подмосковных, кузнецких, донецких, нерюнгринских и других углей. Они характеризуются высоким содержанием оксидов кремния и алюми-

54

ния и низким количеством оксидов кальция и магния. Свободного оксида кальция содержится менее 1 %, а в некоторых ЗШМ этой группы его может не быть совсем. В основном их используют в качестве техногенных грунтов.

55

Приложение 6 Кинетическая модель механохимических реакций10

В простой кинетической модели механохимической реакции учитывается только изменение поверхности контакта между частицами в ходе активации, основанной на экспериментальных данных о влиянии размера частиц на скорость реакции. В этой модели сделано допущение, что скорость реакции пропорциональна площади контактирующих участков, т.е.

V = kмXSк,

где kм – константа, характеризующая вероятность протекания реакции при данном механическом воздействии на единицу контактной поверхности (энергетическая константа, определяющая термодинамические условия реакции);

X – вероятность попадания контактов под удар;

Sк – площадь контактирующих участков в момент механического воздействия.

Известно, что зависимость удельной поверхности от времени подчиняется уравнению

где Smax – максимально достигаемая при заданных условиях поверхность; k – константа измельчения вещества.

В кинетической модели предполагается также, что исходная поверхность вещества мала и ею можно пренебречь. Аналогично подобное выражение будет справедливо и для площади контактирующих участков, так как она пропорциональна общей поверхности. Для начального участка роста удельной поверхности можно ограничиться линейной зависимостью

В соответствии с законом действующих масс, а также учитывая принятые допущения, в случае, когда площадь контактирующих

––––––––––

10 Аввакумов Е.Г. Механические методы активации в переработке природного и техногенного сырья / Е.Г. Аввакумов, А.А. Гусев; Рос. акад. наук, Сибирское отд-ние, Ин-т хим. тв. тела и механохимии. – Новосибирск : Академическое изд-во «Гео», 2009. – 155 с.

56

участков порошков со временем активации возрастает линейно, справедливо уравнение

где α – степень превращения; t – время работы аппарата; K1 – константа.

В случае, когда исходные компоненты достигли максимальной дисперсности и под влиянием механической активации только реагируют, уравнение (П6.3) упрощается и принимает вид:

Это уравнение аналогично уравнению бимолекулярной реакции, правда, константа K2 имеет иной смысл, чем в молекулярнокинетической теории реакций.

Для некоторых реакций, например с участием карбонатов, приведенные уравнения показывают хорошую сопоставимость с экспериментальными данными для степеней взаимодействия α = 0,5–0,7.

57

Учебное издание

Исаев Владимир Алексеевич

КОМПЛЕКСНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ

Методическое пособие по подготовке, выполнению и оформлению курсовых работ

Редактор А.Т. Темираева

Компьютерная верстка А.В. Калинкина

Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС», 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Издательский Дом МИСиС, 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

Тел. (495) 638-45-22

Отпечатано в типографии Издательского Дома МИСиС 119049, Москва, Ленинский пр-т, 4

тел. (499) 236-76-17, тел./факс (499) 236-76-35

58