Рис.4 Кинетика поглощения щелочи в зависимости от вида вводимого активизатора (1 - NаОН; 2 - КОН);а) магнезит, б) доломит воронежский, в) доломитизированный известняк.
Необходимо отметить, что максимальный расход активизатора происходит в реакции с доломитизированном известняком, содержащим меньшее количество MgCO3. Так, в начальные сроки твердения количество поглощенной щелочи магнезите составляет 3,26-4,37%, в доломите 4,12-4,33%, в доломитизированном известняке 4,32-4,83% в зависимости от вида активизатора. В поздние сроки в доломите и доломитизированном известняке NaOH полностью расходуется, в то время как при использовании в качестве щелочного компонента КОН в системах на основе всех исследуемых карбонатных пород часть щелочи остается непрореагировавшей. Таким образом, наиболее интенсивное поглощение щелочи наблюдается при использовании в качестве щелочного активизатора NaОН. В химических процессах, протекающих в доломитощелочных системах, КОН отличается пониженной реакционно-химической активностью по сравнению с NaOH, хотя полнота прохождения реакции должна достигать более высоких значений, т.к. концентрация КОН в пересчете на моль вещества меньше. Объяснить данный факт, по всей вероятности, можно, рассмотрев механизм протекания химической реакции в карбонатнощелочной системе.
В случае использования в качестве активизатора КОН первая стадия реакции, протекающей по гетерогенному механизму, проходит интенсивно вследствие большей подвижности ионов калия К+, однако, ионы калия обладают и повышенной адсорбционной способностью, в результате чего образующийся в ходе реакции карбонат калия К2СО3 остается в приповерхностной зоне реакции. В связи с этим новые порции реагента не поступают к поверхности, о чем свидетельствует довольно значительное количество остаточной щелочи КОН в доломитощелочных системах, и выделение К2СО3 и Mg(OH)2 уменьшается. На рис. 5 приведена кинетика поглощения NaOH в различных карбонатных породах.
Полученные результаты показывают, что наиболее интенсивное поглощение щелочи, свидетельствующее о наивысшей скорости реакционного процесса, наблюдается в системе на основе доломитизированного известняка, т.е. карбонатной породы с наименьшим содержанием реакционно-активного MgCO3.
Так, на третьи сутки твердения количество остаточной щелочи (табл. 3) составляет в магнезите 0,63%, в доломите 0,27%, а в доломитизированном известняке лишь 0,17% от массы сухого вещества. На седьмые сутки это количество равно в магнезите 0,50%, доломите 0,25%, а в доломитизированном известняке 0,17% от массы сухого вещества. По достижении 28-суточного возраста в доломите и доломитизированном известняке щелочь расходуется, в то время как в магнезите количество остаточного NaOH составляет 0,25% от массы сухого вещества.
Рис. 5 Кинетика поглощения активизатора в зависимости от вида карбонатной породы при 5% исходного NaOH: 1 - магнезит, 2 - доломит, 3 - доломитизированный известняк.
Таблица 3
Cодержание Na2СО3, NaОН и Mg(OH)2 в различных карбонатных породах
|
Вид карбонатной породы |
Содержание MgCO3 в карбонатной породе, % |
Количество NaOH, % от массы сухого вещества |
Содержание Na2СО3, NaОН и Mg(OH)2 в материале, % от массы сухого вещества |
|||||||||
|
3 сут |
7 сут |
28 сут |
||||||||||
|
NaОН |
Na2СО3 |
Mg(OH)2 |
NaОН |
Na2СО3 |
Mg(OH)2 |
NaОН |
Na2СО3 |
Mg(OH)2 |
||||
|
Магнезит |
98,0 |
5 |
0,63 |
0,85 |
0,74 |
0,50 |
1,28 |
0,70 |
0,25 |
2,06 |
0,46 |
|
|
Доломит (Сатка) |
39,0 |
5 |
0,27 |
2,60 |
0,61 |
0,25 |
3,40 |
1,00 |
0,0 |
5,37 |
1,35 |
|
|
Доломитизированный известняк |
12,6 |
5 |
0,17 |
3,20 |
0,28 |
0,09 |
4,45 |
0,37 |
0,0 |
4,30 |
0,77 |
Таким образом, на основании полученных данных можно сделать вывод, что вид карбонатной породы оказывает влияние на кинетику поглощения щелочи: наиболее интенсивное поглощение NaOH наблюдается в карбонатной породе с наименьшим содержанием реакционно-активного MgCO3.
Библиографический список
1. Виноградов, С.С. Известняки [Текст] / С.С. Виноградов.- М.: Госгеолиздат, 1951.
2. Фидер, Р.Дж. Карбонаты «Минералогия и химия» (пер. с англ.) [Текст] / Под ред. Р. Дж. Фидера. - М. Мир, 1987, 496с.
3. Глуховский, В.Д. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях [Текст] / В.Д. Глуховский, Н.В.Кривенко, В.Н. Старчу, И.А. Пашков, В.В. Чиркова. - Киев: Вища школа, 1981. - 224 с.
4. Шумкина, А.А. Модифицированные доломитошлаковые вяжущие и строительные материалы на их основе / А.А. Шумкина: автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - ПГАСА, 2005. - 21 с.
5. Шумкина, А.А. Модифицированные доломитошлаковые вяжущие и строительные материалы на их основе / А.А. Шумкина: канд. диссертация. - ПГАСА, 2005.-171 с.
6. Шумкина, А.А. Исследование реакционной активности доломитизированных карбонатных пород в щелочных средах [Текст] / А.А. Шумкина, М.Н. Карев // Современные проблемы науки и образования.- 2014.- № 2. - С.134.
7. Некрасов, Б.Д.. Курс общей химии. [Текст] / Б.Д. Некрасов. - М., Госхимиздат, 1964.
8. Каушанский, В.Е.Возможности активации жидкой фазы в процессе гидратации вяжущих материалов / Каушанский В.Е., Тихомиров И.М. // Тезисы докладов и сообщений IV Всесоюзного совещания по гидратации и твердению цемента. - Львов, 1981. - с.37-43.
9. Ребиндер, П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Коллоидная химия: Избранные труды [Текст] / П.А. Ребиндер - Наука, 1978. - 368с.
10. Ляликов, Ю.С. Физико-химические методы анализа [Текст] / Ю.С. Ляликов. - М., Химия, 1964.