Исследование влияния добавок фосфогипса и раствора железного купороса на механизм твердения магнезиально-бишофитной композиции

Abstract

RU: Постановка проблемы. Фосфогипс является очень чистым сырьем [16], обладает негативной, с технической точки зрения, вытянутой формой кристаллов двугидрата кальция (из-за условий образования), которая остается такой как после дегидратации в сухой атмосфере, так и после размола, что создает технические трудности дальнейшей переработки продукта в вяжущее вещество. Также водоустойчивость и пластичные свойства магнезиальных растворов могут быть улучшены добавкой первичных и вторичных фосфатов без снижения прочности. Известные специалисты по фосфогипсу Ю. П. Мещеряков и Н. А. Колев [8] установили, что при введении фосфогипса вместо природного гипса при помоле портландцемента для регулирования сроков схватывания смеси происходило сокращение времени схватывания с 1 ч 55 мин до 1 ч 36 мин (при введении 4 %), а конец схватывания снижался с 6 ч 15 мин до 1 ч 42 мин. После помола фосфогипса образуется свежая поверхность, на которой происходит явление эмиссии электронов, но эмитирует не вся поверхность, а только активные центры, где напряженность поля достигает 108 В/см. Положительно заряженные активные центры имеют небольшую концентрацию на поверхности CaSО4·2H2О. Цель исследования - определение оптимального количества вводимого фосфогипса и раствора железного купороса, а также исследование их влияния на механизм твердения магнезиально-бишофитной композиции. Вывод. Для увеличения сульфатной составляющей, необходимой для снижения кристалличности [10] и уплотнения магнезиального камня [4] в состав композиции был введен раствор железного купороса, анионы которого немедленно поляризуют свободные ионы кальция с образованием CaSО4∙2H2О. Эксперименты П. П. Будкова [8] свидетельствуют: чем больше соотношение между магнезиальным цементом и сульфатом камня, тем меньше сроки схватывания композиции и тем выше прочность при растяжении камня. Еще В. В. Щелягин [15] рекомендовал вводить в магнезиально-бишофитную композицию сернокислотную закись железа, образующуюся в ваннах по травлению черного металла серной кислотой. Растворами железного купороса FeSО4·7H2О исследователь заменял до 50 % раствора хлористого магния MgCl2 и увеличивал, в конечном итоге, водостойкость камня. Он также установил, что железный купорос ускоряет сроки схватывания магнезиальных смесей и уменьшает возможность образования выцветов на изделиях. Таким образом, по результатам проведенных исследований введение 5 % фосфогипса в магнезиально-бишофитную композицию является оптимальным. Добавка снижает сроки схватывания смеси и повышает прочность камня, а совместно с 5 % добавкой железного купороса способствует формированию уплотняющего новообразования из CaSО4·2H2О. В результате кольматации пор частицами дигидрата и клеящими чешуйками Fe(OH)3 улучшаются деформационные явления в процессе твердения образцов, снижается их водопоглощение, повышается прочность

