Belgorod, Russian Federation
GRNTI 61.29 Химическое сырье
BBK 35 Химическая технология. Химические производства
The article presents the results of studies to determine the effect of the flotation agent RA-14, contained on the surface of grains of flotation residues on the properties of astringent compositions. Rheological studies of astringent compositions based on flotation re-enrichment of ferrous quartzites containing various amounts of flotation agent in the waste composition are presented. The plasticizing effect of flotation waste on cement systems due to RA-14 content was revealed
flotation re-enrichment waste of ferrous quartzites, flotation agent, astringent compositions, effective viscosity
Введение. В процессе дообогащения железной руды методом флотации, флотореагенты адсорбируются на поверхности пенного продукта, а следовательно, содержатся в составе отходов флотации в воздушно-сухом состоянии. На МГОКе при флотационном дообогащении железистых кварцитов используют следующую комбинацию флотореагентов: собиратель РА-14, депрессор – гидролизованный крахмал, регулятор кислотности – гидроксид натрия. Основным флотореагентом среди указанных является импортный хорошо зарекомендовавший себя собиратель РА-14 фирмы «Tomah» США. Катионный собиратель РА-14, являющийся ПАВ, содержится на поверхности отходов флотационного дообогащения железистых кварцитов в воздушно-сухом состоянии, и за счет этого, при введении отходов флотации в гидратные системы, предполагается проявление пластифицирующего эффекта [1–5].
Основная часть. Гидрофобизирующие поверхностно-активные добавки в составе гидратных систем, снижают предельное напряжение сдвига, тем самым, увеличивают их пластическую вязкость, в результате чего предотвращают расслаиваемость смеси и обеспечивают требуемую подвижность за счёт образования тонких ориентированных плёнок поверхностно-активных веществ на поверхности компонентов смеси [6–8].
В связи с этим, предполагается, что РА-14, адсорбировавшийся на поверхности отходов флотации способен оказывать пластифицирующий эффект на гидратные системы.
Для подтверждения или опровержения этой гипотезы были изучены реологические свойства суспензий вяжущих композиций, полученных совместным помолом портландцемента марки ЦЕМ I 42,5 и различных минеральных наполнителей в вибрационной мельнице в течение 30 мин.
В качестве наполнителей были взяты модельная система отходов флотации (полученная смешением оксидов, составляющих отходы флотации в том же процентном содержании, что и в отходах флотации) и отходы флотации железистых кварцитов, образовавшиеся при разных концентрациях РА-14 в суспензии при флотации: ОФг150 (концентрация РА-14 составляет 150 г/т), ОФг250 (концентрация РА-14 составляет 250 г/т), ОФг350 (концентрация РА-14 составляет 250 г/т). На основании ранее проведенных исследований по оптимизации составов вяжущих композиций на основе отходов флотации железистых кварцитов оптимальным содержанием портландцемента принято - 70%, а отходов – 30% [9–13]. В качестве базового показателя при проведении исследований принимался расплыв конуса равный 15 см.
Каждое испытание включало два отдельных опыта: увеличение скорости вращения ротора от 0 до 120 мин-1; сохранение скорости вращения ротора 120 мин-1. Для каждой суспензии при помощи ротационного вискозиметра RheotestRN4.1 были получены значения эффективной вязкости. После обработки полученных результатов, были построены кривые зависимости, представленные на рис. 1 и 2.
Анализ результатов реологических характеристик показал, что при увеличении содержания флотореагента РА-14 в составе отходов, снижается эффективная вязкость вяжущих композиций на их основе. Наибольшее значение эффективной вязкости наблюдается у вяжущих композиций, содержащих в качестве наполнителя модельную систему, не имеющую в своём составе флотореагента.
При постоянной скорости вращения ротора (рис. 2) прибора уменьшение эффективной вязкости вяжущих композиций на основе отходов флотации по сравнению с эффективной вязкостью вяжущих композиций на основе модельной системы отходов флотации составляет от 4,5 до 9,5 %. Уменьшение эффективной вязкости вяжущих композиций на основе отходов флотации, образовавшихся при содержании РА-14 в пульпе при флотации 250 г/т, по сравнению с эффективной вязкостью вяжущих композиций на основе модельной системы отходов флотации составляет 7,5 %.
Это свидетельствует о наличии пластифицирующего действия от флотореганета РА-14, входящего в состав отходов флотации на гидратные системы.
