Submit an Article
Become a reviewer
Online First
Research article
Geotechnical Engineering and Engineering Geology

The effect of mechanical and thermal treatment on the characteristics of saponite-containing material

Authors:
Tatyana N. Orekhova1
Mariana N. Sivalneva2
Mariya A. Frolova3
Valeriya V. Strokova4
Diana O. Bondarenko5
About authors
  • 1 — Ph.D. Associate Professor Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhov ▪ Orcid
  • 2 — Ph.D. Associate Professor Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhov ▪ Orcid
  • 3 — Ph.D. Associate Professor Northern (Arctic) Federal University named after M.V.Lomonosov ▪ Orcid
  • 4 — Ph.D., Dr.Sci. Head of Department Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhov ▪ Orcid
  • 5 — Ph.D. Associate Professor Belgorod State Technological University named after V.G.Shukhov ▪ Orcid
Date submitted:
2024-05-08
Date accepted:
2024-11-07
Online publication date:
2024-12-12

Abstract

Solving the problems of modern building materials science is reduced to obtaining high-quality materials, expanding and searching for a rational raw material base, which can be carried out through the use of various industrial wastes. In this paper, the possibility of using waste from the mining industry – saponite-containing material (SCM) obtained during the enrichment of kimberlite ores from the Lomonosov diamond deposit, as an active mineral additive for cement binders and concretes is considered. The influence of mechanical and thermal treatment on a number of properties of the material selected from the tailings dump and in its initial state was studied. The study of the surface activity of SCM samples consisted in determining the sorption capacity, acid-base centers and their distribution. An increase in the activity of the surface of the material particles as a result of mechanical activation and its decrease during temperature treatment were determined. These effects are associated with phase rearrangements and structural changes in the sandy-clay rock, which was confirmed during thermal analysis. The temperature effect has no pronounced effect on the microstructure, the “smoothness” of the particles and the formation of a consolidated surface of the structural elements of the saponite-containing material are noted.

Keywords:
saponite-containing material ore dressing waste surface activity mechanical activation firing
Online First

