Труды КНЦ вып.9 (ХИМИЯ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ вып. 1/2018(9) Часть 2)

Abstract The results of studies of talc-chlorite shales of various deposits of Karelia and their roasting products are presented. Their chemical, differential-thermal and X-ray analyzes have been studied and a comparative evaluation has been carried out. Based on aggregate from shales heat-treated at different temperatures, the compositions were selected and the main properties of heat-resistant concrete were studied. It has been established that concretes based on the shales of the Kalyevo-Murenanvaara Deposit of the Segozer Group, heat treated at 1000 °C, satisfy the basic requirements for heat-resistant concrete and can be used as a lining for thermal units with a neutral medium. Keywords: talcum-chlorite shales, fire-resistant concrete, composition, properties. Промышленное производство, основанное на использовании тепловых агрегатов, постоянно испытывает дефицит в огнеупорных футеровочных материалах. Одной из причин, обуславливающих подобный дефицит, является низкая эффективность их использования. Также дефициту футеровочных материалов и снижению эффективности производства способствует уменьшение запасов сырья, ухудшение его качества и значительная удаленность сырьевой базы от потребителей. Поэтому в последнее время уделяется большое внимание созданию технологий изготовления футеровочных материалов из нетрадиционных видов сырья, что позволило бы сократить потребление традиционных видов сырья и материалов, снизить затраты на производство новых. Благодаря своим уникальным свойствам талько-хлоритовые сланцы месторождений Республики Карелия являются ценным минеральным сырьем, которое широко применяется в различных отраслях промышленности: для футеровки вращающихся обжиговых печей и катодного устройства алюминиевых электролизеров, керамических материалов и ряда других [1-8]. ООО «Энергоресурс-т» (г. Петрозаводск) использует талькохлорит для изготовления теплоаккумулирующих изделий, а также печей и каминов. При их производстве образуется большое количество отходов фракции менее 40 мм, которые еще не нашли практического применения. Одним из возможных путей утилизации этих отходов является их использование в качестве заполнителя жаростойких бетонов. Указанные бетоны должны удовлетворять требованиям ГОСТ 20910-90 на жаростойкие бетоны и иметь температуру применения не менее 1000 °С. Для использования сланцев в качестве заполнителя бетонов необходимо предварительно изучить их основные физико-химические характеристики, а также продукты их обжига. Для проведения исследований было отобрано 2 пробы тальковых пород с различных месторождений — одна проба (скв. 7) тальковых руд Центральной залежи Светлоозерского месторождения и одна проба талько­ хлоритовых сланцев (ТХС) месторождения Каллиево-Муренанваара Сегозерской группы. Главными породообразующими минералами, входящими в состав тальксодержащих пород, являются тальк, хлорит, карбонаты, тремолит. Карбонатные минералы представлены, главным образом, доломитом, кроме того, в незначительном количестве присутствует брейнерит и кальцит. Рудными минералами являются магнетит и ильменит, среднее содержание которых обычно не превышает 3 %. По химическому составу (табл. 1) проба ТХС отличается от пробы скв. 7 по содержанию оксидов алюминия, кальция, титана, а также потерь при прокаливании, что обусловлено присутствием в пробе ТХС большего количества хлоритов и карбонатов. Таблица 1 Химический состав проб талько-хлоритовых сланцев Проба SiO 2 TiO 2 Al 2 Os Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na 2 O K 2 O С П. п. п. ТХС 36,23 0,30 6,23 9,91 4,40 0,16 24,60 7,72 0 ,0 2 0 ,0 1 5,35 9,78 Скв. 7 29,97 0 ,1 1 1,23 10,65 5,21 0 ,1 0 27,11 2,82 0,007 0,006 4,06 17,52 По данным ДТА в температурном интервале до 1000 °С происходит дегидратация (эндоэффекты при 590 °С — проба ТХС; 600 °С — проба скв. 7) и перекристаллизация хлоритов (экзоэффекты при 840 °С — проба ТХС, 900 °С— проба скв. 7), разложение доломитов (эндоэффекты при 770-790 и 850 °С— проба ТХС; 750-765 и 830 °С — проба скв. 7), дегидратация талька (эндоэффекты при 890 °С — проба ТХС; 980 °С — проба скв. 7). Рентгенофазовый анализ показал, что структура сланцев различных месторождений имеет некоторые отличительные особенности. У сланцев пробы скв. 7 при температуре выше 900 °С интенсивность отражений талька уменьшается и появляется новая фаза с межплоскостными расстояниями 3,18 и 2 ,8 8 А, которая идентифицируется как протоэнстатит. С ростом температуры обжига интенсивность отражений протоэнстатита возрастает, что обусловлено как увеличением его содержания в процессе преобразования талька, так и совершенствованием кристаллической структуры новой фазы. Интенсивность линий талька у пробы скв. 7 сохраняется до 1000 °С, у сланцев пробы ТХС линий талька при температуре 900 °С не обнаружено, что говорит о завершении процесса дегидратации при более низкой температуре. С ростом температуры также снижается интенсивность линий хлорита, что обусловлено его дегидратацией и перекристаллизацией с образованием оливина, присутствие которого определяется появлением на 804