авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 |

Пигменты на основе шламов водоочистки для декоративного бетона и лакокрасочных композиций

-- [ Страница 2 ] --

Таблица 1 – Данные рентгеноструктурного анализа марганцевого шлама

Как видно, примерно 50% шлама составляет двуокись кремния в виде -кварца, остальное – различные соединения, содержащие марганец.

На рисунке 1 представлен экспериментальный спектр с наложением штрих-диаграммы из используемой базы данных по дифракции рентгеновского излучения на кристаллических структурах для исходного шлама.

 Рисунок 1– Дифрактограмма марганцевого-0

Рисунок 1– Дифрактограмма марганцевого шлама

Из анализа данных приведенных на рисунке 1, кроме четких пиков, соответствующих соединениям кремния и марганца, имеется область нечетких (сглаженных) линий. По-видимому, эта область соответствует органической составляющей марганцевого шлама.

Результаты химического анализа были подтверждены данными рентгенофлуоресцентного анализа, которые показывают что основными компонентами шлама являются соединения кремния, марганца и в меньших количествах железа, алюминия и бария.

Для анализа процессов, происходящих с отдельными компонентами шлама при обжиге были проведены дериватографические исследования.

Дериватограмма исходного марганцевого шлама приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Дериватограмма исходного марганцевого шлама при нагреве до 1000 0С

На дериватограмме можно выявить следующие эффекты:

  1. при 120 0С наблюдается эндотермический эффект с значительными потерями массы, по-видимому, связанный с потерями свободной воды.
  2. при 400 0С наблюдается слабовыраженный эндотермический эффект (небольшая потеря массы), возможно связанный с дегидратацией гетита с последующей кристаллизацией в гематит (FeO (OH) Fe2O3)
  3. в интервале температур от 500 до 750 0С наблюдаются различные эндотермические эффекты, по-видимому, связанные с переходом МnO2 Mn2O3
  4. в интервале 800…1000 0С происходит потеря массы, связанная, по-видимому, с частичным переходом Mn2O3 Mn3O4.

Для визуального исследования структуры марганцевого шлама с помощью электронного микроскопа марки «Jeol Interactive Corporation, Japan JSM-6460LA» был сделан снимок пробы шлама, высушенного при 1050С до постоянной массы.

Фотографии отдельных частиц шлама приведены на рисунке 3. Слева приведен снимок, выполненный в Институте проблем сверхпластичности материалов (ИПСМ РАН, г.Уфа). Для подтверждения достоверности эксперимент были продублирован в Южно-Уральском государственном университете с дополнением электронно-микроскопического исследования локальным микроанализом (снимок справа).

Наиболее существенные выводы, которые можно сделать из этой серии эксперимента, следующие:

- крупные частицы шлама представляют собой зерна оксида кремния, на поверхности которых кристаллизуются мелкие частицы, состоящие из оксидов марганца;

- оксиды марганца выкристаллизовываются на поверхности частиц кремния в виде отдельных кристаллов, которые затем по мере роста могут образовывать сплошную пленку, покрывающую всю поверхность кремнистых зерен.

На основании экспериментальных исследований исходного шлама установлено, что для получения высококачественного марганцевого пигмента необходимо: удалить крупные частицы оксида кремния, чтобы повысить в пигменте содержание полезного компонента, а также избавиться от органических включений, содержание которых в исходном шламе составляет около 10%. Крупные зерна оксида кремния могут быть отделены гравиметрическим методом; для деструкции органической составляющей необходим обжиг шлама с последующим размолом обожженного порошка для получения необходимой степени дисперсности.

  Электронно-микроскопические-5

Рисунок 3 – Электронно-микроскопические снимки марганцевого шлама

Для получения марганцевого пигмента требуется удалить частицы оксида кремния и органическую составляющую шлама. Кремневая компонента шлама может быть отделена гравиметрическим методом; для деструкции органической составляющей необходим обжиг шлама с последующим размолом обоженного порошка для получения необходимой степени дисперсности.

Четвертая глава посвящена исследованию процессов, происходящих при переработке марганцевого шлама в пигмент. Для определения вида соединений марганцевого пигмента и температуры обжига при которой происходят фазовые переходы минералов шлама был проведен рентгенофазовый анализ порошков, предварительно измельченных до удельной поверхности 7000 м2/г с последующим нагревом в интервале температур 300 до 800 0С и временем изотермической выдержки 1,5-2,5 часа.

