Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Аналитический контроль минерального сырья в производстве силикатных материалов. Учебное пособие
.pdf
Известняки химического происхождения. Они возникают
путем осаждения при испарении воды и химических реакциях с
участием карбоната кальция. Особую группу в химических карбонатных осадках составляют известковые туфы, имеющие плотное
мелкокристаллическое сложение.
Обломочные известняки. Эти породы образуются вследствие
размыва более древних известняков. Они состоят из различных по
размеру и форме обломков известняка, сцементированных тонким
известковым материалом.
Известняки смешанного происхождения. Они представляют
собой породу, сложенную из материалов различного происхождения –
органогенного, обломочного и химического.
Вторичные известняки. Такие известняки возникают в
процессе преобразования доломитов при выветривании.
Состав и структура известняков могут быть изменены под
влиянием процессов, протекающих в них уже после превращения
осадков в плотную горную породу.
Доломиты представляют собой осадочную породу, состоя-
щую в основном из минерала доломита. В виде примесей в них
обычно содержатся кальцит и глинистые минералы. Иногда в них
встречаются ангидрит, гипс, халцедон, опал, кварц, оксиды и
гидроксиды железа и другие минералы. В отличие от известняков,
доломиты содержат меньше обломочного материала, органические
остатки в них редки.
Чтобы отличить доломит от известняков, используют слабый раствор соляной кислоты: доломиты на холоде, в куске лишь
слабо вскипают, а известняки вскипают бурно, выделяя углекислый
газ.
Известняки и доломиты связаны между собой переходами.
По соотношению первичного кальцита и доломита выделяются
смешанные породы. При содержании (% мас.) кальцита 100–95 порода
называется известняком, при 95–75 – известняком доломитистым,
75–50 – известняком доломитовым, при 50–25 – доломитом известковым, при 25–5 – доломитом известковистным, а при 5–0 кальцита и
95–100 доломита – доломитом.
Магнезиты являются светлоокрашенными породами, состоя-
щими из минерала магнезита (природного карбоната магния).
Магнезит значительно менее распространен по сравнению с
кальцитом и в виде осадочной породы встречаются редко. Прочность
21
и плотность их выше, чем у известняков. Магнезиты являются сырьем
для производства огнеупорного кирпича, а скрытокристаллические
разновидности с плотностью 2,9–3,0 г/см3 – для изготовления
минеральных вяжущих (каустического магнезита), цемента и изделий
на их основе.
Мергели представляют собой однородную по структуре
мелкозернистую осадочную породу, состоящую из смеси глинистых и
карбонатных минералов, обладающих во влажном состоянии
некоторой пластичностью. Карбонатная часть в мергелях представлена
кальцитом (мергель) или доломитом (доломитовый мергель).
Содержание карбонатов – от 25 до 75 %. Из глинистых минералов
мергели содержат каолинит, гидрослюду и монтмориллонит.
Мергели подразделяются на три группы:
– собственно мергели, содержащие от 50 до 75 % СаСО3;
– известковые мергели, содержащие 75–95 % СаСО3;
– глинистые мергели, содержащие от 25 до 50 % СаСО3.
Физические и химические свойства зависят от химического
состава, плотность – 1,8–2,9 г/см3.
Мергели являются лучшим сырьем для производства вяжущих веществ (воздушной и гидравлической извести, портландцемента).
1.5. Сульфатное сырье
Минералы данного класса являются солями серной кислоты. Сульфаты разнообразны по своему происхождению и свойствам.
Сульфатные минералы
Гипс (CaSO4·2H2O). Цвет – бесцветный, белый, серый,
желтоватый или оранжево-коричневый в массивных разновидностях.
Состав гипса довольно постоянен. Окраска обусловлена присутствием
оксидов железа или глинистых примесей.
Твердость – 1,5–2,0, плотность 2,3 г/см3. Обладает заметной
растворимостью в воде, которая увеличивается при повышении
температуры до 41 оС, а затем быстро падает.
Известны его разновидности: селенит – крупнокристаллический, обычно белый и прозрачный; атласный шпат – агрегаты с
параллельно-волокнистой структурой; алебастр – тонкозернистые
массивные агрегаты.
22
Ангидрит (CaSO4). Важный породообразующий минерал,
слагающий мощные слои, переслаивающиеся с гипсовыми породами,
известняками, доломитами и солями. Цвет – бесцветный до синеватого
или фиолетового, серый до темного-серого. Большая часть ангидрита
содержит незначительные количества Sr или Ba, замещающих Сa.
