CC BY
25
УДК 66
doi 10.24411/2221-0458-2021-74-60-67
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СИЛИКАТНЫХ ОТХОДОВ
1 2 3 1
Очур-оол А.П. , Манзырыкчы Х.Б. , Зырянова В.Н. , Оолакай З.Х.
1 Тувинский государственный университет, г. Кызыл Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, г. Кызыл Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет
(Сибстрин), г. Новосибирск
PHYSICAL AND CHEMICAL CHARACTERISTICS OF SILICATE WASTE
1 2 3 1
A. P. Ochur-ool , K.B. Manzyrykchy , V. N. Zyryanova , Z.Kh. Oolakai 1Tuvan State University, Kyzyl Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of the Siberian Branch of the RAS,
Kyzyl
Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk
Целью данной работы является изучение отходов обогащения комбината «Туваасбест» для получения композиционного материала. В отвалах обогатительного комбината особую ценность представляют отходы магнезиально-силикатного состава, которые образуются при отработке асбестовых руд и представлены дунитами, перидотитами серпентинитами. Отходы обогащения асбеста содержат до 41 % оксида кремния и до 44 % оксида магния и могут быть использованы в производстве кремниевого и магнезиального сырья. Поэтому изучению возможности использования нетрадиционных сырьевых материалов для получения композиционных материалов уделяется большое внимание. К числу таких видов горных пород относятся отходы обогащения комбината «Туваасбест». Причиной тому является нехватка высококачественного сырья для строительных материалов в республике. В результате исследования были получены сведения о физико-химических превращениях данных материалов при термообработке, позволяющие в дальнейшем разработать составы масс для добавки в композиционные вещества различного назначения.
Ключевые слова: магнезиально-силикатные отходы; керамические материалы; сырьевые материалы; керамические массы; керамическое производство; отходы обогащения
The purpose of this work is to study the waste of the processing plant of Tuvaasbest for the production of composite material. In the dumps of the processing plant, the waste from the
formation of magnesia-silicate composition, which is formed during the processing of asbestos ores and is represented by dunites, peridotites and serpentinites, is of particular value. Asbestos processing waste contains up to 41 % silicon oxide and up to 44 % magnesium oxide and can be used in the production of silicon and magnesia raw materials. Therefore, the study of the possibility of using non-traditional raw materials for the production of composite materials is given great attention, such types of rocks include waste from the processing plant of Tuvaasbest. The reason for this is the lack of high-quality raw materials for construction materials in the Republic. As a result of the study, information was obtained about the physical and chemical transformations of these materials during heat treatment, which allow us to further develop mass compositions for additives in composite substances for various purposes.
Keywords: magnesia-silicate waste; ceramic materials; raw materials; ceramic masses; ceramic production; enrichment waste
Среди многочисленных отвалов и отходов обогатительных фабрик особую ценность представляют образования магнезиально-силикатного состава,
которые образуются при отработке асбестовых руд и представлены дунитами, перидотитами серпентинитами. Отходы обогащения асбеста содержат до 41% оксида кремния и до 44% оксида магния и могут быть использованы в производстве кремниевого и магнезиального сырья. Авторами изучены отходы обогащения комбината «Туваасбест».
Эти отходы представлены дунитами, перидотитами, серпентинитами и их асбестированными разновидностями,
которые слагают отходы обогатительных фабрик, отвалы вскрышных и вмещающих пород при отработке асбестовых руд.
Магнезиально-силикатные отходы представляют собой дробленый материал в
основном серпентиниты с некондиционным волокном с длиной кристаллов менее 0,25 мм. Серпентиниты, содержащие волокно асбеста, под действием атмосферного выветривания разрушаются, а волокно как наиболее устойчивое сохраняется. Таким образом, окружающая среда в процессе разложения отходов асбестовых обогатительных фабрик загрязняется свободным не кондиционным волокном.