Данные рентгенофазового анализа порошков приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Результаты рентгенофазового анализа марганцевых порошков:

Температура обжига,0С/ время обжига, ч MnO2 Mn2O3 Mn3O4 SiO2 (beta-quartz) SiO2 (alpha-quartz)
% размер блока, анг % размер блока, анг % размер блока, анг % размер блока, анг % размер блока, анг
105 41,8 47,2 58,2 360,5
200 41,8 47,2 58,2 360,5
300 41,6 47,8 58,4 395,2
400 36,0 46,8 64,0 385,9
500/1,5 29,4 45,9 7,2 25,9 63,4 389,7
500/2,0 24,4 41,0 9,5 27,9 66,1 341,8
500/2,5 24,0 36,9 16,5 30,9 57,5 360,0
600/1,5 18,4 35,2 17,5 32,9 64,6 349,7
600/2,0 5,9 34,2 36,0 34,0 58,1 327,8
600/2,5 3,0 34,2 35,6 34,1 61,4 339,9
700/1,5 23,5 44,5 15,3 93,6 61,2 323,0
700/2,0 18,5 48,3 21,8 128,5 59,7 326,5
700/2,5 12,5 53,9 31,2 148,5 56,3 331,5
800 11,5 55,9 38,1 149,5 50,4 327,9

Из таблицы 2 видно, что в диапазоне температур 500-600 0С происходит фазовый переход MnO2 в Mn2O3 с уменьшением размера блоков MnO2 и с некоторым ростом кристаллов Mn2O3. При дальнейшем нагреве происходит фазовый переход Mn2O3 в Mn3O4 с резким увеличением среднего размера блоков. Очевидно, что обжиг шлама при температуре свыше 600 0С не целесообразен, поэтому принимаем рабочую температуру обжига равную 600 0С при продолжительности прогрева 2 часа, достаточную для перехода SiO2 (betha- quartz) в SiO2 (alpha-quartz). При фазовом переходе оксида кремния происходит небольшое изменение объема частиц, что приведет к разрушению крупных частиц на более мелкие, следовательно затраты на помол будут меньше.

На рисунке 4 приводится электронно-микроскопический снимок обожженного марганцевого порошка при температуре 6000С в течение 2 часов.

  Частицы шлама, обожженного-6

Рисунок 4 – Частицы шлама, обожженного при 600 0С и ее локальный микроанализ

Из рисунка видно, что крупная частица, состоящая из кремниевых и марганцовистых соединений, размером 30-40 микрометров, разрушилась на более мелкие частицы, размером менее 10 микрометров.

На следующем этапе проводились исследование по определению удельной поверхности, укрывистости и маслоемкости порошков, получаемых при различных температурах обжига марганцевого шлама.

Был произведен рассев исходного марганцевого шлама через сито с диаметром ячейки 0,315 мм, с последующим помолом в шаровой мельнице до начальной величины удельной поверхности 7900 см2/г. Далее пробы марганцевого порошка обжигались в интервале температур от 300 до 800 0С.

На рисунке 5 представлен график зависимости значений удельной поверхности от температуры обжига образцов пигмента.

  Зависимость величины удельной-7

Рисунок 5 – Зависимость величины удельной поверхности марганцевого пигмента от температуры обжига

При увеличении температуры обжига пигмента происходит рост удельной поверхности пигмента за счет разрушения гидратных соединений, выгорания органической компоненты и фазовых переходах кремниевых и марганцовистых соединений. Наиболее существенный рост удельной поверхности наблюдается в диапазоне от 300 до 600 0С.

Величина удельной поверхности пропорционально связана с дисперсностью порошков. Чем выше дисперсность порошка, тем мельче средний размер частиц порошка пигмента, следовательно, меньше необходимо пигмента в лакокрасочной композиции для укрытия единицы поверхности, а значит выше качество пигмента.

Определение величины укрывистости для порошков пигмента, полученных при тех же температурах обжига, проводилось по методу шахматной доски. В качестве связующего использовалась натуральная льняная олифа.

На рисунке 6 приведен график зависимости величины укрывистости от температуры обжига пигмента.

  Зависимость величины-8

Рисунок 6 – Зависимость величины укрывистости марганцевого пигмента от температуры обжига

Как видно из рисунка значение укрывистости пигмента уменьшается примерно равномерно в диапазоне температур 300…700 0С. При дальнейшем возрастании температуры обжига величина укрывистости не изменяется.

