Ізденістер, №2 исследования, НӘтижелер 2013 результаты



жүктеу 5.37 Mb.
бет13/26
Дата31.03.2016
өлшемі5.37 Mb.
1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   26
: material
material -> Сабақтың тақырыбы : Допты алып жүрудің түрлері. Сабақтың мақсаты : Допты алып жүруді үйрету, әдісін-тәсілін үйрету
material -> Маңғыстау облысы Қарақия ауданы Жетібай ауылы №3 орта мектептің бастауыш сынып мұғалімі Самамбетова Қарлығаш Ашық тәрбие сағаты 2-сынып Тақырыбы
material -> Сабақ тақырыбы: М.Әуезов
material -> ТӨлеби ауданы №7 жалпы орта білім беретін мектебі коммуналдық мемлекеттік мекемесі
material -> Сабақтың тақырыбы: Жамбыл өмірі мен шығармашылығы. Сабақтың мақсаты
material -> Абай Құнанбаевтың табиғат лирикасындағы қазақ ауылының көрінісі
material -> «Қарағайдың қарсы біткен бұтағы» атты қайсар ақын
material -> Сабақтың тақырыбы : Сыр сүлейі Нұртуған Сабақтың мақсаты: Сыр сүлейі Нұртуғанның шығармаларымен таныстыру
material -> Сабақтың мақсаты: Оқушыларға ұлы А. Құнанбаевтың шығармашылығымен
material -> Сабақтың тақырыбы: Қазақстан халқының XVIII-XIX ғасырлар аралығында рухани мәдениетінің дамуы

УДК666.266.63



Б. Боркоев, К. Салиева, К.Т. Абаева
Кыргызско-Турецкий университет – Манас

Казахский национальный аграрный университет

ИССЛЕДОВАНИЕ КРИСТАЛЛИЗАЦИОННОЙ СПОСОБНОСТИ И СВОЙСТВ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ СТЕКОЛ НА ОСНОВЕ ЗОЛ ТЭС


Аннотация. Изучены влияние оксидов магния и хрома на склонность кристаллизации и фазовые превращения при термообработке железосодержащих стекол. Оптимизированы составы стекол для получения стеклокристаллических материалов cтонкокристаллической структурой. На основе зол ТЭС синтезированы стеклокристаллические материалы,основной кристаллической фазой которых, являются пироксеновые твердые растворы.
Ключевые слова: золошлак, утилизация, золошлаковые смеси, теплоизоляция, ситаллообразования, тугоплавкие шпинелиды, стеклокристаллические материалы, катализатор, пироксеновая фаза.
Введение

Огромные объемы накопленных промышленных отходов, в том числе золошлаков ТЭС, создают серьезные экономические и экологические проблемы.

Использование отходов промышленности в производстве силикатных материалов позволит решить задачу утилизации вторичных ресурсов, замены достаточно дефицитных материалов, а также снижения себестоимости конечного продукта. Несмотря на то, что в последние годы накоплен большой опыт применения золошлаковых смесей, объем их потребления в строительной индустрии все еще остается незначительным – на уровне 5 – 8% их ежегодного выхода [1]. По результатам выполненных научно-исследовательских работ и опыта работы отдельных предприятий можно выделить следующие основные направления использования отходов ТЭС [2-4]:


  • производство строительных материалов, искусственных пористых заполнителей бетонов, кирпича, облицовочной плитки, теплоизоляции, изготовление фасонных изделий и получение конструкционных материалов;

  • использование в дорожном строительстве;

  • извлечение из них ценных компонентов;

  • производство минеральных удобрений;

  • закладка выработанного пространства шахт в горном производстве;

  • получение сырья для других отраслей промышленности и др.

Однако использование вторичного сырья сопряжено с рядом трудностей. Это обусловлено содержанием в составе промышленных отходов ряда минералов и элементов-примесей, не свойственных традиционному минеральному сырью. Кроме того, отходы характеризуются широким диапазоном изменения минерального и химического состава, физико-химических и технологических свойств. Снижение отрицательного влияния этих факторов и получение высококачественных изделий может быть обеспечено управлением качеством вторичного сырья.

В связи с этим, возникает необходимость более широкого использования отходов для производства различных видов строительных материалов и изделий.


Ранее нами были исследованы особенности минерального и химического состава, физико-химических и технологических свойств зол ТЭС и процессы силикато- и стеклообразования на их основе [5-6].

Целью настоящей работы являются исследования условий кристаллизации (ситаллообразования) и свойств железосодержащих стекол на основе модельных составов и зол ТЭС.


Материалы и методы

Большинство стеклокристаллических материалов, синтезированных на золах, шлаках ТЭС и отходах горнодобывающей промышленности находится в системе SiO2-Al2О3-FexOy-CaO-MgO-R2O. Основной кристаллической фазой в них является пироксен различного состава.