References

  1. Ларичкина Ф.Д., Кныша В.А. Рациональное использование вторичных минеральных ресурсов в условиях экологи-зации и внедрения наилучших доступных технологий. Апатиты: Изд-во ФИЦ КНЦ РАН, 2019. 252 с.
  2. Винслав Ю.Б., Лисов С.В., Лунькин А.Н. К эффективному управлению развитием минерально-сырьевого комплекса России: проблемы недропользования // Российский экономический журнал. 2017. № 3. С. 37-60.
  3. Marrocchino E., Zanelli C., Guarini G., Dondi M. Recycling mining and construction wastes as temper in clay bricks // Applied Clay Science. 2021. Vol. 209. № 106152. DOI: 10.1016/j.clay.2021.106152
  4. Vo T.L., Nash W., Del Galdo M. et al. Coal mining wastes valorization as raw geomaterials in construction: A review with new perspectives // Journal of Cleaner Production. 2022. Vol. 336. № 130213. DOI: 10.1016/j.jclepro.2021.130213
  5. Benahsina A., El Haloui Y., Taha Y. et al. Substitution of natural clay by Moroccan solid mining wastes to manufacture fired bricks // Materials Today: Proceedings. 2022. Vol. 58. Part 4. P. 1324-1330. DOI: 10.1016/j.matpr.2022.02.211
  6. Dod R.D., Dhodare S.S., Bhandari J. et al. Extraction of sand from the complex matrix of coal mining dump waste: A sustainable approach in Indian context // Cleaner Materials. 2024. Vol. 12. № 100243. DOI: 10.1016/j.clema.2024.100243
  7. Pashkevich M.A., Alekseenko A.V. Reutilization Prospects of Diamond Clay Tailings at the Lomonosov Mine, Northwestern Russia // Minerals. 2020. Vol. 10. Iss. 6. № 517. DOI: 10.3390/min10060517
  8. Малыгина М.А., Айзенштадт А.М., Дроздюк Т.А. и др. Структурная модификация сапонитсодержащего материала при его механическом диспергировании // Строительные материалы. 2022. № 9. С. 32-38. DOI: 10.31659/0585-430X-2022-806-9-32-38
  9. Buravchuk N.I., Guryanova O.V., Parinov I.A. Use of technogenic raw materials in ceramic technology // Open Ceramics. 2024. Vol. 18. № 100578. DOI: 10.1016/j.oceram.2024.100578
  10. Migunthanna J., Rajeev P., Sanjayan J. Waste Clay Bricks as a Geopolymer Binder for Pavement Construction // Sustaina-bility. 2022. Vol. 14. Iss. 11. № 6456. DOI: 10.3390/su14116456
  11. Juenger M.C.G., Winnefeld F., Provis J.L., Ideker J.H. Advances in alternative cementitious binders // Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. Iss. 12. P. 1232-1243. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.11.012
  12. Зубкова О.С., Панкратьева К.А. Комплексная переработка сапонитовых руд Ломоносовского месторождения ал-мазов // Успехи в химии и химической технологии. 2021. Т. 35. № 8 (243). С. 129-130.
  13. Зубкова О.С., Пягай И.Н., Панкратьева К.А., Торопчина М.А. Разработка состава и исследование свойств сорбента на основе сапонита // Записки Горного института. 2023. Т. 259. С. 21-29. DOI: 10.31897/PMI.2023.1
  14. Косарева Е.Н., Кабачкова Н.В., Романов Е.М., Шабанова Е.Н. Применение сапонитсодержащих материалов в ка-честве минерального удобрения при выращивании картофеля // Вестник Российского государственного аграрного заочного университета. 2018. № 28 (33). С. 11-20.
  15. Облицов А.Ю. Некоторые аспекты утилизации высокоглинистых отходов обогащения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 7. С. 390-392.
  16. Алексеев А.И., Зубкова О.С., Полянский А.С. Усовершенствование технологии обогащения сапонитовой руды в про-цессе добычи алмазов // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион. Технические науки. 2020. № 1 (205). С. 74-80. DOI: 10.17213/1560-3644-2020-1-74-80
  17. Jones T.R., Poitras J., Paterson D., Southam G. Historical diamond mine waste reveals carbon sequestration resource in kimberlite residue // Chemical Geology. 2023. Vol. 617. № 121270. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2022.121270
  18. Stroganov V., Sagadeev E., Ibragimov R., Potapova L. Mechanical activation effect on the biostability of modified cement compositions // Construction and Building Materials. 2020. Vol. 246. № 118506. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2020.118506
  19. Sanchez F., Sobolev K. Nanotechnology in concrete – A review // Construction and Building Materials. 2010. Vol. 24. Iss. 11. P. 2060-2071. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.03.014
  20. Sadique M., Al-Nageim H., Atherton W. et al. Mechano-chemical activation of high-Ca fly ash by cement free blending and gypsum aided grinding // Construction and Building Materials. 2013. Vol. 43. P. 480-489. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2013.02.050
  21. Sharmin S., Sarker P.K., Biswas W. et al. Characterization of waste clay brick powder and its effect on the mechanical properties and microstructure of geopolymer mortar // Construction and Building Materials. 2024. Vol. 412. № 134848. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2023.134848
  22. Айзенштадт А.М., Строкова В.В., Нелюбова В.В. и др. Физико-химические трансформации сапонитсодержащего материала при его активации измельчением // Физика и химия обработки материалов. 2024. № 1. С. 53-64. DOI: 10.30791/0015-3214-2024-1-53-64
  23. Алфимова Н.И., Калатози В.В., Карацупа С.В. и др. Механоактивация как способ повышения эффективности ис-пользования сырья различного генезиса в строительном материаловедении // Вестник Белгородского государственного тех-нологического университета им. В.Г.Шухова. 2016. № 6. С. 85-89.
  24. Fernandez R., Martirena F., Scrivener K.L. The origin of the pozzolanic activity of calcined clay minerals: A comparison between kaolinite, illite and montmorillonite // Cement and Concrete Research. 2011. Vol. 41. Iss. 1. P. 113-122. DOI: 10.1016/j.cemconres.2010.09.013
  25. Sabir B.B., Wild S., Bai J. Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete: a review // Cement and Concrete Com-posites. 2001. Vol. 23. Iss. 6. P. 441-454. DOI: 10.1016/S0958-9465(00)00092-5
  26. Балыков А.С., Низина Т.А., Володин В.В., Коровкин Д.И. Прочность цементного камня с минеральными добавками на основе обожженной глины и карбонатных пород // Эксперт: теория и практика. 2020. № 4 (7). С. 26-30. DOI: 10.24411/2686-7818-2020-10031
  27. Володин В.В., Балыков А.С., Низина Т.А. и др. Активность смешанного цементного вяжущего с добавками термоак-тивированных глин // Молодые ученые – развитию Национальной технологической инициативы (ПОИСК): сборник материа-лов Национальной молодежной научно-технической конференции, 22-24 апреля 2020, Иваново, Россия. 2020. № 1. С. 779-782.
  28. van Jaarsveld J.G.S., van Deventer J.S.J., Lukey G.C. The effect of composition and temperature on the properties of fly ash- and kaolinite-based geopolymers // Chemical Engineering Journal. 2002. Vol. 89. Iss. 1-3. P. 63-73. DOI: 10.1016/S1385-8947(02)00025-6
  29. Gerasimov A.M., Eremina O.V. Application microwave radiation for directional changes of layered silicates properties // Eurasian Mining. 2021. № 1. P. 55-60. DOI: 10.17580/em.2021.01.11
  30. Drozdyuk T., Frolova M., Ayzenshtadt A. et al. Preliminary Study on the Mechanical Activation and High-Temperature Treatment of Saponite-Containing Tailings Generated during Kimberlite Ore Dressing // Applied Sciences. 2022. Vol. 12. Iss. 10. № 4957. DOI: 10.3390/app12104957
  31. Jain A., Agrawal V., Gupta R. Using serpentine in concrete: A literature review // Materials Today: Proceedings. 2023. 5 p. DOI: 10.1016/j.matpr.2023.03.138
  32. Зинчук Н.Н. Особенности серпентинизации кимберлитовых пород // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2017. № 3. С. 66-74.
  33. Shekhovtsova J., Zhernovsky I., Kovtun M. et al. Estimation of fly ash reactivity for use in alkali-activated cements – A step towards sustainable building material and waste utilization // Journal of Cleaner Production. 2018. Vol. 178. P. 22-33. DOI: 10.1016/j.jclepro.2017.12.270
  34. Ядыкина В.В., Траутваин А.И. Влияние активности наполнителей из техногенного кремнеземсодержащего сырья на прочность цементных систем // Фундаментальные исследования. 2015. № 5. С. 174-179.
  35. Скворцова Л.Н., Чухломина Л.Н., Минакова Т.С., Шерстобоева М.В. Исследование кислотно-основных и сорбци-онных свойств поверхности металлокерамических композитов // Журнал прикладной химии. 2017. Т. 90. Вып. 8. С. 1014-1019.
  36. Нелюбова В.В., Строкова В.В., Данилов В.Е., Айзенштадт А.М. Комплексная оценка активности кремнеземсодержащего сырья как показателя эффективности механоактивации // Обогащение руд. 2022. № 2. С. 17-25. DOI: 10.17580/or.2022.02.03
  37. Марков А.Ю., Строкова В.В., Маркова И.Ю. Оценка свойств топливных зол как компонентов композиционных материалов // Строительные материалы. 2019. № 4. С. 77-83. DOI: 10.31659/0585-430X-2019-769-4-77-83
Access statistics
Abstract Views
71
Full-Text Views
20
Cited
Scopus:
0
Crossref:
0
Article Menu