Рис. 1. Изменение эффективной вязкости вяжущих композиций
различного состава с течением времени при увеличении скорости вращения ротора
Рис. 2. Изменение эффективной вязкости вяжущих композиций
различного состава с течением времени при постоянной скорости вращения ротора
При использовании традиционных гидрофобизирующих поверхностно-активных добавок, вводимых в составы гидратных систем в качестве отдельных их компонентов, их действие заключается в следующем:
- снижение поверхностного натяжения воды в составе суспензии, и как следствие замедление реакции гидратации на границах раздела фаз вода-цемент;
- гидрофобизация поверхности частиц составляющих смеси и, как следствие, уменьшение трения между частицами смеси;
- вовлечение воздуха при перемешивании смеси и создания эмульсии, и, как следствие, придание стабилизирующих свойств смеси, связности, однородности и целостности системы.
В результате чего наблюдается увеличение пластической вязкости и подвижности теста, без расслаиваемости бетонной смеси и гидрофобизация поверхности гидратированного композита.
Следует отметить, что цементы с гидрофобизирующими добавками отличаются пониженными гигроскопичностью и капиллярным подсосом и способны длительное время сохранять активность при хранении даже в среде с повышенной влажностью воздуха и не превращаться в комки при кратковременном воздействии воды.
Многочисленными исследованиями [14–18] установлено, что с поверхности отходов магнитной сепарации и пенной флотации железных руд десорбции РА-14 практически не наблюдается. Это свидетельствует о преимущественно химической адсорбции РА-14 на указанных поверхностях, и следовательно, о невозможности перехода РА-14 в водный раствор при затворении отходов флотации водой.
Вследствие этого РА-14, содержащийся на поверхности отходов флотации, не может оказывать все виды воздействий на гидратные системы как гидрофобные поверхностно-активные добавки.
Невозможность перехода значительного количества РА-14 с поверхности отходов флотации в водные растворы при контакте отходов с водой, исключает возможность снижения поверхностного натяжения воды и обволакивания частиц цемента тонкими пленками ПАВ. Этот факт имеет положительный эффект, так как исключается повышенное водоотделение при увеличении содержания количества флотореагента на поверхности отходов флотации. Кроме того исключается возможность «захвата» пузырьков воздуха при перемешивании смеси и, как следствие, создание эмульсии, что имеет отрицательное значение с точки зрения отсутствия стабилизирующего действия РА-14 на систему, но при этом отмечается положительное значение с точки зрения исключения возможности избыточного вовлечения воздуха в растворную смесь. Таким образом, механизм образования выявленного пластифицирующего эффекта заключается в уменьшении сил трения между частицами системы.
Гидрофобизация поверхности частиц отходов флотации катионным собирателем, заключается в полном или частичном покрытии частиц отходов тонкой пленкой собирателя. Так как в процессе получения вяжущих композиций на основе портландцемента и отходов флотации использовалась технологическая операция – совместный помол сырьевых компонентов, важно учитывать то, что при измельчении отходов флотации происходит разрушение гидрофобизирующих пленок собирателя и, как следствие, снижение пластифицирующего эффекта. Это следует учитывать при введении не измельченных отходов флотационного дообогащения в состав гидратных систем. Так как в этом случае пластифицирующий эффект будет значительно большим.
Выводы. Введение отходов флотации в состав гидратных систем придает пластифицирующий эффект растворам. Механизм образования выявленного пластифицирующего эффекта заключается в уменьшении сил трения между частицами системы. Данное свойство отходов флотации в составе гидратных систем позволит снизить расход дорогостоящих пластифицирующих добавок, необходимых для получения композиционных вяжущих и сухих строительных смесей на их основе с требуемыми показателями подвижности.
1. Mirgorod Yu.A., Borsch N.A. Termodinamika i kinetika processa flotoekstrakcii s uchastiem kationnogo i anionnogo poverhnostno- aktivnogo veschestva // Izvestiya Yugo-Zapadnogo gosudarstvennogo universiteta. Seriya fizika i himiya. 2011. №1. S. 73-80.
2. Gubin S.L., Avdohin V.M. Flotaciya magnetitovyh koncentratov kationnymi sobiratelyami // Gornyy zhurnal. 2006. № 7. S. 80-84.
