Повна версія

Головна arrow Техніка arrow Будівельне матеріалознавство. Т 1

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЕНЕРГЕТИЧНА АКТИВНІСТЬ МІНЕРАЛІВ І гірських порід

Якість мінерального матеріалу визначається ступенем дисперсності і крісталлохимічеськимі особливостями (топохімісй) поверхні його частинок. Дробленням грубозернистих мінеральних матеріалів забезпечується отримання частинок різних розмірів і форми, що дозволяє розділяти їх на фракції. При подрібненні дрібнозернистих матеріалів збільшується питома поверхня і підвищується її фізико-хімічна і хімічна активність. Послідовне зменшення розмірів частинок в процесі подрібнення мінералів і гірських порід супроводжується швидким збільшенням їх сумарної і питомої поверхні (див. Рис. 2.2). Зі збільшенням питомої поверхні матеріалів підвищуються її потенційні енергії і здатність переходити в іншу фазу, наприклад, шляхом розчинення частинок. При механічному подрібненні порушуються деякі хімічні зв'язки з утворенням на поверхні частинок груп вільних радикалів і вільних іонів з нескомпенсіро- ванними зарядами, наприклад, катіонів Са 2 * і комплексних аніонів (СОЗ) 2 при порушенні зв'язків між ними в кристалічній решітці кальциту, або ж появою ненасичених катіонів Са 2 * і аніонних тетраедричних груп SO 4 2 при дробленні гіпсу. Утворені при цьому частки - уламки кристалічних решіток - стають складними просторовими системами, що взаємодіють з зовнішнім середовищем як складні електричні поля, знак і величина яких залежать від хімічного складу речовини, характеру будови і розміру часток. Свіжоутвореними поверхню мінеральних частинок має підвищену реакційною здатністю, причому вона може заряджатися переважно позитивно, як, наприклад, у кальциту, або негативно, як у кварцу, або виявитися нейтральною, як у графіту.

Шляхом сухого подрібнення мінеральних матеріалів можна отримати порошки з різними крісталлохимічеськимі особливостями: а) з високим потенціалом позитивного знака і великою кількістю адсорбційних центрів у вигляді катіонів Са 2 * і Mg 2 * на поверхні частинок - з кальциту, доломіту, вапняку; б) з високим потенціалом негативного знака і значною кількістю адсорбційних центрів у вигляді іонів Про 2 - - з кварцу, кремнію, каолініту, граніту, трахіту, вулканічного туфу; в) зі зниженим потенціалом негативного знака у зв'язку з наявністю

на поверхні їх частинок катіонів різної валентності До + , Na + , Сі 2 *, Mg 2 Fe 2 Fe 3+ і ін. - при подрібненні польового шпату, слюди, рогової обманки, авгита, азбесту, гидрослюд, гіпсу, габро, діабазу і ін .; г) з переважно нейтральної поверхнею частинок - отримані з тальку і графіту. Часткове порушення хімічних зв'язків, що викликається подрібненням матеріалів, сприяє появі на поверхні частинок хімічних центрів з підвищеною активністю, ефективність прояви якої при взаємодії з реагентами навколишнього середовища (вода, лужні і кислотні розчини і ін.) Визначається характером і складом останньої. Зазвичай створюються сприятливі умови для протікання фізико-хімічних процесів на межі поділу фаз у вигляді змочування, адсорбції, розчинення і т. П.

Однією з передумов обгрунтованого вибору вихідного матеріалу є прогнозування енергетичних властивостей його поверхні в високодисперсному порошкоподібному стані, в тому числі зі зміною знака потенціалу на межі розділу фаз. Прикладом збереження або зміни кристаллохимических особливостей високодисперсних мінеральних матеріалів може служити використання сухого свіжовиготовленого порошку хризотил-азбесту в двокомпонентних бітумномінеральних сумішах або ж в складних системах - при виробництві азбестоцементних виробів мокрим способом. У першому випадку при приготуванні асфальтовяжущего речовини на основі бітуму сухий хризотил-азбестовий порошок при з'єднанні з останнім зберігає свій кілька знижений негативний потенціал поверхні частинок, що не забезпечує досить міцного взаємодії їх з ПАР (вільними асфальтогеновимі кислотами, асфальтенами) бітуму на кордоні розділу фаз, яке дещо компенсується механічним армуванням бітумомінеральної суміші найтоншими (до 0,1 р і менше) еластичними волокнами азбесту.

