Подать статью
Стать рецензентом
Online First
Научная статья
Геотехнология и инженерная геология

Влияние механической и тепловой обработки на характеристики сапонитсодержащего материала

Авторы:
Т. Н. Орехова1
М. Н. Сивальнева2
М. А. Фролова3
В. В. Строкова4
Д. О. Бондаренко5
Об авторах
  • 1 — канд. техн. наук Доцент Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова ▪ Orcid
  • 2 — канд. техн. наук Доцент Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова ▪ Orcid
  • 3 — канд. хим. наук Доцент Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В.Ломоносова ▪ Orcid
  • 4 — д-р техн. наук Заведующий кафедрой Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова ▪ Orcid
  • 5 — канд. техн. наук Доцент Белгородский государственный технологический университет им. В.Г.Шухова ▪ Orcid
Дата отправки:
2024-05-08
Дата принятия:
2024-11-07
Дата публикации онлайн:
2024-12-12

Аннотация

Решение задач современного строительного материаловедения сводится к получению высококачественных материалов, расширению и поиску рациональной сырьевой базы, которые могут быть осуществлены за счет использования различных отходов производств. В настоящей работе рассматривается возможность применения отхода горноперерабатывающей промышленности – сапонитсодержащего материала (ССМ), получаемого при обогащении кимберлитовых руд месторождения алмазов им. М.В.Ломоносова, в качестве активной минеральной добавки для цементных вяжущих и бетонов. Исследовалось влияние механической и температурной обработки на ряд свойств материала, отобранного из хвостохранилища и находящегося в исходном состоянии. Изучение активности поверхности образцов ССМ заключалось в определении сорбционной емкости, кислотно-основных центров и их распределения. Определен рост активности поверхности частиц материала в результате механоактивационного воздействия и ее снижение при температурной обработке. Эти эффекты связаны с фазовыми перестройками и структурными изменениями песчано-глинистой породы, что подтвердилось в ходе проведения термического анализа. Температурное воздействие не имеет выраженного влияния на микроструктуру, отмечается «сглаженность» частиц и формирование консолидированной поверхности структурных элементов сапонитсодержащего материала.

Ключевые слова:
сапонитсодержащий материал отходы обогащения руд поверхностная активность механоактивация обжиг
Online First

Литература

  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
Статистика
Просмотр аннотаций
71
Просмотр полного текста
20
Процитировано
Scopus:
0
Crossref:
0
Меню статьи

Похожие статьи

Исследование возможности использования воды с высокой минерализацией для гидравлического разрыва пласта
2024 Ш. Х. Султанов, В. Ш. Мухаметшин, А. П. Стабинскас, Э. Ф. Велиев, А. В. Чураков
Промышленные кластеры как организационная форма развития нефтегазохимической отрасли России
2024 Т. В. Пономаренко, И. Г. Горбатюк, А. Е. Череповицын
Обоснование оптимальных технико-экономических параметров карьера при этапной разработке рудных крутопадающих месторождений
2022 С. И. Фомин, М. П. Овсянников
Редкоэлементный состав силикатных минералов метеорита Кунашак (L6)
2024 К. Г. Суханова, О. Л. Галанкина
Исследование строения порового пространства зерен щебня из гранита и габбродолерита различной крупности
2024 Е. Е. Каменева, В. С. Никифорова
Разработка оборудования и совершенствование технологии инерционного сгущения закладочных гидросмесей на финальных этапах транспортирования
2024 А. А. Волчихина, М. А. Васильева