Разработка технологий получения ситаллов с заданными физическими свойствами перспективное направление использования минеральных отходов

констатировать, что стабильное улучшение экологической ситуации в угледобывающих районах при закрытии неперспективных и нерентабельных предприятий может быть обеспечено только на основе полной комплексной оценки состояния окружающей природной среды в зонах негативного экологического

влияния ликвидированных шахт и выполнения всех вышеперечисленных природоохранных мероприятий. В результате, будут минимизированы масштабные негативные явления и прекращено бесконтрольное загрязнение окружающей среды.

— Коротко об авторах -------------------------------

Головко ИВ. — Московский государственный горный университет.

----------------------------------------- © В.И. Бабков-Эстеркин, 2004

УДК 658.567.1

В.И. Бабков-Эстеркин

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ СИТАЛЛОВ С ЗАДАННЫМИ ФИЗИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ -ПЕРСПЕКТИВНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ ОТХОДОВ

Семинар № 7

инеральные отходы горных предприятий в настоящее время превратились в техногенное сырье, которое на многих горных предприятиях может и должно учитываться в технологическом процессе работы предприятия и в связи с этим изучаться в полном объеме - по минеральному составу, физическим, технологическим и химическим свойствам, темпам оразования, объемам, накопившимся на предприятии к моменту изучения и перспективным объемам образования, наличию в них токсичных и радиоактивных материалов, влиянию на окружающую среду, по перспективным направлениям утилизации.

В связи с тем, что в подавляющем случае минеральные отходы горных предприятий содержат значительные количества окислов кремния, алюминия, железа, кальция и магния (см., например, табл. 1 и 2), которые являются основными компонентами сырьевых составов при получении из минерального сырья минеральных строительных материалов - таких как цемент, керамика, отделочные и облицовочные

каменные материалы, минеральные пигменты и тому подобное, то наибольший интерес представляют исследования возможностей получения таких материалов из рассматриваемых минеральных отходов и изучение возможностей получения новых строительных материалов с необходимыми для строительного дела свойствами. Такие исследования нося! главным образом экспериментальный характер, хотя во многих случаях возможны и теоретические исследования.

Особый интерес представляют возможности получения различных материалов путем спекания смесей стеклобоя и минеральных отходов таких как шлаки тепловых электростанций, металлургических предприятий, хвостов обогатительных фабрик, вскрышных и вмещающих полезные ископаемые пород. Нами были изучены возможности получения отделочных материалов типа стеклокремнезит из смесей кварцсодержащих отходов ряда горных предприятий и стеклобоя. Однако, работы застопорились в связи с удорожанием стоимости

электроэнергии, являющейся наиболее экологичным источником энергии при получении этих материалов и появлением на рынке стройматериалов большого количества дешевых импортных отделочных материалов. В связи с этим представляет интерес поиск новых направлений использования сырьевых смесей на основе стеклобоя и минеральных отходов большого количества предприятий, учитывая, что запасы такого сырья практически неограниченны. Одним из возможных перспективных направлений в этом плане является разработка технологий получения ситаллов различного назначения. Ситаллом называют искусственно получаемый материал, состоящий из кристаллической (20-90 % по объему с размерами кристаллов обычно менее 1 мкм) и стекловидной масс, обладающий более высокими механическими свойствами, чем используемое для его получения стекло (см. табл. 3).

Для получения ситалловых материалов необходимо, чтобы стекло, которое вводится в шихту, имело необходимый химический состав (например, высококремнеземистые ситаллы, обладающие необычно высоким значением коэффициента теплового расширения - в пределах (177-316)-10-7, тогда как известные искусственные материалы имеют его значение не более 150.10' с использованием стекол состава, в % по массе: (БЮ2-85-92, Ыа20-7,5-14,5, А1203-0-2, Е-О-3,6) и режим тепловой обработки шихты позволял образовать в стекломассе

шихты зародыши кристаллизации и превращение их в микрокристаллы (например, для тех же высококремнеземистых кристаллов термообработка должна состоять из первой ступени в 720 С в течение 2 часов и второй ступени в 840-900 °С с выдержкой 1-10 часов). Прочность высококремнеземистых ситаллов на изгиб составляет 70-120 МПа (у стекла оконного-70 МПа). Применяются они в конструкциях, где требуется значительное тепловое расширение.

Диапазон составов и соответственно -свойств и областей применения ситаллов весьма велик. Весьма велики и возможности использования самых различных горных пород для введения их в состав шихты для получения так называемых петроситаллов. Утилизация стекольных отходов также стала весьма актуальной задачей практически повсеместно. Поэтому использование стеклоотходов в качестве составной компоненты при получении ситаллов позволяет частично решить и эту задачу.

