Труды КНЦ вып.5 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 5/2015(31))

УДК666.949+53.091 ГЕОПОЛИМЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕХАНОАКТИВИРОВАННОГО НЕФЕЛИНА И НЕФЕЛИНСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ А.М. Калинкин, Б.И. Гуревич, Е.В. Калинкина, В.В. Тюкавкина Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В.Тананаева Кольского научного центра РАН, Апатиты, Россия Аннотация Получено геополимерное вяжущее на основе механоактивированного нефелинового концентрата в сочетании с низкомодульным жидким стеклом. Показано, что хвосты обогащения апатитонефелиновых руд, механоактивированные с магнезиально-железистым шлаком в атмосфере СО 2 , могут быть использованы для проведения закладочных работ на рудниках при затворении жидким стеклом итвердении в нормальных условиях. Ключевые слова : нефелин, хвосты обогащения, магнезиально-железистый шлак, механоактивация, геополимеры. GEOPOLYMER MATERIALS USING MECHANICALLY ACTIVATED NEPHELINE AND NEPHELINE-CONTAINING WASTES A.M. Kalinkin, B.I. Gurevich, E.V. Kalinkina, V.V. Tukavkina I. V. Tananaev Institute o f Chemistry and Technology o f Rare Elements and Mineral Raw Materials o f the Kola Science Centre o f the RAS, Apatity, Russia Abstract Geopolymer based on mechanically activated nepheline concentrate and low-modulus liquid glass have been developed. It has been shown that apatite-nepheline ore dressing tailing jointly mechanically activated with magnesia-ferriferous slag in CO 2 atmosphere and mixed with liquid glass can be used for mine stowing under the normal conditions of hardening. Keywords: nepheline, ore dressing tailing, magnesia-ferriferous slag, mechanical activation, geopolymer. Введение Основным общестроительным вяжущим веществом в настоящее время является портландцемент, производство которого весьма энергоемко и приводит к значительным выбросам углекислого газа в атмосферу - 0.9 т CO 2 / т клинкера. Это составляет около 5% общего объема выбросов СО 2 (2.1 гигатонн в год), и с учетом непрерывного увеличения объемов производства цемента этот фактор все более негативно влияет на окружающую среду [1]. Вяжущие щелочной активации (геополимеры) - активно развивающееся в последние годы направление создания ресурсо- и энергосберегающих технологий строительных материалов, которые могут рассматриваться как альтернатива традиционному портландцементу. В широком смысле слова геополимеры представляют собой вяжущие системы на основе тонкодисперсных аморфных или кристаллических силикатных и алюмосиликатных материалов, затворяемых щелочными агентами [2-6]. В качестве щелочных агентов, как правило, используют растворы гидроксидов или силикатов натрия и калия. В более узком смысле геополимеры являются подгруппой вяжущих щелочной активации, в которой цементная фаза имеет низкокальциевый алюмосиликатный состав с высокой степенью координации, характерной для псевдоцеолитовой структуры [ 6 ]. Геополимеры могут применяться как строительные и композиционные материалы, а также как матрицы для иммобилизации токсичных отходов. Исходным сырьем для получения геополимеров обычно служат метакаолин, получаемый термической активацией каолина, зола-унос (отход сжигания угля) и доменные шлаки. Гранулированные шлаки цветной металлургии, большими запасами которых располагают районы Крайнего Севера, существенно отличаются от доменных шлаков по химическому и минералогическому составу. Работами, выполненными в ИХТРЭМС КНЦ РАН, показано, что они также могут быть использованы для получения шлакощелочных вяжущих [7]. Нефелин, каркасный алюмосиликат Na и K, составляющий основу хвостов флотации апатитонефелиновых руд Хибинского массива, содержит все компоненты, необходимые для геополимерного синтеза - щелочи, кремний и алюминий. Ранее нами изучена возможность использования нефелина в качестве компонента механоактивированной вяжущей композиции (совместно с гранулированным магнезиально­ железистым шлаком) при затворении водой [ 8 ]. В развитие этих исследований в данной работе изучены вяжущие свойства геополимерных композиций на основе нефелинового концентрата (НК) и хвостов флотации апатитонефелиновых руд с добавками магнезиально-железистого шлака с применением в качестве затворителя жидкого стекла (ЖС). 538