3. Karmazin V.I. Obogaschenie rud chernyh metallov. M.: Izd. Nedra, 1982. 216 s.
4. Shapovalov N.A., Shevcova R.G., Gorodov A.I., Krayniy A.A., Vinckovskaya I.L., Ryadinskiy M.M. Flotacionnoe obogaschenie apatit-nefelinovyh rud // Sovremennye problemy gorno-metallurgicheskogo kompleksa: XI Vseros. nauch.-prakt. konf., s mezhdun.. uchastiem, (StaryyOskol, 3-5 dek. 2014 g.), StaryyOskol: Izd. MISiS, 2014. Ch. 1. S. 23-28.
5. Lesovik V. S., Zagorodniyk L. H., Chulkova The Role of the Law of Affinity Structures in the Construction Material Science by Performance of the Restoration Works // Research Journal of Applied Sciences. 2014. №9. R. 1100-1105.
6. Fedulov A.A. Tehniko-ekonomicheskoe obosnovanie preimuschestva primeneniya suhih stroitel'nyh smesey // Stroitel'nye materialy. 1999. № 3. S.26-27.
7. Piven' V.A., Dendyuk T.V., Kalinichenko A.F., Buhlaeva N.P. Flotodovodka magnetitovyh koncentratov Inguleckogo GOKa // Obogaschenie rud. 2004. -№ 1. S. 31--34.
8. Kretov S.I., Gubin C.JI., Potapov C.A. Sovershenstvovanie tehnologii pererabotki rud Mihaylovskogo mestorozhdeniya // Gornyy zhurnal. 2006. № 7. S. 71-74.
9. ZagorodnyukL.H., SchekinaA.Yu., PopovD.Yu., Il'chenkoV.S., Shiryaev O.I. Othody obogascheniya gornorudnoy promyshlennosti v proizvodstve stroitel'nyh materialov// Aktual'nye problemy sovremennoy nauki v 21 veke: Materialy I mezhdunar. nauch.-prakt.konf, (Moskva, 31 mart. 2013 g.), M.: Izd-voPero, 2013. S. 41-43.
10. Kuprina A.A., Lesovik V.S., Zagorodnyk L. H., Elistratkin M. Y. Anisotropy of Materials Properties of Natural and Man-Triggered Origin // Research Journal of Applied Sciences. 2014. №9. R. 816-819.
11. Shapovalov N.A., Tikunova I.V., Zagorodnyuk LH., Shkarin A.V., Schekina A.Yu. Shlaki metallurgicheskogo proizvodstva-effektivnoe syr'e dlya polucheniya suhih stroitel'nyh smesey // Fundamental'nye issledovaniya. 2013. №1. Ch.1. S. 167-172.
12. Shapovalov N.A., Zagorodnyuk L.H, Tikunova I.V., Schekina A.Yu. Racional'nye puti ispol'zovaniya staleplavil'nyh shlakov // Fundamental'nye issledovaniya. 2013. №5. S. 57-63.
13. Shapovalov N.A., Zagorodnyuk L.H., Tikunova I.V., Schekina A.Yu., Shiryaev O.I., Krayniy A.A., Popov D.Yu., Gorodov A.I. Issledovanie vozmozhnosti ispol'zovaniya othodov flotacii zheleznyh rud dlya polucheniya smeshennyh cementov // Fundamental'nye issledovaniya. 2013. № 10-8. S. 1718-1723.
14. Bogdanov O.C., Maksimov I.I., Podnek A.K., Yanis N.A. Teoriya i tehnologiya flotacii rud. M.: Izd. Nedra, 1990. 500s
15. Schukin E.D., Percov A.V., Amelina E.A. Kolloidnaya himiya. M.: Izd. Vysshaya shkola, 2007. 360 s.
16. Volzhenskiy A.V. Mineral'nye vyazhuschie veschestva. M.: Izd. Stroyizdat, 1979. 302 s.
17. Severov V.V. Razrabotka processa obratnoy flotacii zhelezistyh kvarcitov s ispol'zovaniem kationnyh i neionogennyh sobirateley: avtoreferat dis. kand. tehn. nauk. Moskva, 2011. 27 s.
18. Zagorodnuk L.H., Lesovik V.S., Shkarin A.V.,Belikov D.A.,Kuprina A.A.Creating Effective Insulation Solutions, Takinginto Accountthe Law of Affinity Structuresin Construction Materials // World Applied Sciences Journal 24. 2013. №11. R. 1496-1502.
