Programma Nr. 2010.10‐4/VPP‐5 1.projekts Jaunu tehnoloģiju 

izstrādāšana inovatīvu produktu radīšanai no Latvijas zemes 

dzīļu resursiem (ZEMES DZĪLES) 

4.apakšprojekts

Energotaupīgas augsti poraina keramzīta iegūšanas 

tehnoloģijas no Latvijas māliem

Visvaldis Švinka, Andris Cimmers, Ruta Švinka, Laimons Bīdermanis, Inta Timma, Lauma Lindiņa

Projekta izpildē piedalās:

Visvaldis Švinka Dr,hab, sc.ing., asoc,prof. – vadītājs

Izpildītāji: Andris Cimmers, Dr.sc.ing. vad.pētn.

Ruta Švinka, Dr.sc.ing., vad.pētn.

Laimons Bīdermanis, Dr.sc.ing. vad. pētn.

Lauma Lindiņa, Dr.sc.ing., pētniece

Gerda Buļa Dr.sc.ing. pētniece , jaunā zinātniece

Andris Butlers doktorants

Ludmila Mahņicka doktorante

Jeļena Jakuševa doktorante

Ieva Zaķe maģistrante

Gatis Mozoļevskis maģistrants

Uldis Sedmalis Dr.habil.sc.ing. vadošais pētnieks

Keramzīts no Devona un Juras māliem un tā īpašības

Izstrādāt minerālo izejvielu maisījumu materiālu ieguvei ar palielinātu

porainību, sorbcijas spēju un inovatīvām izmantošanas iespējām.

Darba mērķis

Darba uzdevums (1)

Analizēt termoķīmiskos procesus dažāda sastāva mālu izejvielās šūnu keramikas (keramzīta) iegūšanai

Svarīgi no šūnu keramikas iegūšanas viedokļa:

mālu mineraloģiskā sastāva attiecības mālu minerāli : aleirīti

(laukšpatīdi, kvarcs)

ķīmiskais sastāvs CaO ≤ 6%,

poras veidojošas sadalīšanās reakcijas,

piroplastiskā stāvokļa temperatūru intervāls

Darba uzdevums (2)

Analizēt inovatīvas pielietošanas iespējas:

sorbcijas īpašības,

liela īpatnējā virsma baktēriju imobilizācijai

porainā keramikas materiāla ķīmiskā un mehāniskā izturība

ilgstošā izmantošanas procesā

Metodes

Diferenciālā termiskā analīze

Rentgena fāžu analīze

Dzīvsudraba porozimetrija un slāpekļa adsorbcija (BET)

Ķīmiskā analīze

Materiāli

Devona un Juras ģeoloģisko periodu māli ar palielinātu aleirītu saturu

Izdegošas piedevas: koksnes skaidas,minerāleļļa

Termiskās apstrādes process:

Divpakāpju: 20°C → 600, 700 vai 800°C 1 – 1,5 h → 1200°C

Vienpakāpes 20° → 1200 (1150)°C 8 min.

Sample temperature/°C200 400 600 800

TG/%

-5.0

-4.5

-4.0

-3.5

-3.0

-2.5

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5HeatFlow/µV

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

Mass variation : -1,672 %

Mass variation : -4,219 %

129,52

165,08

203,17

342,86

388,57

419,05

537,14

885,08

Figure:

20.09.2010 Mass (mg): 68,021

Crucible:Al2O3 100 µl Carrier gas: Air - Coeff. : 1Experiment: mali_streln_V5_visv

Procedure: N (Zone 2)SETSYS Evolution - 1750

Exo

Juras perioda Strēļu atradnes mālu termiskā analīze

Sample temperature/°C200 400 600 800

TG/%

-1.50

-1.25

-1.00

-0.75

-0.50

-0.25

0.00

0.25

0.50

0.75

HeatFlow/µV

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0Mass variation : -0,286 %

Mass variation : -1,987 %

124,44

166,35

224,76

262,86

316,19

523,17

573,97

911,75

1006,98

Figure:

09.10.2010 Mass (mg): 78,31199

Crucible:Al2O3 100 µl Carrier gas: Air - Coeff. : 1Experiment: Mali_lode0_visv

Procedure: N (Zone 2)SETSYS Evolution - 1750

Exo

Liepa 0

Devona perioda Liepas atradnes mālu termiskā analīze

Juras perioda Strēļu atradnes mālu fāžu sastāvs

Q

Q

Q QQ

QQ

Q

QQQ Q

QM

MMM MM

M

MM

M M MM M M

M

M MM M

M

M

M M M M

I

II

II

I

I

I

I

II

I

I

II

I

I

I

I

I I

II

I I

II

KKKK

K KK

K

K KK KKKK KKK

KK K K

KK KK

KK

K

KK

K KK

MM

M

M M

M M

MM M M

M

10 20 30 40 50 60Two-Theta (deg)

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

Inte

nsity

(CP

S)

[VS-Streln.Ju.raw] 21.09.1000-005-0490> Quartz - SiO2

00-001-0705> Microcline - KAlSi3O800-015-0603> Illite - K(AlFe)2AlSi3O10(OH)2·H2O

00-005-0143> Kaolinite - Al2Si2O5(OH)400-002-0009> Montmorillonite - Si3.74Al2.03Fe0.03Mg0.02·O11