В воде растворяется хуже гипса. Твердость – 3–3,5, плотность –
2,8–3,0 г/см3. Обладает вяжущими свойствами.
Сульфатные породы
Гипс образует мощные осадочные толщи, переслаивающиеся с известняками, сланцами, глинистыми и соляными породами.
При испарении морской воды гипс отлагается первым, после него
выпадают ангидрит, галит, затем – растворимые сульфаты и другие
соли магния и калия. Наиболее используют гипсовый камень,
который широко распространен в природе, обычно содержит примеси
известняка, глинистых веществ, доломита.
Большая часть гипса и ангидрита используются в качестве
основного сырья для производства гипсовых вяжущих материалов
(штукатурки, сухой гипсовой штукатурки) и добавок в различные
виды цементов. Применяется как наполнитель при производстве
бумаги, красок, а также в качестве удобрения.
Из всех гипсовых вяжущих материалов наибольшее применение имеет строительный гипс, который получают путем обжига
гипсового камня. Применяют его для штукатурных и отделочных
работ, изготовления плит, перегородок.
Формовочный гипс получают так же, как и обыкновенный
строительный гипс, но из более чистого гипсового камня. Он используется в керамической, автомобильной промышленности и др.
Медицинский гипс применяют в хирургии и стоматологии.
Высокообжиговый гидравлический гипс представляет собой продукт
обжига гипса и ангидрита при высокой температуре (около 900 оС) с
последующим помолом обожженного материала. Применяют его для
изготовления плиточных и бесшвовных полов, растворов, бетонов,
искусственного мрамора и т.п.
Большинство видов сырья используются в технологиях
вяжущих веществ (В), керамики (К), стекла (К).
На рисунке представлено использование природного
минерального сырья в технологии тугоплавких неметаллических и
силикатных материалов (ТНСМ). Каждая технология предъявляет к
конкретному сырью свои специфические требования.
23
Природное сырье ТНСМ
Кремнеземистое
Алюмосиликатное
Карбонатное
Глиноземистое
Сульфатное
гипс [В]
ангидрит [В]
тенартит [В, С]
нефелин [К, С]
боксит [В]
песок
кварцевый
[В, К, С]
кварцит [В]
диатомит [В]
опока [В]
трепел [В]
глины [В, К]
глинистый сланец
[В, К]
каолины [К, С]
суглинки [В, К]
полевой шпат
[К, С]
перлит [В, К]
туф [В]
трасс [В]
пемза [В]
пегматиты [К, С]
известняк
[В, К, С]
мел [В, К, С]
доломит [В, К, С]
магнезит
[В, К, С]
мергель [В, К, С]
Использование природного минерального сырья в технологии
тугоплавких неметаллических и силикатных материалов
В приложении (табл. 1) представлены основные характеристики некоторых минералов.
24
2 АНАЛИЗ МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Качество минерального сырья, также как и качество готовых
продуктов, обусловливается совокупностью требований, предъявляемых к их вещественному составу и физическим свойствам.
Эти требования нормируются стандартами или техническими
условиями.
Лабораторная работа 1
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГРАНУЛОМЕТРИЧЕСКОГО
СОСТАВА ВЕЩЕСТВ И МАТЕРИАЛОВ
Цель работы: ознакомление с ситовым и седиментационным
анализом определения гранулометрического состава минерального
сырья и модуля крупности веществ и материалов.
Добытое минеральное сырье, как и ряд продуктов его
переработки, представляет смесь, состоящую из кусков или частиц
различной крупности. Крупность смеси зерен чаще всего выражается
гранулометрическим составом, т.е. количественным распределением
зерен по крупности. Гранулометрический состав может быть
определен ситовым (рассев материала на ситах) и седиментационным
анализом (осаждение материала в жидкой среде).
Ситовой анализ – один из наиболее распространенных,
простых и наглядных методов определения гранулометрического
состава сырья.
Ситовой анализ проводят сухим и мокрым способом.
Сухой способ применяют для материалов, вступающих во
взаимодействие с водой (цемент, алебастр, известь и т.д.), а также при
наличии незначительных количеств мелких фракций.
Мокрый способ используется для классификации материала по
какому-либо одному размеру, а также при контроле высокодисперсных материалов с размером частиц менее 0,1 мм.
Для всех этих работ используют стандартные металлические
сита с квадратными отверстиями.
