| Published: 

Προσδιορισμός του λόγου Ca/Mg του δολομίτη με τη βοήθεια ατμόσφαιρας καθαρού CO2

Εισαγωγή

Ο δολομίτης είναι ένα ορυκτό που αποτελείται από ανθρακικό ασβέστιο-μαγνήσιο, χημικά γνωστό ως CaMg(CO3)2. Είναι ένας βασικός φυσικός πόρος με σημαντική τεχνική σημασία σε διάφορες βιομηχανίες. Μια εξέχουσα εφαρμογή είναι στον κατασκευαστικό κλάδο, όπου ο δολομίτης χρησιμοποιείται ως δομικό υλικό και αδρανές υλικό στο σκυρόδεμα. Η σκληρότητα και η ανθεκτικότητά του τον καθιστούν ιδανικό συστατικό για τη βάση δρόμων, τους τσιμεντόλιθους και την άσφαλτο. Η αντοχή του δολομίτη στις καιρικές συνθήκες και τη διάβρωση ενισχύει περαιτέρω την αξία του σε έργα υποδομής.

Η κατανόηση της αναλογίας ασβεστίου προς μαγνήσιο στο δολομίτη είναι ζωτικής σημασίας για τη βελτιστοποίηση των εφαρμογών του. Οι διαφορετικές αναλογίες αυτών των στοιχείων μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά τις φυσικές και χημικές ιδιότητες του ορυκτού, όπως η διαλυτότητα, οι ρυθμοί αντίδρασης και η κρυσταλλική δομή. Γνωρίζοντας και ελέγχοντας αυτή την αναλογία, οι κατασκευαστές μπορούν να προσαρμόσουν τον δολομίτη για συγκεκριμένες εφαρμογές, εξασφαλίζοντας τα επιθυμητά χαρακτηριστικά και επιδόσεις.

Αποτελέσματα και συζήτηση

Για να διερευνηθεί ο λόγος Ca/Mg του δολομίτη, πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις με το NETZSCH STA 449 F3 Jupiter® χρησιμοποιώντας διαφορετικές ατμόσφαιρες αερίων. Μια λεπτομερής σύνθεση των συνθηκών μέτρησης βρίσκεται στον πίνακα 1.

Πίνακας 1: Παράμετροι μέτρησης

ΌργανοSTA 449 F3 Jupiter®
ΦούρνοςΚλίβανος καρβιδίου πυριτίου
ΑισθητήραςΤύποι TG-DSC
Χωνευτήρι85 μl Al2O3 με διάτρητο καπάκι
Πρόγραμμα θερμοκρασίας40°C - 1200°C σε K/min
Ατμόσφαιρα70 ml/min συνθετικού αέρα ή διοξειδίου του άνθρακα
Μάζα δείγματοςπερίπου 40 mg

Θερμική συμπεριφορά του δολομίτη στον αέρα

Όταν ο δολομίτης θερμαίνεται παρουσία οξυγόνου, υφίσταται θερμική αποσύνθεση. Η αντίδραση αποσύνθεσης μπορεί να παρασταθεί ως εξής:

CaMg(CO3)2 → CaO + MgO + 2CO2 (1)

Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας αποσύνθεσης (βλέπε σχήμα 1), ο στερεός δολομίτης διασπάται σε οξείδιο του ασβεστίου (CaO), οξείδιο του μαγνησίου (MgO) και αέριο διοξείδιο του άνθρακα (CO2). Η αντίδραση αυτή λαμβάνει χώρα σε θερμοκρασίες άνω των 700°C και έχει ως αποτέλεσμα ένα ευρύ βήμα απώλειας μάζας που εμφανίζει πολλαπλές κορυφές στο σήμα DTG και DSC. Η επικαλυπτόμενη χαρακτηριστική της απώλειας μάζας εμποδίζει σημαντικά τη δυνατότητα απόδοσης διακριτών βημάτων στην καμπύλη TGA, καθιστώντας έτσι αδύνατο τον προσδιορισμό πρόσθετων πληροφοριών σχετικά με την αναλογία Ca/Mg του δολομίτη.

1) Θερμική ανάλυση δολομίτη σε ατμόσφαιρα αέρα

Θερμική συμπεριφορά του δολομίτη σε ατμόσφαιρα διοξειδίου του άνθρακα

Παρουσία ατμόσφαιρας που περιέχει διοξείδιο του άνθρακα, ο δολομίτης παρουσιάζει διαφορετική συμπεριφορά λόγω της αντιστρεπτής φύσης της αντίδρασης αποσύνθεσης και της διαφορετικής σταθερότητας των ανθρακικών αλάτων που συμμετέχουν. Η αντίδραση αποσύνθεσης (1) μπορεί επίσης να αναπαρασταθεί ως δύο επιμέρους αντιδράσεις ισορροπίας ως εξής:

MgCO3 → MgO +CO2 (2)

CaCO3 → CaO +CO2 (3)

Η ισορροπία μεταξύ των αντιδρώντων και των προϊόντων της αντίδρασης επηρεάζεται από διάφορους παράγοντες, όπως η θερμοκρασία και οι συγκεντρώσεις τουCO2. Όταν το διοξείδιο του άνθρακα είναι σταθερά παρόν, επηρεάζει την ισορροπία, προκαλώντας μετατόπιση προς τη σταθεροποίηση των ανθρακικών αλάτων και οδηγώντας σε υψηλότερη θερμοκρασία αποσύνθεσης. Η επίδραση αυτή είναι πιο εμφανής για το ανθρακικό ασβέστιο από ό,τι για το ανθρακικό μαγνήσιο, λόγω του larger. Ενέργεια Gibbs σχηματισμού. Ως αποτέλεσμα, η αποσύνθεση του ανθρακικού ασβεστίου και του ανθρακικού μαγνησίου μπορεί να διακριθεί σαφώς όταν μετράται υπό ατμόσφαιρα καθαρού διοξειδίου του άνθρακα (βλέπε σχήμα 2). Ο διαχωρισμός αυτός προσφέρει τη δυνατότητα ακριβούς προσδιορισμού του λόγου Ca/Mg του δολομίτη, καθώς το αρχικό στάδιο μπορεί να αποδοθεί στη διάσπαση του MgCO3 (αντίδραση 2), ενώ το επόμενο στάδιο αντιστοιχεί στη διάσπαση του CaCO3 (αντίδραση 3).

Συμπέρασμα

Selectων της βέλτιστης ατμόσφαιρας επηρεάζει σημαντικά την ποιότητα και την ποσότητα των πληροφοριών που μπορούν να ληφθούν μέσω θερμοαναλυτικών μετρήσεων. Ένα παράδειγμα αυτού του φαινομένου δίνεται στην παρουσιαζόμενη θερμική ανάλυση ενός δείγματος δολομίτη. Στην περίπτωση αυτή, η μετάβαση από μια συμβατική ατμόσφαιρα αέρα στην ελαφρώς πιο αντισυμβατική επιλογή του διοξειδίου του άνθρακα είχε ως αποτέλεσμα αξιοσημείωτη επίδραση στις μετρούμενες θερμικές ιδιότητες του αναλυόμενου δολομίτη. Κατά συνέπεια, εντελώς νέες πληροφορίες, όπως ο λόγος Ca-Mg, έγιναν προσιτές.

2) Θερμική ανάλυση δολομίτη σε ατμόσφαιρα καθαρού CO2