Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

Введение Среди путей утилизации отходов сжигания угля [1, 2] основным является строительная индустрия, в которой высококальциевые золы и шлаки применяются в качестве вяжущих, а низкокальциевые — как мелкозернистые заполнители бетонов. В последние годы интенсивные исследования проводятся еще в одном направлении — использовании зол для синтеза геополимеров, в том числе композиционных. Ключевым моментом синтеза геополимеров является растворение сырья в щелочной среде и последующая поликонденсация реакционноспособных оксидов кремния и алюминия с формированием алюмосиликатной матрицы с высокой прочностью структуры. Использование при синтезе геополимеров различных минеральных добавок позволяет управлять скоростью растворения алюмосиликатного сырья, а также структурой и физико-механическими свойствами получаемых композиционных материалов [3-6]. Для повышения реакционной способности золы по отношению к щелочному агенту и, следовательно, для улучшения характеристик геополимера хорошо зарекомендовавшим себя методом считают механическую активацию (МА) [7, 8]. Ранее в работе [9] нами были получены данные, обосновывающие возможность использования нефелина, входящего в состав хвостов флотации апатитонефелиновых руд Хибинского массива, в качестве компонента геополимерного вяжущего наряду с золоотходами Апатитской ТЭЦ (АТЭЦ). Цель данного исследования — изучение процессов твердения композиционных геополимеров, содерж ащих низкокальциевую золу АТЭЦ и нефелиновый концентрат (НК), с прим енением предварительной МА при использовании в качестве щелочного агента гидроксида натрия. Р е зу л ь т а ты Химический состав золы и НК приведен в табл. 1. МА исходного сырья проводили в лабораторной центробежно-планетарной мельнице АГО-2 при центробежном факторе 40 g с применением стальных барабанов и шаров диаметром 8 мм. В качестве щелочного агента при синтезе геополимеров использовали раствор NaOH. Условия эксперимента описаны в работе [10]. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 175-180. Transactions of the Kola Science Centre of r A s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 175-180. Таблица 1 Химический состав низкокальциевой золы АТЭЦ и НК, мас. % Компонент SiO2 AkO3 FeO Fe2O3 CaO MgO Na2O K 2 O TiO2 P 2 O 5 SO 3 П. п. п. Прочие ЗолаАТЭЦ 56,26 18,39 0,69 8,58 2,14 2,60 4,04 1,32 1,13 0,32 0,18 2,28 2,07 НК 43,37 29,48 - 2,90 0,84 0,27 12,7 9,01 0,27 0,03 - 1,13 - Исходная зола и смеси золы с НК без МА при воздействии на них воды практически не проявляют гидравлических свойств. Образцы, изготовленные из таких смесей, при формовании не схватываются и при помещении во влажные условия не твердеют. МА позволяет существенно увеличить реакционную способность исходной золы и нефелина, что ведет к появлению гидравлической активности вяжущей смеси [9]. Согласно данным РФА (не приведены ) при МА снижение интенсивностей рефлексов в рентгенограммах НК выражено в большей степени, чем для золы. Это объясняется разной твердостью нефелина (по шкале Мооса 5,5-6,0) и золы (7,0 и 6,3-7,5 для основных кристаллических компонентов золы - - кварца и муллита - - соответственно). Следовательно, при совместной обработке в мельнице механоактивирование НК, вероятно, происходит не только мелющими телами, но и частицами золы. При МА золы наблюдается увеличение интенсивности и сужение наиболее интенсивной полосы валентных колебаний Si(Al ) 0 4 тетраэдров в ИК-спектре в области 1100 см-1 (рис. 1). Это указывает на процессы упорядочения в ближнем окружении кремния и алюминия под влиянием МА. В случае нефелина, наоборот, механическая обработка, видимо, приводит к разупорядочению структуры, о чем свидетельствует ощутимое уширение соответствующей полосы (рис. 2). Известно, что для получения высоких прочностей щелочеактивируемых цементов с активизатором NaOH предпочтительны автоклавные условия твердения. В виду отсутствия у нас автоклавного оборудования изучение влияния МА и других параметров на прочность образцов проводили при нормальном (влажном) твердении и гидротермальной обработке (ГТО-пропарке). © Калинкина Е. В., Кругляк Е. А., Иванова А. Г., Калинкин А. М., 2023 176