Таким образом, представляется весьма перспективным направление разработки технологий получения ситаллов для конкретных техногенных минеральных залежей и расширение областей их применения. Работы в этом направлении велись, начиная с момента получения ситалла в 1955 г. в Румынии, а в 1957 г. - в СССР и США и, как нам представляется, их в настоящее время необходимо интенсифицировать.

— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------

Бабков-Эстеркин Владимир Исаакович - профессор, зам. зав. кафедрой «Инженерная защита окружающей среды», Московский государственный горный университет.

№ Побочный продукт ЯОг АІ2Й8 ЕегОз ЕеО СаО MgO ЭОз К2О N820 ТІО2 СГ2О Р205 Потери при прокали вании

1. Хвосты Вишневогорского рудоуправления 55,8 18,48 3,61 4,22 1,18 0,02 5,60 5,41 0,51 следы 3,25

9 Хвосты ПО «Фофорит» 96,15 0,23 0,15 - 0,65 0,06 - 0,032 0,056 0,08 9 - 1,687 0,98

3. Хвосты Качканарского ГОКа 46,3 6,3 9,8 - 19,4 12,86 - - - - - - 1.3

4. Хвосты флотации Ковдорского ГОКа 21,8 3 5 - 22,3 24 0,25 0,2 0,1 0,26 0,39 5,8 13,7

5. Хвосты обогащения Норильского ГМК 46,12 13,4 14,2 - 7.6 9,82 " '> 0,65 1,58 и - - 3.16

6. Горелая земля (Тула) 61,88 21,7 2,62 - 1.11 0,57 3,38 1,09 1,13 1,19 - - 6.68

7. Отходы обогащения шахтоуправления г. Таш-Кушир Киргизкой ССР 55,6 19,58 2,72 2.88 0,5 0,44 0,64 0,37 1,39 15,64

8. Отходы асбестообогащения ф-ки №3 Баженовского месторождения 37,5 1.6 8,4 1,45 37,8 следы 13,35

9. Шламы при обогащении железных руд КМА 30,02 24,99 31,58 1,97 0.88 0.49 следы ЇЇ.2Х 0,64 - - - 9,72

10. Хвосты обогатительных фабрик при обогащении железистых кварцитов 65,37 8,88 1 5,9 1 4.0 4,01 следы 0.69 0,58 5,22

11. Железосодержащие породы вскрыши Михайловского месторождение КМА 61,96 5,8 27,11 - следы 0,52 следы 0,42 0,07 8,94

12. Железосодержащие дайки Лебединского месторождения КМА, удаленные в отвал 23,23 20,68 47,22 - 0,36 1,05 следы 0,11 0,18 ' 7,66

13. Пиритные огарки (отходы сернокислотного производства) 10.47 4,88 59.55 17.08 0,99 1,04 8.14 0,89 0,41 - - - 8,04

14. Отходы асбестообогащения 37.5 1,5 8,4 - 1,45 37.8 - - - - - 13,35

15. Бокситовый шлам 17,39 7,6 22,07 - 35,73 1,22 0,32 0,3 1,64 - - - 11,77

Побочный продукт Минералогический состав

Хвосты Вишневогорского рудоупр авления Преобладают полевые шпаты и нефелин - 88,75%, биотит - 7,83%, циркон -0,1 5%, апатит - 0,2%, авгит - 0,8%

Хвосты ПО «Фофорит» Кварц - 96,1%, полевой шпат - 0,63%, кальцит - 0,5%, фосфорит - 1,67%, рудные минералы - 0,24%, прочие - 0,3%. Основным минералом легкой фракции является кварц. В тяжелой фракции преобладает ильменит - до 60%, циркон — 15%, турмалин - 10%, встречаются карбонаты, апатиты, лимонит.

Хвосты Качканарского ГОКа Пироксены - 85%, роговая обманка - 7-8%, магнетит - 1 ,5-2%, серпентин - 1-1 ,5%, плагиоклаз - 2-2,5%, шпинель - 2,5-3%.

Хвосты флотации Ковдорского ГОКа Апатит - 30%, форстерит - 29%, карбонаты - 27%, магнетит 1,6%, слюда - 9%, сульфиды — 1%, диопсид — 1 ,5%, прочие - 1,5%.

Хвосты обогащения Норильского ГМК Пироксены и оливин - 55-60%, полевой шпат - 15-17%. хлорит - 10%, сульфиды -3-4%, биотит - 3%.

Горелая земля (Тула) Кварцевый песок, глина.

Таблица 3

Основные механические свойства шлакоситаллов и некоторых материалов

Показатель Шлакоситалл Стекло оконное Бетон Базальтовое каменное литье

Предел прочности, МПа при сжатии при изгибе 700-900 90-330 600-700 70 5-60 250-500 47-80

Сопротивление истиранию, г/см" 0.015-0,025 0.5-0,6 - 0.02-0,08

Модуль Юнга, ГПа 93 60-70 1 Си-130 -

Микротвердость. ГПа 8,1-8,4 ’ 4-6