Если в системах SiО2-FeхОу-CaO и SiО2-Al2O3-FeхОу-CaO полная кристаллизация достигается за счет оксидов железа, то в системе SiО2-Al2O3-FeхОу-CaO-MgO-R2O необходимо вводить катализатор кристаллизации - оксид хрома. Большинство ученых [7-10] придерживаются мнения о том, что оксид хрома способствует образованию тугоплавких шпинелидов, на которыхосуществляется последующий рост пироксеновой фазы. Кроме того, в железосодержащих отходах кроме большого количества оксидов железа содержится также MgO. Поэтому нами были проведены исследования по подбору оптимальных количеств катализатора Сг2О3 при различном количестве оксидов магния и железа.

Основываясь на проведенном анализе химических составов зол и шлаков ТЭС и оптимальных составов стеклокристаллических материалов, полученных различными авторами, были синтезированы модельные составы железосодержащих стекол в системе SiO2-А12О3-FехОу-СаО-МgО-R2О пироксенового состава с различным содержанием оксида железа, магния и хрома. Составы стекол и результаты дифференциально-термического анализа хромсодержащих стекол приведены в таблице 1.

Варку стекол проводили при температуре 14500С с выдержкой 1 час в корундовых тиглях. Стекла термообработали по двухступенчатому режиму: 1 ступень - 6000С, выдержка 0,5 час, 2 ступень - 9500С, 1 час.

Результаты исследований

Кристаллизационную способность стекол изучали методами дифференциально-термического анализа, массовой кристаллизации и рентгенофазового анализа. Результаты представлены в таблице 1, 2 и рис. 1.

Термообработка стекол показала, что составы с содержанием оксида железа 5-10% без добавки оксида хрома кристаллизовались с поверхности, при 15% оксида железа наблюдалась грубая кристаллизация образцов. Поверхностная корка имела зелено-серый цвет и была сильно деформирована.

Добавка оксида хрома в железосодержащие составы улучшала кристаллизационную способность стекол. Тонкокристаллической структурой обладали составы с содержанием оксида железа 5% и добавкой оксида хрома 1,5-2,0%. В составах стекол с содержанием оксида железа 10 и 15% при добавлении различной концентрации оксида хрома не приводило к тонкокристаллической структуре образцов. Образцы при кристаллизации сильно деформировались, и в них образовывались поры.

Кроме того, в железосодержащих отходах содержится оксид магния. В настоящей работе для составов стекол с 10 и 15% оксида железа было уменьшено содержание оксида магния до 6%. Для обеспечения тонкокристаллической структуры оптимальное количество Сr2О3 составляло для состава с 10% оксида железа – 1%, для состава с 15% оксида железа – 0,5%. Дальнейшее повышение содержание оксида хрома приводило к более грубой структуре образцов и увеличению деформации.

Обсуждение результатов

Результаты ДТА показывают, что в составах с 5% оксида железа увеличение количества Сr2О3 приводит к уменьшению температуры экзоэффекта. При 1,5% Сг2О3 на термограмме наблюдается широкий основной пик, имеющий два максимума, что говорит о сложной структурной перестройке стекла. Стекло с 2% оксида хрома имеет наибольшую высоту экзоэффекта и визуально обладает наилучшей объемной тонкокристаллической структурой.



На всех термограммах между эндоэффектом и основным экзотермическим эффектом имеется небольшой экзотермический эффект, обусловленный структурными перестройками в стекле с выделением тепла.
Таблица 1 – Составы стекол и результаты дифференциально-термического анализа стекол

Обозна-чение

Содержание оксидов, масс.%

сверх 100%

Тэндо, оС

Тэкзо, оС

ΔТ, оС

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

FeO

Cr2O3

1

50

18

22

10

5

-

Поверхностная пленка

2

50

18

22

10

5

0,3

Поверхностная пленка

3

50

18

22

10

5

0,5

Поверхностная пленка

4

50

18

22

10

5

1,0

760

960

200

5

50

18

22

10

5

1,5

750

975

225

6

50

18

22

10

5

2,0

750

920

170

7

50

18

22

10

10

-

Крупнокристаллическая структура сферолиты

8

50

18

22

10

10

0,3

Крупнокристаллическая структура

9

50

18

22

10

10

0,5

Крупнокристаллическая структура, поры

10

50

18

22

10

10

1,0

725

945

220

11

50

18

22

10

10

1,5

Крупнокристаллическая структура

12

50

18

22

10

15

-

Крупнокристаллическая структура

13

50

18

22

10

15

0,3

Крупнокристаллическая структура, поры

14

50

18

22

10

15

0,5

705

910

205

15

50

18

22

10

15

1,0

705

887

182

16

52

18

24

6

10

-

Крупнокристаллическая структура, поры

17

52

18

24

6

10

0,5

Крупнокристаллическая структура, поры

18

52

18

24

6

10

1,0

735

880

145

19

52

18

24

6

10

1,5

740

885

145

20

52

18

24

6

10

2,0

Мелкокристаллическая структура

21

52

18

24

6

15

-

Крупнокристаллическая структура

22

52

18

24

6

15

0,3

Мелкокристаллическая структура

23

52

18

24

6

15

0,5

720

900

180

24

52

18

24

6

15

1,0

700

910

210

25

52

18

24

6

15

1,5

Мелкокристаллическая структура

В составах стекол с 15% оксида железа увеличение содержания оксида хрома увеличивает кристаллизационную способность стекол. При этом температуры эндоэффекта и начала кристаллизации остаются неизменными.