Так, на ГОКе «Туваасбест», разрабатывающем открытым способом Ак-Довуракское месторождение хризотил-асбеста, годовой выход скальных вскрышных пород (перидотитов, серпентинитов, пироксенитов) 2,9 млн. м3, отходов обогащения асбеста 3 млн .т. Утилизируются скальные породы в очень ограниченном количестве (8 тыс. т в год) для производства щебня.
Отвалы комбината представлены:
- отвалами вскрышных пород, это в основном серпентиниты преимущественно зеленого, светло-зеленого цвета, которые и вывозятся непосредственно из карьера и складируются (фото. 1).
- промышленными отходами пустой породы в виде щебня, которые складируются около комбината (фото. 2).
- промышленными отходами обогащения асбестовой руды, которые содержат в своем составе мелке частицы низкосортных сортов асбеста, поэтому эти отвалы светло-серого цвета.
Фото. 1. Отвалы вскрышных пород
Фото. 2. Отходы пустой породы в виде щебня.
Горные работы на комбинате ведутся открытым способом с подготовкой горной массы к выемке буро-взрывными работами. При обогащении асбеста применяется сухой гравитационный метод. В процессе дробления руды происходит разрушение по слабым контактам жил хризотил - асбеста с вмещающей породой, т.е. отделение асбеста от пород, распушка волокон асбеста. Обогащение асбестовых руд на грохотах с отсасыванием основано на различии скоростей витания в воздушной среде распушенного волокна и зерен пустой породы. В рудном потоке производится дробление и грохочение руды с извлечением вскрытого асбеста и получением черновых концентратов. В перечистном потоке черновые концентраты обеспыливаются, и в результате получают готовые марки асбеста, в соответствии с требованиями стандарта.
Отходы обогащения высокосортных руд представлены механической смесью частиц вмещающих пород крупностью менее 12 мм и асбеста, на 90 -95% представленного коротким
не промышленной длины (менее 0,4 мм) волокном.
Количество хвостов (отходов производства) составляет 93 % от исходной руды. Хвосты всех переделов обогащения высокосортной руды собираются в бункер, из которого выгружаются в машины БЕЛАЗ-540 и вывозятся на отвал. При необходимости предусмотрена
возможность направления хвостов на конвейеры цеха обогащения рядовых руд с последующим совместным складированием и хранением в общем отвале.
На предприятии ОАО «Туваасбест» отобрана проба (1000 кг) серпентинита из отвалов производства. Далее
активированный серпентинит
перерабатывали по разработанной технологической схеме. В результате переработки были получены: оксид магния (MgO), диоксид кремния ^Ю2), гипс полутораводный (CaSO4 1,5H2O), Fe-Cr-№ концентрат ^-44%: №-5,6%),
раствор натрия хлористого. Вывод оксидов кремния и магния из 1 т сырья составил 390 кг и 300 кг соответственно, Fe-концентрат - около 180 кг, состоящего в основном из оксидов железа, обогащенного хромом, никелем, титаном. Вывод гипса (CaSO4 1,5Н20) при переработке 1 т серпентинита составляет - 560 кг [3].
Наилучшие показатели имеют магнезиальные вяжущие, затворяемые раствором хлористого магния (MgCl2). Хлористый магний для этих целей получают при переработке Карабогазской рапы (минерал бишофит) или выпариванием из воды лиманов и некоторых соленых озер. Для этой цели используют также природную каменную соль — карналлит, состоящую из смеси хлоридов магния и калия.
На места строек хлористый магний поступает в виде кристаллической соли или
раствора технического хлористого магния. Перед применением соль растворяют, а раствор доводят до требуемой консистенции (содержание Mg С12 в растворе не менее 45 %; плотность раствора 1140...П60 кг/м3). Для уменьшения гигроскопичности затвердевшего
магнезиального вяжущего к раствору хлористого магния добавляют небольшое количество железного купороса. Эта добавка также ускоряет схватывание и уменьшает вероятность появления высолов.