В ГОСТ 6613-86 на проволочные тканевые сетки с квадратными ячейками контрольные и высокой точности предусмотрена
шкала сит, приведенная в приложении (табл. 2). При характеристике
25
тонкости помола породы используются обозначения номеров сеток,
0,16
0,315
0,63
1,25
2,5
5
0
20
40
60
80
100
0 2 4 6
Полный остаток на
ситах (Аi),%
Размеры отверстий сит, мм
приведенных в этой таблице. Номер сита соответствует номинальному
размеру (в мм) стороны ячейки в свету.
Результаты определения гранулометрического состава
представляют графически в виде кривой просеивания (рис. 1).
Рис. 1. Кривая просеивания
Для производства тяжелого бетона применяют песок с
размерами частиц от 0,16 (0,14) до 5 мм. Содержание зерен с размером
менее 0,16 и более 5 мм не должно превышать 10 %. Содержание
зерен крупнее 10 мм не должно превышать 0,5 %. Пески с модулем
крупности 1,5–2 допускается применять для производства бетонов
класса до В20. Пески с модулем крупности 2,5 и более рекомендуется
применять для бетонов класса В35 и выше.
Глинистые породы представляют собой смесь, состоящую из
отдельных частей различной величины, формы и состава, и
представлены тремя фракциями: глинистой – с размером частиц менее
5 мкм (0,005 мм); пылевидной – с размером частиц 5–50 мкм
(0,005–0,05 мм); песчаной – с размером от 50 мкм и более (0,05–2 мм).
размеров зерен под микроскопом, разделении на ситах, набухании,
оседании в спокойной и движущейся воде под действием силы
Анализ гранулометрического состава основан на определении
26
тяжести или центробежной силы. Все известные методы анализа
жч
grV
2
9
2
ж
1127,0d
2
cr
гранулометрического состава глин разделены на две группы: прямые и
косвенные.
Прямые методы позволяют непосредственно установить
размер и содержание частиц, слагающих породу. К ним относится
ситовой метод; метод подсчета частиц различных размеров под
микроскопом и электронно-микроскопический метод с обработкой
микрофотографий.
Косвенные методы позволяют установить размер частиц
глины по какому-либо признаку: массе, скорости падения частиц в
воде или другой жидкости, способности к набуханию, отражению
света. Косвенные методы можно разделить на две группы: методы
определения частиц различных размеров с полным выделением
фракций (методы отмучивания Б.И. Рутковского, А.Н. Сабанина) и
методы определения количества частиц различных размеров без
выделения фракций (метод Робинзона, метод Фигурского) и другие.
Вещественный состав глин представлен глинистой частью и
примесями. При взаимодействии с водой способны набухать только
минералы глинистой части. Наибольшей набухаемостью обладают
монтмориллонитовые глины, наименьшей – каолинитовые глины.
Скорость падения или скорость осаждения глинистых и мелких
алевролитовых частиц (песчаных, полевошпатовых) зависит от ряда
факторов и пропорциональна квадрату их радиуса. По скорости
падения частиц можно определить их размер.
Скорость падения частиц (V, см/с) в жидкости определяется по
формуле Стокса:
, (1)
где r – радиус частиц, см; g – ускорение силы тяжести (9,80665 м/с2);
ρ
– плотность частиц, г/см3; ρж – плотность жидкости, г/см3;
ч
η – вязкость жидкости, пз (10
–1
Н∙с/м2, 0,1 Па·с).
Для ориентировочных расчетов формулу можно упростить,
приняв:
ρ
= 2,65 г/см3, тогда диаметр частиц (d = 2r) выразится следующим
ч
= 1 г/см3 (для воды); = 0,0114 пз (при t = 15 оС) и
равенством:
, мм; (2)
или
, см/с, (3)
где c – постоянная Стокса.
27
В результате экспериментальных работ установлена зависи-
Диаметр частиц, мм
Скорость падения частиц
в воде (1 см) за время
0,05–0,2
5 с
0,01–0,02
50 с
0,005–0,0046
35 мин
0,001–0,00012
2 ч 24 мин
мость между диаметром и скоростью их падения в воде. Данные
представлены в табл. 1.
Таблица 1. Зависимость диаметра частиц от скорости их падения
в воде
С помощью метода Рутковского (метод отмучивания) можно
определить три основные фракции: глинистую, пылевидную и
песчаную.
Недостатком метода Рутковского является прямая пропорциональная зависимость между величиной набухания и содержанием
глинистых частиц в породе. В действительности эта зависимость
значительно сложнее, так как объем набухшей в воде породы
определяется не только количеством глинистых частиц, но также их
минеральным составом (содержанием каолинита, монтмориллонита,
гидрослюды).