Similar articles

Normalized impulse response testing in underground constructions monitoring
2024 Aleksei A. Churkin, Vladimir V. Kapustin, Mikhail S. Pleshko
Development of equipment and improvement of technology for inertial thickening of backfill hydraulic mixtures at the final stages of transportation
2024 Aleksandra A. Volchikhina, Mariya A. Vasilyeva
Industrial clusters as an organizational model for the development of Russia petrochemical industry
2024 Tatyana V. Ponomarenko, Ilya G. Gorbatyuk, Aleksei E. Cherepovitsyn
Improving the procedure for group expert assessment in the analysis of professional risks in fuel and energy companies
2024 Ekaterina I. Karchina, Mariya V. Ivanova, Аlla T. Volokhina, Elena V. Glebova, Aleksei E. Vikhrov
Analysis of the assessment of the prospects for the burial of CO2 in unexplored aquifer complexes on the example of a facility in the Perm Region
2024 Riazi Masoud, Pavel Yu. Ilyushin, Tatyana R. Baldina, Nadezhda S. Sannikova, Anton V. Kozlov, Kirill A. Ravelev
Substantiation of the optimal performance parameters for a quarry during the stage-wise development of steeply dipping ore deposits
2022 Sergey I. Fomin, Maxim P. Ovsyannikov