Кроме хлористого магния, сообщающего растворам наибольшую
Анализ полученных данных свидетельствуют о том, что химический состав различных отходов комбината «Туваасбест» отличается незначительно, что очень важно для установления единой технологической схемы комплексной переработки серпентинитов [1, 2]. По сравнению с отходами Баженовского месторождения, в тувинских отходах асбеста содержание оксида кальция несколько ниже. По сравнению с отходами
прочность, магнезиальные вяжущие допускается затворять растворами сульфата магния, хлорида или сульфата железа, разбавленными растворами серной и соляной кислот, можно использовать также раствор морской рапы (отходы при производстве брома из соленой воды).
Был изучен химический состав отходов комбината «Туваасбест». В основу пробоподготовки принят метод сплавления проб с активным флюсом и определен на спектрометре ARL-9900 ХР. Химический состав отходов асбестообогащения представлен в табл. 1.
комбината «Кустанайасбест», отходы комбината «Туваасбест» содержат больше оксида магния. В отличие от отходов известных месторождений асбеста (Джетыгаринского, Киембаевского,
Баженовское), в отходах тувинских месторождений значительно меньше доля щелочных оксидов [Самданчап Р.Т., 1992].
Для изучения термических
характеристик отходов комбината был проведен дифференциально-термический
Таблица 1. Химический состав отходов асбестообогащения
Образец' Содержание оксидов, %
Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O 5 K2O CaO TiO2 MnO Fe2O3 ппп Сумма
Щебень 0,02 40,37 0,64 37,17 0,02 0,03 0,12 0 0,12 4,96 16,67 100,11
Промышленные отходы 0,02 37,17 0,83 36,18 0,02 0,05 0,34 0,01 0,13 8,67 16,61 100,03
Вскрышные породы 0,02 37,59 0,54 38,33 0,02 0,03 0,39 0 0,11 7,61 7,61 100,22
анализ на приборе NETZSCH. Нагрев осуществляли в атмосфере азота 10 мл/мин. В диапазоне 20 град/мин. До 1200 °С.
На кривых ДТА образца серпентинита из вскрышных пород зафиксирован эндотермический эффект при 676,3 °С, который может быть связан с удалением конституционной воды, и этому нику соответствует потеря массы 3, 62 мг. Общая потеря массы пробы составила 12,51% от исходной навески. Также отмечен экзотермический эффект при температуре 84 0,9 °С связанный с кристаллизацией вновь образованных минеральных фаз.
На термограммах проб
промышленных отходов и отходов в виде щебня регистрируются два
эндотермических эффекта (средней интенсивности 462,6 - 461,0 °С и интенсивный 735,3 - 727,1 °С) и один экзотермический (очень интенсивный 851,4 - 852,1 °С). На кривых ТГ при температурах 800 - 860 °С (в интервале наиболее
Библиографический список 1. Создание технологий и оборудования высокоэффективной экологической безопасной переработки минерального сырья и техногенный отходов (на примере объектов горнопромышленной агломерации Тувы и сопредельных регионов) : сводный отчет по конкурсному проекту СО РАН №28.4.8 (2 004-2006) / Научный руководитель Ю.
интенсивного экзотермического эффекта на ДТА) фиксируется резкий скачок потери массы, равный -0,68 - 1,67 мг соответственно.
В целом, кривые ДТА и ТГ проб промышленных отходов и щебня мало отличаются, что позволит проводить совместную переработку отходов.
Поэтому изучение возможности использования нетрадиционных сырьевых материалов в составе керамических масс уделяется большое внимание. Причиной тому является нехватка
высококачественного сырья.
В результате исследования были получены информация о физико-химических превращениях данных материалов при термообработке, позволяющие в дальнейшем разработать составы масс для добавки в композиционные вещества различного назначения.