Подальше контактування бітумно-азбестового речовини з водою, т. Е. Поява в цій системі нової (водної) фази, супроводжується різким зниженням його структурно-механічних властивостей. Значна частина плівкового бітуму, слабо пов'язаного з поверхнею азбестових частинок, при цьому знову переводиться у вільний стан полярними молекулами води, які одночасно гидратируют звільнилася поверхню азбестових частинок. Поверхнево-активні речовини бітуму, що втратили адсорбционную зв'язок з частинками азбесту, стають активними гідрофільними центрами в системі, особливо сильно гідратіруясь і погіршуючи її властивості з підвищенням дисперсності і кількості азбестового порошку. При цьому можлива зміна негативного знака потенціалу поверхні частинок хризотил-азбесту на позитивний в результаті її перезарядки. Остання може бути викликана переважним отщеплением іонів (ОН) - з їх поверхні молекулами води і виникають на ній внаслідок цього надлишком позитивних іонів Mg 2+ .

При виробництві азбестоцементних виробів мокрим способом хризотил-азбест є складовою частиною складної системи азбест - цемент - водний розчин гіпсу, вапна і лугів. Властивості його поверхні починають швидко змінюватися на кордоні з водної, лужної або іншими середовищами, набуваючи позитивний потенціал, близько 100 mv, за рахунок перезарядки поверхневого шару частинок (волоконец) азбесту, які складаються з гідроксильних груп (ОН) -, з'єднаних з суміжним внутрішнім шаром з іонів Mg 2+ . Значна поверхнева активність цих лужних груп при їх частковому розчиненні або тяжінні іонів протилежного знака забезпечує появу явно вираженого позитивного заряду хризотил-азбесту. З цими явищами пов'язані ефективність технологічного процесу отримання азбестоцементної продукції і її якість, які визначаються характером реакцій, що протікають на поверхні розділу компонентів в системі, і залежать від здатності, що фільтрує азбестоцементної суспензії, т. Е. Від поверхневих властивостей твердих азбестових частинок і розчину, в якому вони дисперговані. Розміри седиментационного обсягу при фільтрації азбестоцементної суспензії пов'язані зворотною залежністю з величиною поверхневих зарядів частинок. При хризотил-азбестовому компоненті з його порівняно великим зарядом має місце значне відштовхування частинок, що перешкоджає їх злипанню, і виникають малі седиментаційних обсяги з щільною упаковкою твердих частинок, зниженою водопроникністю і підвищеної тенденцією до самоуплотненію, які заважають регулювати щільність продукції.

При використанні хризотил-азбесту з верхніх горизонтів родовищ його зовнішній брусітовий шар Mg (OH ) 2 може виявитися порушеним внаслідок вивітрювання. У взаємодію з рідким середовищем вступає тоді глибший шар кремнекислородних тетраедрів, що викликає утворення найтоншого шару кремнєкислоти HjSiCb, дисоціює з відщепленням переважно іонів Н Решта при цьому на поверхні частинок іони Si 03 2_ повідомляють їм негативний заряд, а піддався вивітрюванню хризотил-азбест за знаком потенціалу нагадує ам фіболовий азбест. Ця остання різновид азбесту характеризується невеликим негативним зарядом і здатністю утворювати безладно орієнтовані сітчасті азбестоцементні структури з хорошими фільтраційними властивостями (дуже важливими при виробництві азбестоцементу).

При подрібненні мінеральних матеріалів раціональний межа ступеня дисперсності встановлюють дослідним шляхом. Цього перевищенням енергетична активність поверхні настільки зростає, що відбувається мимовільне агрегування частинок з появою грудкуваті, зменшенням питомої поверхні і однорідності. Зростає небезпека втрати поверхневої активності порошкоподібного матеріалу в період тривалого його зберігання, що знижує міцність зчеплення частинок з в'яжучими речовинами. Буде потрібно ввести в помольну установку ПАР, щоб екранувати з їх допомогою виникає нову поверхню з підвищеною енергетичною активністю і, можливо, з іншим електрозарядов.

Підвищення енергетичної активності мінеральних природних речовин відбувається не тільки в результаті примусового диспергування при механічному подрібненні мінералів і гірських порід. Дослідження, проведені на побічних продуктах Курської магнітної аномалії, одержуваних при розробці корисних копалин з великих глибин кар'єрів (глибше 500 м), показали їх підвищену енергетичну і хімічну активність. У природних умовах вона виникає за рахунок корозії порід, особливо кварцесодержащіх, освіти метаморфізували структур під впливом високого тиску і температур, виникнення дефектів і істотного зниження структурної впорядкованості кристалів з повним або частковим руйнуванням кристалічних решіток породоутворюючих мінералів. Відзначено також синтез нових хімічних сполук у твердій фазі за участю тонкодисперсного кварцу з корродированою поверхнею в товщі кори вивітрювання.

 
<<   ЗМІСТ   >>