Маслоемкость - это способность частиц пигмента удерживать на своей поверхности определенное количество масла. Выражается она в граммах на 100 г пигмента и колеблется обычно от 20 до 100 грамм масла. Более экономичны и долговечны покрытия, полученные из пигментов с малой маслоемкостью. Маслоемкость марганцевого пигмента определялась методом стеклянной палочки. На рисунке 7 изображена зависимость значения маслоемкости от температуры обжига исходного шлама.

  Маслоемкость марганцевого-9

Рисунок 7 – Маслоемкость марганцевого пигмента при различной температуре обжига шлама

Как следует из рисунка 7, значение маслоемкости растет при росте температуры обжига образцов пигмента, вследствие увеличения удельной поверхности, для смачивания которой необходимо больше масла. Существенный рост показателя маслоемкости наблюдается до температуры 700 0С.

Основные показатели данного этапа исследований приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Основные свойства пигмента при различной температуре обжига шлама

Температура обжига, 0С Величина удельной поверхности, см2/г Укрывистость, г/м2 Маслоемкость, г масла/100 г пигмента
1 2 3 4
105 7894 6,80 21,29
300 7941 6,77 21,34
500 8257 6,66 21,73
600 8371 6,60 21,92
700 8450 6,52 22,14
800 8510 6,51 22,22

Как следует из таблицы, происходит улучшение свойств пигмента с ростом температуры обжига шлама, что связано с уменьшением частиц порошка при обжиге, т.е. исследование основных свойств пигментов подтверждают данные рентгеновских исследований (таблица 2).

Пятая глава. В этой главе приведены результаты исследований лакокрасочных композиций и декоративных бетонов с использованием полученного пигмента. Было установлено, что разбеливающая способность пигмента при смешении его с двуокисью титана в соотношении 1:5 и связующим – акриловым лаком изменяется в температурном интервале обжига шлама от 300 до 600 0С. При дальнейшем повышении температуры обжига до 800 0С этот показатель не меняется.

На рисунке 8 показана цветовая гамма лакокрасочных покрытий, полученных при смешении в различных пропорциях марганцевого пигмента с двуокисью титана. Содержание комплексного пигмента (марганцевый пигмент + двуокись титана) в лаке составляло примерно 15%. В качестве рабочего раствора использовался акриловый лак.

Как видно из рисунка 8, цветовая гамма лакокрасочных покрытий при уменьшении содержания марганцевого пигмента изменяется от черного до светло-серого цветов.

Рисунок 8 – Цветовая гамма покрытий с марганцевым пигментом

В таблицу 4 сведены результаты исследований основных характеристик марганцевого пигмента, полученного при температуре обжига шлама 600 0С и лакокрасочного покрытия с данным пигментом.

Таблица 4 – Основные характеристики марганцевого пигмента и лакокрасочного покрытия

Наименование показателя Ед. измерения Величина Метод исследования, с помощью
Величина удельной поверхности см2/г 8370 прибора ПСХ-2
Маслоемкость гмасла/100 гпигмента 24 стеклянной палочки
Укрывистость г/м2 6,5 шахматной доски
Коэффициент водорастворимых солей - 0,75 -
рН водной вытяжки - 8,40 -
Цвет при смешивании с двуокисью титана - от светло-серого до черного -

С целью получения декоративных бетонов были проведены исследования влияния добавок пигмента на водопотребность и сроки схватывания цемента (таблица 5).

Как видно из таблицы, введение в состав декоративного вяжущего на основе ПЦ 400 Д-20 полученного пигмента повышает водопотребность. Пропорционально водопотребности вяжущего изменяются и его сроки схватывания. Особенно сильно сдвигается начало схватывания цемента, что необходимо учитывать при разработке технологии изготовления декоративных изделий.

Таблица 5 - Свойства портландцемента ПЦ 400 Д-20 при добавлении пигмента

Кол-во
пигмента, % масс
Нормальная
густота, %
Сроки схватывания,
час.-мин.
начало конец
Без пигмента 22,5 2-46 5-06
1 24,5 5-11 6-11
3 24,0 5-08 6-23
5 24,0 5-38 6-40
8 23,5 6-10 7-01
10 23,0 5-47 7-12


Pages:     | 1 || 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.