Д. Каминский ; ответственный редактор В. И. Лебедев. - Кызыл : ТувИКОПРСОРАН, 2006. - С. 116. -Текст : непосредственный. 2. Капинос, А. В. Отчет по Ак-Довуракскому месторождению
хризотил-асбеста за период с 1 июля 1952г. по январь 1954г. : с подсчетом запасов на 1 января 1954 г. -
Красноярск, 1954. - Текст : непосредственный.
3. Зырянова, В. Н. Серпентинитные магнезиальные вяжущие вещества на основе техногенного сырья / В. Н. Зырянова, Г. И. Бердов, В. И. Верещагин, Е. В. Лыткина, А. П. Очур-оол. - Текст : непосредственный // Известия высших уч ебных заведений. Строительство. - 2019. - №9 (729). -С.43-51.
References
1. Sozdanie tehnologij i oborudovanija vysokoj effektivnoj jekologicheskoj
bezopasnoj pererabotki mineral'nogo syr'ja i tehnogennyj othodov (na pr imere ob#ektov gornopromyshlennoj aglomeracii Tuvy i sopredel'nyh regionov) : svodnyj otchet po konkursnomu proektu SO RAN №28.4.8 (2 004-2006) [Summary report on the competitive project of the SBRAS no. 28.4.8 (2 004-2006). Yu. Kaminsky; V. I. Lebedev. Creation of technologies and
equipment for highly efficient and safe processing of mineral raw materials and man-made waste (using the example of mining agglomeration facilities in Tuva and neighboring regions)]. Kyzyl, Tuvikopr SB RAS, 2006. P. 116. (In Russian)
2. Kapinos A.V. Otchet po Ak-Dovurakskomu mestorozhdeniju hrizotil-asbesta za period s 1 ijulja 1952g. po janvar' 1954g. : s podschetom zapasov na 1 janvarja 1954 g. [Report on the Ak' -Dovurak Deposit of chrysotile asbestos for the period from July 1, 1952 to January 1954. With stock counts as of January 1, 1954]. Krasnoyarsk, 1954. (In Russian)
3. Zyryanova V.N. et al. Serpentinitvye magnezial'nye vjazhushhie veshhestva na osnove tehnogennogo syr'ja [Serpentinite magnesian binders based on technogenic raw materials]. News of Higher Educational Institutions. Construction. 2019. No. 9 (729). Pp. 43-51. (In Russian)
Очур-оол Аржана Петровна - старший преподаватель кафедры общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, Кызыл, e-mail: adacka@mail.ru
Ман зыр ыкчы Хер елмаа Бор исовн а - заведующая сектором физико-химических исследований ТувИКОПР СО РАН, Кызыл, e-mail: herelka geotom@mail.ru
Зыр ян ова Вален тин а Н иколаевн а - профессор, д.т.н. кафедры строительные материалы, стандартизация и сертификация НГАСУ (Сибстрин), Новосибирск, e-mail: vnzyr@mail.ru
Оолакай Зита Хулер -ооловн а - старший преподаватель кафедры строительства и ЖКХ Тувинского государственного университета, Кызыл, e-mail: zita-hertek@mail.ru
Arzhana P. Ochur-ool - Senior Lecturer at the Department of General Engineering, Tuvan State University, Kyzyl, Russia, e-mail: adacka@mail.ru
Kherelmaa B. Manzyrykchy - head of Physics and Chemistry Studies Department, Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences, Kyzyl, Russia, e-mail: herelka_geotom@mail.ru
Valentina N. Zyryanova - Professor, Doctor of Technical Sciences, Department of Building Materials, Standardization and Certification of NGASU (Sibstrin), Novosibirsk, Russia, e-mail: vnzyr@mail.ru
Zita Kh. Oolakai - Senior Lecturer at the Department of Construction, Housing and Utilities, Tuvan State University, Kyzyl, Russia, e-mail: zita-hertek@mail.ru
Статья поступила в редакцию 26.02.2021