Увеличение содержания оксида железа при неизменном содержании оксида хрома (1%) в составах стекол (4, 10, 15) увеличивает кристаллизационную способность стекол. При этом снижаются температуры эндоэффекта, начала кристаллизации и основного экзоэффекта.

Таблица 2 – Результаты массовой кристаллизации стекол




Обозначение

Исходное стекло

Режимы обработки, °С

Обозначение

Исходное стекло

Режимы обработки, °С

600, 1 ч. 950, 1 ч.

600, 1 ч. 950, 1 ч.

1

rectangle 57

rectangle 56


14

rectangle 55




2

rectangle 54

rectangle 53


15



rectangle 52


3

rectangle 51

rectangle 50


16

rectangle 49




4

rectangle 48



17

rectangle 47




5

rectangle 46

rectangle 45


18

rectangle 44


rectangle 43


6

rectangle 42

rectangle 41


19

rectangle 40


rectangle 39


7

rectangle 38



20

rectangle 37


rectangle 36


8

rectangle 35

rectangle 34


21

rectangle 33


rectangle 32


9

rectangle 31



22

rectangle 30


rectangle 29


10

rectangle 28

rectangle 27


23

rectangle 26


rectangle 25


11

rectangle 24

rectangle 23


24

rectangle 22


rectangle 21


12

rectangle 20

rectangle 19


25

rectangle 18


rectangle 17


13

rectangle 16











Условные обозначения:



rectangle 15Крупнокристаллическая структура поры

rectangle 14

мелкокристаллическая структура сферолиты


rectangle 13rectangle 12 стекло поверхностная пленка

С уменьшением оксида магния до 6% в составах стекол (18, 19, 23, 24) с 10 и 15% оксида железа добавка Сr2О3увеличивает температуру основного экзоэффекта, тем самым, ухудшая их кристаллизационные свойства. По визуальной оценке все составы этой серии обладают достаточно тонкой структурой, но при содержании Сг2О3 выше 0,5% (15% оксида железа) размер кристаллов увеличивается.

Уменьшение содержания MgO до 6%, по данным ДТА, не приводит к увеличению высоты основного кристаллизационного пика, по визуальной оценке образцы этих стекол закристаллизованы более тонко.

По данным РФА (рис. 1) основной кристаллической фазой в исследуемых стеклах является пироксеновый твердый раствор на основе диопсид-геденбергита, но по сравнению с табличными данными (картотеки ASTM) наблюдается уменьшение межплоскостных расстояний пиков. Так как, данные составы содержат большое количество оксида алюминия (18%), то по аналогии с авгит-геденбергитовыми составами можно предположить, что исходит замена Fe3+ на Al3+ в шестикоординированном состоянии. Часть алюминия в четырехкоординированном состоянии замещает в структуре диопсида Si4+. Несмотря на большое содержание в составе стекла оксидаалюминия при кристаллизации выделение алюминиевых фаз не происходит, для этого нужны, очевидно, другие условия кристаллизации стекол.



Рисунок 1 – Фрагменты рентгенограмм закристаллизованных при 950˚Спироксеновых стекол системы Al2O3-FexOy-CaO-MgO с 5% FeOобщ и с добавкой Cr2O3 в количестве: а) 0,5%; б) 1%; в) 1,5%

Таким образом, на кристаллизацию железосодержащих стекол оказывают влияние оксиды магния и хрома. Поэтомудля получения тонкокристаллической структуры необходимо подбирать их количество. Так, при 5% оксида железа оптимальным будет содержание MgO – 10% и 1,5-2% Сr2О3, при 10% оксида железа – 6% MgO и 1% Сг2О3, а при 15% оксида железа для получения тонкокристаллической структуры необходимо в состав шихты вводить 6% MgO и 0,3-0,5 % Сг2О3. Наиболее оптимальными по своей кристаллизационной способности являются модельные составы железосодержащих стекол составов 5, 18 и 23 (таблица 1).

Основываясь на проведенном анализе химических составов зол ТЭС и оптимальных модельных составах железосодержащих стекол, были синтезированы стеклокрис-таллические материалы на основе шлака Черепетской ГРЭС, зол Бишкекской ТЭЦ и Эстонской ГРЭС с использованием в качестве катализатора кристаллизации оксида хрома.

Химический и минерально-фазовый составы, строение и свойства золошлаковых отходов зависят от состава минеральной части топлива, его теплотворной способности, режима сжигания, способа их улавливания и удаления, места отбора из отвалов.

Подшихтовку проводили кварцевым песком, мелом, доломитом, глиноземом и содой. При температурах варки 14220-14500С стёкла проваривались, осветлялись, имели удовлетворительные выработочные свойства.



1   ...   9   10   11   12   13   14   15   16   ...   26


©netref.ru 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет