Μελέτη μετασχηματισμού υπερβασικών πετρωμάτων με θερμική κατεργασία
Authors: Παγωνά Ευαγγελία 
Published: July 2022

Στα μεταλλεία μαγνησίτη, η εξόρυξη του μεταλλεύματος ακολουθείται από σειρά διεργασιών εμπλουτισμού, με σκοπό το διαχωρισμό του μαγνησίτη από το «στείρο» μητρικό υπερβασικό πέτρωμα που τον φιλοξενεί. Το τελευταίο αποτελεί το παραπροϊόν της διεργασίας και θεωρείται στερεό απόβλητο με υποβαθμισμένες φυσικοχημικές ιδιότητες εξαιτίας της σερπεντινίωσης, συσσωρεύοντας εκατομμύρια τόνους στην περιοχή εξόρυξης. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής ήταν ο χαρακτηρισμός και η αξιολόγηση των στερεών μεταλλευτικών αποβλήτων του μεταλλείου μαγνησίτη «Ελληνικοί Λευκόλιθοι Α.Μ.Β.Ν.Ε.Ε.» στη Χαλκιδική και η μελέτη της βελτίωσης των υποβαθμισμένων φυσικοχημικών ιδιοτήτων τους μέσω θερμικής επεξεργασίας, με προσθήκη κατάλληλων βελτιωτικών, ώστε να μετατραπούν σε προϊόντα προστιθέμενης αξίας, στα πλαίσια της κυκλικής οικονομίας. Ο ποιοτικός/ποσοτικός χαρακτηρισμός αντιπροσωπευτικών δειγμάτων οδήγησε στην κατηγοριοποίησή τους με βάση την ορυκτολογική (ολιβίνης, πυρόξενοι, σερπεντίνης) και χημική σύσταση. Μελετήθηκε η αξιοποίηση του λεπτού απορριφθέντος κλάσματος ROM (0-4mm), με προσθήκη σε ποσοστά για επίτευξη αναλογίας {[MgO] + [FeO]}/[SiO2] > 1,5 για την βελτιστοποίηση του σχηματισμού ολιβίνη (φορστερίτη). Τα βέλτιστα αποτελέσματα ελήφθησαν στους 1300° C για 120 min, με ελάχιστες τιμές φαινόμενου πορώδους και μέγιστες τιμές φαινόμενης πυκνότητας και μηχανικής αντοχής. Στη μελέτη των πρόσθετων μετάλλευμα/συμπύκνωμα χρωμίτη, αλουμίνα (Al2O3) και αιματίτη (Fe2O3) τα βέλτιστα αποτελέσματα ελήφθησαν για τα πρόσθετα χρωμίτη. Καλύτερα αποτελέσματα παρουσίασε το μετάλλευμα χρωμίτη εξαιτίας της μεγαλύτερης συγκέντρωσης MgO (31,4%). Κατάλληλο βελτιωτικό για την αύξηση της αντοχής αποτελεί ο αιματίτης, καθώς ευνοεί την πυροσυσσωμάτωση, επιτυγχάνοντας υψηλότερη φαινόμενη πυκνότητα. Τα αποτελέσματα της αλουμίνας δεν ήταν ικανοποιητικά, ο σχηματισμός του σπινελίου μειώνει το ποσοστό του ολιβίνη, τη μηχανική αντοχή και την φαινόμενη πυκνότητα με παράλληλη αύξηση του πορώδους. Η περαιτέρω μελέτη του μεταλλεύματος χρωμίτη οδήγησε σε βελτίωση της θερμικής συστολής και μηχανική αντοχής με βέλτιστα αποτελέσματα στους 1300° C για 120 min και 10% κ.β μετάλλευμα χρωμίτη. Η αύξηση του φορστερίτη αποδίδεται στην αύξηση της αναλογίας MgO/SiO2 για εφαρμόσιμη προσθήκη 5-20% κ.β. Η προσθήκη αιματίτη αύξησε τη μηχανική αντοχή με βέλτιστη προσθήκη 5% κ.β αιματίτη (χωρίς προέψηση) στους 1300° C για 120 min. Ο υπολογισμός της βέλτιστης δόσης προσθήκης MgO για σχηματισμό 100% κ.β. ολιβίνη (φορστερίτη) σχετίζεται με την αναλογία ([MgO]+[FeO]/[SiO2]=2. Η προσθήκη της απαιτούμενης δόσης MgO μεγιστοποιεί τον σχηματισμό του φορστερίτη στους 1300° C και μείωνει τη θερμική συστολή. Στους 1600° C, αυξήθηκε η μηχανική αντοχή, με βέλτιστες τιμές μηχανικής αντοχής για 240 min και 15% κ.β. MgO. Ο συνδιασμός της βέλτιστης δόσης καυστικής μαγνησίας/αιματίτη βελτίωσε τις πυρίμαχες ιδιότητες. Η θερμική συστολή μειώθηκε με προσθήκη MgO % κ.β. Στους 1600° C για 120 min, η θερμική συστολή παρουσιάζει ελάχιστη τιμή για ποσοστό μαγνησίας ίσο με την βέλτιστη δόση MgO. Η μηχανική αντοχή των δειγμάτων παρουσιάζει βέλτιστα αποτελέσματα στους 1600° C για ποσοστό MgO % κ.β. όσο η βέλτιστη δόση προσθήκης για σχηματισμό φορστερίτη και επιπλέον 5% κ.β. MgO και ποσοστό αιματίτη 2,5% κ.β..Το οξείδιο του σιδήρου αντιδρά με την περίσσεια μαγνησίας προς σχηματισμό μαγνησιοφερρίτη ενισχύοντας την πυροσυσσωμάτωση και αυξάνοντας την αντοχή. Συμπερασματικά, μπορεί να επιτευχθεί αντιστροφή της σερπεντινίωσης με αύξηση της επιθυμητής φάσης του ολιβίνη (φορστερίτη), ενώ η χρήση των κατάλληλων πρόσθετων βελτιώνει τις ιδιότητες των μεταλλευτικών αποβλήτων, μετατρέποντάς τα σε προϊόντα με προστιθέμενη αξία (πυρίμαχα προϊόντα).