183622. lajstromszámú szabadalom • Eljárás szilárd anyagok gyors minősítésére a termelésbeni felhasználásukhoz
1 183 62,! 2 A találmány eljárás szilárd anyagoknak, így főként puzzolános anyagoknak a kémiai és fizikai tulajdonságaik együttes eredőjekénti gyors minősítésére a termelésbeni felhasználásukhoz. A gyakorlatban igen fontos valamely hasznos ipari termék előállításához felhasznált alapanyagok bizonyos fontos tulajdonságainak az előzetes megállapítása, hogy azok ismeretében lehessen meghatározni az optimális termelési feltételeket. Ezek az alapanyagok legnagyobbrészt ásványi, vagy ásványi eredetű anyagok, melyeket nagy mennyiségben és igen változó kémiai és fizikai tulajdonságaik mellett használnak fel az ipar egyes ágaiban. Ennek során az alapanyagok előzetes minősítésére minden esetben a vizsgált anyag kémiai tulajdonságainak a meghatározásakor mindig a teljes feltárásra, a vizsgált tulajdonságot hordozó szerkezet szétroncsolására törekednek a klasszikus analitikai módszereknél, míg a fizikai tulajdonságainak a meghatározásakor többnyire roncsolásmentes módszereket használnak. A gyakorlati feladatok esetében ugyanakkor igen gyakran olyan jellemzőket kell az anyagoknál meghatározni, amelyek a kémiai és fizikai tulajdonságaiktól egyaránt függenek és ezeknek a kölcsönhatása egyáltalán nem, vagy csak igen bonyolult módszerekkel számszerűsíthető. így az egyes anyagokra jellemző tényleges tulajdonságok, mint pl. a reakcióképesség, — különösen a szilárdfázisú reakciók esetén — csak igen körülményesen és hosszadalmasan határozhatók meg a hagyományos módszerekkel. Nevezetesen az adott anyagnak egy adott reakcióban való viselkedését sok tényező, így nem csak a kémiai összetétele, hanem többek között a fajlagos felülete, a felületének a zártsága, a kristályos és amorf fázisainak az aránya, a szemcsék nagysága és porozitása, a nedvesedési képessége stb. határozza meg. Különösen áll a fenti megállapítás a puzzolános ásványoknak, vagy ásványi eredetű anyagoknak, ezek őrleményeinek és keverékeinek az előzetes minősítésére, mert az ilyen anyagok olyan tulajdonságainak a meghatározása, amelyek a termelésbeni felhasználásuknál döntő jelentőségűek, tipikusan olyan feladat, amely a szokásos módszerekkel csak igen bonyolultan és nagy időveszteséggel végezhető el. így pl. a puzzolános anyagok egyikével, a pernyével szemben támasztott követelmények rendkívül különbözőek lehetnek a felhasználási területétől függően. Általánosságban az mondható az eddigi vizsgálatok és tapasztalatok alapján, hogy egy teherbíró töltés építéséhez a durvább szemcseméretű és meghatározott nedvességtartalmú pernyék, míg cementkiegészítő anyagként egészen finom szemcseméretű és teljesen száraz pernyék felelnek meg a legjobban. Azonban a pernyéknek a betonban, habarcsban vagy egyéb kötőanyag-kiegészítő anyagként való felhasználhatóságának az egyik legfontosabb kritériuma az ún. hidraulikus aktivitása. Ezen meghatározás alatt azt a tulajdonságát értjük, hogy a kötőanyag — pl. a cement — hidratációja során keletkező, vagy a rendszerbe egyéb módon bevitt kalcium-hidroxiddal a pernye oldható alkotórészei reagálni képesek és a reakció eredményeképpen a cement hidratációs termékeihez hasonló, szilárdságot biztosító szekunder hidrátfázisok, főként kalcium-szilikát-hidrátok keletkeznek. E reakciók sebessége nagymértékben függ attól, hogy mennyi az anyagban a kioldható, reakcióképes alkotórész, azaz függ az anyag kémiai összetételétől, a fajlagos felületének a nagyságától és az üveges fázisállapotának arányától. Viszont mindeddig nincs olyan egységesített vizsgálati módszer, amely a pernyék ilyen minőségi ellenőrzésére irányulna. Miután a pernyék hidraulikus képessége a fentebb részletezett kémiai és fizikai tulajdonságaiktól függ, a gyakorlatban elsősorban a GOSZT szerinti mész‘ekötéses módszert szokták a minősítésre alkalmazni. 