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

представлен оливином, хотя реакционная способность гранулированного шлака несколько выше реакционной способности кристаллического оливина вследствие присутствия большого количества стеклофазы в первом. При проведении расчетов соотношение шлак - раствор соответствовало данным эксперимента. Содержание СО 2 в исходном шлаке составляет 0.31+0.05 мас. %, а после измельчения в углекислом газе - 0.51+0.05 мас. %, что свидетельствует о поверхностной сорбции углекислого газа под влиянием механической обработки. Рентгенофазовый анализ проводился на дифрактометре Shimadzu XRD 6000 (СиКа-излучение) при скорости съемки 2о(2Ѳ)/мин. Удельную поверхность методом низкотемпературной десорбции азота определяли с помощью анализатора Flow-Sorb II 2300 (Micromeritics). Микрозондовый анализ проводили на сканирующем электронном микроскопе SEM LEO-420 с микроанализатором INCA ENERGY-400. Для определения вяжущих свойств механоактивированных смесей изготавливались кубики размером 2x2x2 см, которые твердели во влажных условиях при температуре 20-22оС. Основные параметры синтеза образцов - количество и модуль (m) жидкого стекла (ЖС), водотвердое отношение (В/Т) - задавали, учитывая проведенные ранее исследования [ 6 ]: 3%по Na2O в составе ЖС по отношению кмассе молотого шлака, m=2.34, В/Т = 0.23-0.25. Результаты и их обсуждение В таблице 1 приведены экспериментальные результаты по растворению трех образцов шлака в щелочной среде и в воде, а также расчетные данные, полученные с помощью ПК «Селектор». Экспериментальные степени растворения кремния и алюминия определяли в процентах от их содержания в исходном шлаке. Анализ экспериментальных данных выявил следующие тенденции. Концентрации перешедших в раствор кремния и алюминия и, соответственно, степени их растворения, определяющие формирование алюмосиликатного геля, монотонно растут с увеличением концентрации щелочи. Степени растворения кремния и алюминия близки между собой. В работе [4] такое синхронное растворение кремния и алюминия объяснили тем, что эти компоненты, возможно, растворяются с поверхности частиц в связанной форме. Степень выщелачивания алюминия и кремния при всех концентрациях щелочи выше для шлака, механически обработанного в атмосфере СО 2 . Это согласуется с тем, что прочность затвердевшего цементного камня на основе шлака, механоактивированного СО 2 , на порядок превосходит прочность камня на основе шлака, механоактивированного в воздушной среде [7]. Молекулы СО 2 под влиянием механических воздействий проникают в объем структурно разупорядоченной силикатной матрицы шлака с образованием искаженных карбонатных групп вследствие проявления эффекта глубокой механосорбции углекислого газа силикатами [13]. Это приводит к образованию поверхностной стеклоподобной карбонатно-силикатной фазы предположительно состава [(М£^е)х(С 0 3 ) /^ Ю 2], находящейся в высокодисперсном состоянии. При этом существенно изменяется не только структура, но и химический состав наружных слоев частиц, непосредственно участвующих в реакциях гидратации. В результате реакционная способность частиц шлака повышается, интенсифицируются его растворение при взаимодействии с затворителем и формирование цементирующего геля. По данным анализа, концентрации магния в растворах менее 0.01 мг/л, железа - менее 0.1 мг/л. Это согласуется с расчетными данными, согласно которым при выщелачивании шлака 2-10 М растворами NaOH практически сразу (при £>4-5) в твердую фазу выпадают оксигидроксид железа (гетит) и гидроксид магния. Расчетные концентрации магния и железа при всех изученных значениях £ не превышали 1 0 -5 и 1 0 -2 мг/л соответственно. Микрозондовый анализ частиц механохимически активированного шлака до и после обработки щелочью показал, что содержание железа на поверхности составило 12+3 и 24+3 мас. %, магния — 4.9+1.0 и 6.1+1.0 мас. % (содержание железа и магния оценивали как среднее для 5 разных точек поверхности). В рентгенограмме шлака, обработанного щелочью (не приведена), не обнаружено рефлексов этих соединений, однако в области углов 2 тета 15-30 град увеличивается интенсивность аморфного гало. Вполне вероятно, что гало соответствует аморфным гидроксидам железа и магния, образовавшимся в процессе выщелачивания, которые со временем могут перейти в кристаллические модификации. Сопоставление результатов расчета и данных эксперимента проводили следующим образом. По аналитическим концентрациям кремния и алюминия в фильтрате после взаимодействия шлака с раствором NaOH и их содержанию в исходном шлаке определяли степень растворения, т.е. задавали величину £. Далее для разных значений £ и заданных значений NaOH по программе вычисляли концентрации компонентов шлака, перешедших в жидкую фазу, и состав образующихся в этих условиях твердых фаз. Рассчитанные величины концентраций компонентов сопоставляли со значениями, определенными экспериментально. В целом концентрации кремния и алюминия в жидкой фазе после обработки механоактивированного шлака растворами NaOH, определенные экспериментально и с помощью моделирования (табл. 1), находятся в хорошем согласовании. Согласование расчета и эксперимента свидетельствует об адекватности использованной термодинамической модели и ее перспективности для прогнозирования взаимодействия щелочных активизаторов и минеральных компонентов при геополимерном синтезе. С использованием данных табл. 1 можно оценить реакционную способность поверхности шлака в зависимости от условий механохимической обработки. Количество выщелоченного металла нормировали к величине поверхности образца шлака и сравнивали величины С^Л^д и C^/S^ для трех образцов шлака. Для образцов, обработанных на воздухе («Ш_14_возд» и «Ш_43_возд»), с сильно различающейся £уд эти величины равны или очень близки, что указывает на то, что механообработка ведет только к увеличению поверхности, но 545