M

MM

M

M

M

M M

MM

M

M

MMM MMMMM

MMM MMMM M

MMM

C C C C C C CQ Q

Q Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

QQ

Q

MMMM M

M

MM

MM

MMM

MM

MM

M

MMMM

MMMMMMM

MMMMMMMM

M

MMMMMMMMMMMMMMMMMM

10 20 30 40 50 60Two-Theta (deg)

0

250

500

750

1000

1250

Inte

nsity

(Cou

nts)

[VS-Str.1150.raw] 07.10.1001-079-1275> Mullite - Al2(Al2.8Si1.2)O9.6

00-002-1227> Corundum - Al2O300-005-0490> Quartz - SiO2

00-022-0687> Microcline - KAlSi3O8

1150°C temperatūrā apdedzinātas Strēļu mālu šūnainas keramikas fāžu sastāvs

Strēļi

Granulas šķērsgriezumā

G B 1200

G M 1200

4 h10 min.

0,01 0,1 1 10 100 1000Poru diametrs, μ

0,025

0,018

0,010

0,003

Poru

tilp

ums,

cm3 /g

G B 1200

Poru sadalījums baltajā granulas iekšienē

Īpatnējā virsma 0,97 m2/g pēc dzīvsudraba porozimetrijas rezultātiem

Īpatnējā virsma 0.96 m2/g pēc BET metodes

0,01 0,1 1 10 100 1000Poru diametrs, μ

0,029

0,020

0,011

0,002Poru

tilp

ums,

cm3 /g

Īpatnējā virsma 6,34 m2/g (pēc dzīvsudraba porozimetrijas mērījumiem)

Īpatnējā virsma 14 m2/g pēc BET analīzes rezultātiem

Poru sadalījums šūnu keramikai G 1200 ar organisku piedevu

0,01 0,1 1,0 10 100 1000Poru diametrs, μ

0,065

0,045

0,025

0,007

Poru

tilp

ums,c

m3 /g

LM 1200

Poru sadalījums Liepas mālu granulās

Īpatnējā virsma 4,90 m2/g

Q Q

Q Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

Q

AAAA

A

A

A

A

A

AA

A

A

A

AA

AAAAA

AAA

AA

AAAAA

AAAAAA

AAAAAAAA

AAAAAAAAAAAAAAAAAAAA

AAAAAA

A

AAAAAAAAAAAAAA AAAAAAAAAAMMMM M

M

MMM

MMMMM

MMMMM

MM

MMMMMMM MMMMMMM

MMMMMMMMMMMMMMMMM

MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM

MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM

G

G

G

G

GG

10 20 30 40 50 60Two-Theta (deg)

0

500

1000

1500

2000

Inte

nsity

(CP

S)

[VS-1200M.raw] 05.10.10[VS-1200B.raw] 05.10.10

00-005-0490> Quartz - SiO201-089-6423> Albite - Na(AlSi3O8)

01-087-1787> Microcline - K(AlSi3O8)01-071-3739> Graphite-2H - C

1200 – M un B

Oglekļa veidošanās uz poru virsmas

Ūdens uzsūce

, % 24 h

Ūdens uzsūce

%,

6 mēn.

Porai-

nība. %

Tilpum-

masa

g/cm3

Dominēj-

ošais poru

izmērs.μ

Spiedes

izturība,MPa

G 5 1200 28,5 64,0 74 0,45 0,5 – 10 1,8

LO 1200 24,2 42.0 62 0,5 5 – 100 2.8

G 6 1200 7,9 13,5 48 1.15 1 - 80 10,6

Šūnu keramikas īpašības

Secinājumi

Šūnu keramikas ieguvei izmantojot ātras vienpakāpes termiskās apstrādes procesu ir iespējams izmantot māla izejvielas ar palielinātu aleirītu saturu 30 – 50 % un samazinātu mālu minerālu saturu (20 – 30 %)

Poru veidošanās procesā šūnu keramikā piedalās neorganisku vielu sadalīšanās produkti (H2O, O2, CO2 kā arī organiskas vielas, kas veido CO2, CO, C

Šūnu keramikas granulas uzbūve ietver apvalku – virskārtu ar ierobežotu caurlaidības spēju un palielinātas porainības kodolu, kas blakus mikronu izmēru porām var saturēt arī poras nanoizmēru diapazonā (10 nm).

Secinājumi (turpinājums)

Atkarībā no iegūšanas apstākļiem un sastāva šūnu keramikas poru sieniņas pārsvarā ir veidotas no plagioklaza un mikroklīna kristāliskās fāzes. Poru virsma var būt pārklāta ar oglekli grafita kristāliskā formā.

Šūnu keramika (G 1200) uzrāda ievērojamu sorbcijas aktivitātiilgstošā laika periodā (NH4

+ jona sorbcija no ūdens šķīdumiem)

Šūnu keramikas granulāts ( porainība 72 %, dominējošais poru izmērs 0,5 – 10 μ) var kalpot par bāzi baktēriju imobilizācijai un noturīgas bioplēves veidošanai, piem., Stenotrophomonas maltophilia

Amonija jona sorbcijas eksperiments ar dažādām granulām

Amonija jona sorbcija ar dažāda sastāva granulām

Paldies par uzmanību!