1. Сущность методов анализа
Зерновой состав определяют путем рассева материала на
стандартном наборе сит.
Определение гранулометрического состава с помощью метода
Рутковского основано на способности глинистых частиц набухать в
воде и на разной скорости падения частиц в воде в зависимости от их
размера (седиментометрии или скорости осаждения).
2. Аппаратура, реактивы и растворы
Весы технические, набор сит с отверстиями 10; 5; 2,5; 1,25;
0,63; 0,315; 0,16 мм (сито 0,16 можно заменить ситом 0,14); мерные
28
цилиндры (100 см3); стеклянная палочка с резиновым наконечником;
секундомер.
Раствор СаСl2 (5,5 г на 100 см3).
3. Проведение химического анализа
3.1. Определение гранулометрического состава ситовым способом
Сухой способ. Высушенный песок в количестве 1,5–2 кг
просеивают последовательно через сита с отверстиями 10 и 5 мм.
Остатки на ситах взвешивают и определяют содержание в песке
частиц размером 5–10 мм и более по формуле, %
Гр10 = m
100 / mo, (1)
10
Гр5 = m5 100 / mo. (2)
где m10 и m5 – остатки на ситах с отверстиями 10 мм и 5 мм, г;
mo – масса пробы, г.
Из пробы песка, прошедшего сквозь указанные сита,
отбирают навеску массой 1000 г и просеивают через набор сит с
отверстиями 2,5; 1,25; 0,63; 0,315; 0,16 мм механическим или ручным
способами.
Продолжительность просеивания должна быть такой, чтобы
при контрольном, интенсивном ручном встряхивании каждого сита в
течение 1 мин через него проходило не более 0,1 % общей массы
просеиваемой навески.
При механическом просеивании его продолжительность для
применяемого прибора устанавливают опытным путем. При ручном
просеивании допускается определять окончание просеивания,
интенсивно встряхивая каждое сито над листом бумаги. Просеивание
считают законченным, если при этом практически не наблюдается
падения зерен материала.
Мокрый способ. При определении зернового состава мокрым
способом навеску материала в количестве 1,5–2 кг помещают в сосуд
и заливают водой. Тщательно перемешивают до полного размокания.
Суспензию постепенно сливают на контрольные сита, смоченные
сверху и снизу водой. Просеивают материал на ситах до тех пор, пока
промывочная вода не станет прозрачной. Частные остатки на каждом
сите высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной
температуры, затем определяют их массу взвешиванием.
29
4. Обработка результатов
Наиме-
нование
остатка
Остатки, % по массе, на ситах
Проход
через сито
с сеткой
№ 016
(014), %
по массе
2,5
1,25
0,63
0,315
0,16
(0,14)
Частный
а
2,5 а1,25
а
0,63
а
0,315
а
0,16(0,14)
а
0,16(0,14)
Полный
А
2,5
А
1,25
А
0,63
А
0,315
А
0,16(0,14)
По результатам просеивания вычисляют:
а) частный остаток на каждом сите (ai) – как отношение
массы остатка на данном сите к массе просеиваемой навески, %:
ai = mi 100/m, (3)
где mi – масса остатка на i-том сите, г; m – масса просеиваемой
навески, г;
б) полный остаток (Аi) на каждом сите – как сумму частных
остатков на всех ситах с большим размером отверстий плюс остаток
на данном сите, %:
Аi = a
2,5
+ a
+ … + ai, (4)
1,25
где a
отверстий, начиная с сита размером отверстий 2,5 мм; a
2,5
, a
, …ai – частные остатки на ситах с большим размером
1,25
i
– частный
остаток на данном сите, %.
Например: А
2,5
= a
2,5
; А
1,25
= a
2,5
+ a
1,25
;
в) модуль крупности (Мк) (без фракций с размером зерен
крупнее 5 мм) – как частное от деления на 100 суммы полных остатков
на всех ситах, начиная с сита размером отверстий 2,5 мм и кончая
ситом с размером отверстий 0,16 мм:
Мк = (А
2,5
+ А
1,25
+ А
0,63
+ А
0,315
+ А
)/100. (5)
0,16
Результаты определения зернового состава материала
оформляют в соответствии с табл. 2 или графически – в виде кривой
просеивания (рис. 1).
Таблица 2. Результаты определения зернового состава
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]