UK: Постановка проблеми. Фосфогіпс - дуже чиста сировина [16], має негативну, з технічної точки зору, витягнуту форму кристалів двогідрату кальцію (через умови утворення), яка залишається такою як після дегідратації в сухій атмосфері, так і після помелу, що створює технічні труднощі подальшої переробки продукту у в’яжучу речовину, з тих же джерел водостійкість і пластичні властивості магнезіальних розчинів можуть бути поліпшені добавкою первинних і вторинних фосфатів без зниження міцності. Відомі спеціалісти з фосфогіпсу Ю. П. Мещеряков і М. А. Колєв [8] установили, що при введенні фосфогіпсу замість природного гіпсу при помелі портландцементу для регулювання строків тужавлення суміші відбувалося скорочення часу тужавлення з 1 год 55 хв до 1 год 36 хв (при введенні 4 %), а час кінця тужавлення знижується з 6 год 15 хв до 1 год 42 хв. Після помелу фосфогіпсу утворюється свіжа поверхня, на якій відбувається явище емісії електролітів, але емітує не вся поверхня, а тільки активні центри, де напруга поля досягає 108 В/см. Позитивно заряджені активні центри мають невелику концентрацію на поверхні CaSО4·2H2О. Мета дослідження - визначення оптимальної кількості введеного фосфогіпсу і розчину залізного купоросу, а також дослідження їх впливу на механізм твердіння магнезіально-бішофітної композиції. Висновок. Для підвищення сульфатної складової, необхідної для зниження кристалічності [10] і ущільнення магнезіального каменю [4], до складу композиції було введено розчин залізного купоросу, аніони якого негайно поляризують вільні іони кальцію з утворенням CaSО4∙2H2О. Експерименти П. П. Будкова [8] свідчать: чим більше співвідношення між магнезіальним цементом і сульфатом каменю, тим менші строки тужавлення композиції і тим вища міцність на розтягнення каменю. Іще В. В. Щелягін [15] рекомендував вводити в магнезіально - бішофітну композицію сірчанокислотний закис заліза, який утворюється в ваннах для травлення чорного металу сірчаною кислотою. Розчинами залізного купоросу FeSО4·7H2О дослідник замінював до 50 % розчину хлористого магнію MgCl2 і підвищував, у кінцевому рахунку, водостійкість каменю. Він також установив, що залізний купорос прискорює строки тужавлення магнезіальних сумішей і зменшує можливість утворення вицвітів на виробах. Таким чином, за результатами проведених досліджень уведення 5 % фосфогіпсу в магнезіально-бішофітну композицію є оптимальним. Добавка знижує строки тужавлення суміші і підвищує міцність каменю, а спільно з 5 % добавкою залізного купоросу сприяє формуванню ущільнювального новоутворення з CaSО4·2H2О. У результаті кольматації пор частками дегідрату і клеючими частинками Fe(OH)3 поліпшуються деформативні явища в процесі твердіння зразків, знижується їх водопоглинання, підвищується міцність

EN: Problem statement. Phosphogypsum is a very pure raw material [16] with a negative, from a technical point of view, elongated shape of calcium dihydrate crystals (due to the formation conditions), which remains the same after both dehydration in dry air and grinding, this makes technical difficulties relating to further processing of the product into a binder, consequently, water resistance and plasticity of magnesium solutions can be improved by adding primary and secondary phosphates without strength reduction. Famous experts on phosphogypsum Yu. P. Meshcheryakov and N. A. Kolev [8] found, that when adding phosphogypsum instead of natural gypsum during grinding of Portland cement, which is intended to control the setting time of the mixture, there occurred reduction in the initial setting time from 1 h 55 min up to 1 h 36 min (when adding 4 % agent), and the final setting time was decreased from 6 h 15 min up to 6 min. After grinding of phosphogypsum, there appeared a fresh surface, on which the electron emission phenomenon occurs, however, not the entire surface emits, but only the active centres, where field strength reaches 108 V/cm. The positively charged active centres have low CaSO4 2H2O concentration on their surface.

Purpose. Specifying the optimal amount of phosphogypsum and ferrous sulphate solution added, studying their impact on the curing mechanism of the magnesia-bishofit composition.

Conclusion. To increase the sulphate compound, required for the crystallinity [10] reduction and magnesia stone sealing [4], the ferrous sulphate solution have been added to the composition formulation, ferrous sulphate anions immediately polarize free calcium ions with the formation of CaSO4∙2H2O. P. P. Budkov's experiments [8] prove that the larger the magnesia cement-to-sulphate stone ratio, the lower the setting time of the composition, and the higher the tensile strength of the stone. Moreover, V. V. Shchelyaghin [15] recommended adding ferrous sulphate, formed in tanks for black metal etching with sulphuric acid, to the magnesia-bishofit composition. The scholar replaced up to 50 % of the magnesium chloride solution MgCl2 for the ferrous sulphate solution FeSО4·7H2О, thus improving water resistance of the stone. He also established that ferrous sulphate accelerates setting time of magnesia mixtures and reduces the chance of efflorescence formation on the product. Therefore, based on the results of the research conducted, 5 % of phosphogypsum is the optimal amount to be added to the magnesia-bishofit composition. The additive reduces the setting time of the mixture and increases the strength of the stone, and together with the 5 % ferrous sulphate additive it enables formation of a sealing newgrowth CaSO4 2H2O. Clogging of pores with dehydrite particles and bonding flakes of Fe(OH)3 improves deformation phenomena during curing of the specimens, reduces their water absorption capacity and increases strength