6z a tény viszont lényegében azt jelenti, hogy egy gyakorlatilag hulladékként jelentkező anyagról — jelen esetben a pernyéről — csak a vizsgálatban előírt idő leeltével, azaz 28 nap múlva lehet megállapítani azt, hogy milyen értékű puzzolános anyagként vehető esetleg figyelembe egy követő termelési folyamatban. De még a fenti vizsgálat kedvező eredménye esetén is számolni kell azzal, hogy a vizsgálat 28 napos időtartama alatt a pernye már a fizikai tulajdonságait illetően megváltozhatott a kezdeti állapotához képest, vagy pedig más minőségű pernyével keveredhetett a tárolása során. A fentiekből világos, hogy a puzzolános anyagok mirősítésére szolgáló ismert módszereknek nagy hátrányuk az, hogy azok alapján csak igen nagy időeltolódással, gyakorlatilag csak 28 nap letelte után lehet megközelítő véleményt alkotni az illető anyagnak a termelésbeni legcélszerűbb felhasználásáról. Emellett ezek a módszerek meglehetősen nehézkesek is és lényegében csak egy kémiai vizsgálat alapján az illető anyag mészlekötő képességét határozzák meg. A technika jelenlegi állásában - ismereteink szerint — a puzzolános anyagok hidraulikus aktivitásának meghatározására és az anyagok minősítésére a termelésbeni felhasználásukhoz a fentiekben említettnél fejlettebb módszer nem ismeretes. Célul tűztük ki tehát egy olyan minősítési eljárás k dolgozását, ami révén lehetővé válik az anyagok puzzoláaos tulajdonságának a gyors, pontos és számszerű meghatározása és ezáltal az adott szilárd anyagnak a következő technológiai lépcsők szempontjából a mérés lefolytatására a technológia által megengedett rövid idő alatti értékelése az optimális körülményeknek megfelelő anyagié használáshoz. A minősítő eljárással el kívánjuk érni, hogy az egyes anyagok, portermékek vagy őrlemények kémiai és fizikai tulajdonságait együttesen jellemző paraméterét határozzuk meg és ezáltal lehetővé tegyük egyré ízt bizonyos anyagoknak az adott technológiákhoz va:ó alkalmasságának a gyors mérését, másrészt az aprítársal és őrléssel járó előkészítő technológiáknak a következő technológiai lépcsőre orientált minősítő ellenőrzést. A találmányi gondolatunk azon a meglepő felismerésen alapszik, hogy szilárd anyagoknak, főként puzzolános anyagoknak a termelésbeni felhasználásához azok puzzolános tulajdonságát, aktivitását a kémiai és fiz kai tulajdonságaik eredőjeként egyetlen számadattal lehet meghatározni, amikor egy konstans hőkapacitású rer dszerben a vizsgálandó anyagot ásványi savas közegben célszerűen fluorid ionokkal hozzuk össze és a bekövetkező reakciónál a kezdeti — előnyösen lineárist megközelítő — szakaszban az időegység alatti hőmennyiség-változást mérjük és értékeljük. A hőmennyiség-változás értékét a reakció kezdeti, lineárist megközelítő szakaszban, előnyösen 30 sec-nál kevesebb, 20 sec körüli időpontban mérjük és a hőmennyiség-változás időfüggvényét feszültségváltozássá konvertálva, az anyag említeti kémiai és fizikai tulajdonságaira együttesen jellemző görbe lineáris szakaszának a meredekségét határozzuk meg. A termometriás analizátorhoz kapcsolt számítógép eze í mért és általa számított adatot a GOSZT szerinti 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
