Содержание к диссертации
Стр.
Введение 5
1. Обзор литературы
Применение железосодержащих горных пород и отходов промышленности для синтеза стекол и ситаллов 8
Проблема комплексного использования нерудных минеральных ресурсов КМА 15
Анализ составов стекол и соответствующих им диаграмм состояния систем 18
Влияние окислительно-восстановительного состояния ионов железа на свойства стекол 29
Зависимость валентного состояния ионов железа от различных факторов. Способы получения стекол с заданным соотношением 33
Координационное состояние ионов железа в стеклах. Влияние на свойства 38
Выводы 43
Цель и задачи исследования 46
Экспериментальная часть
3.1. Методики синтеза и исследования стекол
Синтез стекол системы JfagO-FeO-SfOa 48
Синтез стекол системы ifl^O-fe^-Siu^ 52
Методики исследования свойств и структуры железосиликатных стекол 53
3.2. Стеклообразование и свойства стекол в системах
Определение областей стеклообразования 56
Исследование физико-химических свойств стекол
в системах /agO-feO-SiQjH Jf^O-fe^-SiO^ 70
3.3. Кристаллизация стекол в системах jQ^O-feO-SiO^
Влияние валентно-координационного состояния ионов железа на кристаллизационную способность 88
Эгириновые ситаллы в системе JfagO—Рё^Рз—S(Од, 9^
Разработка оптимальных составов эгириновых ситаллов в системе І%0-СаО-МдО-ЛУ^-(^-йО^ Юб
3.4. Синтез стекол и ситаллов на основе попутных пород
І^урской магнитной аномалии
Характеристика сырья 116
Синтез марблитов
3.4.2.1. Изучение стеклообразования и свойств стекол
в системе отходы обогащения - сода 122
Исследование возможности замены соды на сульфат 133
Исследование влияния диоксида титана на кристаллизацию пироксеновых железосодержащих
стекол 136
Разработка составов и технологии эгириновых ситаллов 141
Разработка составов и технологии ситаллов геден-бергит-диопсидового ряда
Выбор оптимальных составов 149
Определение оптимального содержания стимулятора кристаллизации 153
Влияние оксида натрия на технологические и технические свойства пироксеновых ситаллов 157
3.4.4.4. Разработка технологии ситаллов 165
4. Обсуждение экспериментальных результатов 172
5. Производственные испытания
Испытание составов и технологии получения стекол 185
Испытание составов и технологии получения ситал-
лов 186
6. В ы в о д ы 193
Литература 196
Приложения 217
Введение к работе
Программа Коммунистической Партии Советского Союза в числе основных задач экономического строительства выдвигает "всестороннее и рациональное использование природных, материальных и трудовых ресурсов" [і]. В "Основных направлениях экономического и социального развития СССР на І981-1985 годы и на период до 1990 года", принятых ХХУІ съездом КПСС, указано на необходимость широкого использования комплексной переработки сырья, ресурсосберегающей техники, малоотходной и безотходной технологии, утилизации вторичного сырья. В частности рекомендуется: "Развивать мощности по производству строительных материалов с использованием...отходов горнодобывающих отраслей промышленности" [2].
Особую актуальность эта задача приобретает для региона Курской магнитной аномалии (КМА), на базе минеральных ресурсов которой создается территориально-промышленный комплекс общесоюзного значения. В настоящее время КМА выступает в качестве важнейшего железорудного района страны. Форсированное развитие горнорудной промышленности на КМА влечет значительную концентрацию в регионе объектов капитального строительства, строительных организаций, предприятий промышленности строительных материалов. Однако, развитие строительства сдерживается отчасти отсутствием производства на месте некоторых строительных материалов, в том числе, на основе стекла. В то же время, институтом Гипростром было показано, что весь дефицит в нерудных строительных материалах по Черноземному экономическому району можно покрыть за счет их производства на базе вскрышных пород карьеров и отходов обогатительных фабрик КМА [з].
Район КМА располагает огромными запасами нерудного сырья, пригодного для производства различного вида строительных материалов: мела, мергеля, песка, глины. Кроме перечисленных пород
вскрьшш разрабатываемых карьеров, в качестве сырья промышленности строительных материалов могут служить отходы обогащения бедных железных руд и железистых кварцитов, составляющие до 60$ от массы исходных материалов. В настоящее время для их размещения заняты огромные площади плодородных земель, а стоимость строительства хранилищ определяется десятками миллионов рублей. С увеличением добычи руды и кварцитов и использованием более бедного железорудного сырья объемы отходов обогащения будут возрастать. Широкое использование их в промышленности строительных материалов позволит сократить затраты энергии, объемы перевозок, стоимость строй-мат ериалов, площади земель, занятых отвалами, во многих случаях исключить создание новых карьеров. Трудно переоценить значение использования отходов для защиты окружающей среды: земель, воздушного и водного бассейнов.
15 июля 1981 года Госпланом СССР утверждена "Целевая программа на I98I-I985 г.г. научно-исследовательских и проектных работ го комплексному использованию пород вскрыши карьеров и отходов обогатительных фабрик бассейна КМА в народном хозяйстве". Одно из её направлений - разработка составов и технологии получения стекол и ситаллов строительного назначения. До настоящего времени систематических исследований, направленных на изучение возможности применения минеральных ресурсов КМА. в стекольной технологии, не проводилось. В то же время, актуальность постановки такого рода исследований очевидна, так как они способствуют решению комплекса важных народнохозяйственных задач: расширению сырьевой базы стекольной промышленности, ликвидации дефицита в строительных материалах из стекла в регионе КМА., повышению эфт фективности работы горнодобывающей и горнообрабатывающей промышленности, защите окружающей среды.
Использование в качестве сырья отходов обогащения железис-
тых кварцитов КМА предопределяет значительное содержание в составах стекол оксидов железа. Валентное состояние железа в стекле чувствительно реагирует на целый ряд факторов, важнейшие из которых: температура и длительность варки, составы стекла и газовой атмосферы печи. В свою очередь, валентно-координационное состояние ионов железа оказывает существенное влияние на стеклообразо-вание, кристаллизацию и свойства стекол. Этим обусловливаются значительные сложности получения железосодержащих стекол и ситал-лов с заданными структурой и свойствами. Теоретические и практические основы разработки составов и технологии высокожелезистых стекол и стеклокристаллических материалов до настоящего времени остаются слабо изученными.
Таким образом, целесообразно в процессе разработки составов и технологии железосодержащих стекол и ситаллов на основе попутных пород КМА провести детальное изучение влияния валентно-координационного состояния ионов железа на стеклообразование, кристаллизацию и свойства стекол соответствующих систем. Такой подход позволит определить оптимальные составы стекол, условия их синтеза и получить материалы с высокими техническими свойствами.
