CC BY
59
УДК: 622.23.05 ГРНТИ: 52.39.29
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КАМНЕДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ КЫРГЫЗСКОЙ РЕСПУБЛИКИ
Н. А. Калдыбаев1, И. К. Султанов2
1 Ошский технологический университет Кыргызская республика, 723503 г. Ош, ул. Исанова, 81
2 Институт природных ресурсов Национальной академии наук Кыргызской республики Кыргызская республика, 723500 г. Ош, ул. Каримова, 31
El Калдыбаев Нурланбек Арзымаматович - nurlan67@mail.ru
В статье рассмотрена проблема комплексного промышленного освоения отходов горнодобывающей промышленности. Приведены количественные и физико-механические характеристики отходов камнедобывающих предприятий и проанализированы возможности их вторичной переработки на строительные изделия. Обоснована необходимость создания горнотехнических систем по разработке техногенных образований на базе комбинации методов направленного раскола и механохимической активации. Предложенные технологические схемы способствуют эффективному использованию горнопромышленных отходов и снижению экологической нагрузки на природу. Качество получаемых при этом строительных изделий удовлетворяют требования стандартов, предъявляемых стеновым камням, предназначенным для промышленно-гражданского строительства.
Ключевые слова: горнодобывающая промышленность, добыча блоков природного камня, техногенные образования, отходы, переработка, направленный раскол, механохимическая активация, объемное вибропрессование.
EXPERIENCE AND PROSPECTS OF WASTE PROCESSING FOR THE EXTRACTION OF NATURAL STONE IN THE KYRGYZ REPUBLIC
N. A. Kaldybayev1, I. K. Sultanov2
1 Osh Technological University
81 Isanov St., 723503 Osh, Kyrgyz Republic
2 Institute of Natural Resources of the National Academy of Sciences of the Kyrgyz Republic 31 Karimov St., 723500 Osh, Kyrgyz Republic
121 Kaldybaev Nurlanbek - nurlan67@mail.ru
In the article the problem of complex industrial development of wastes of the mining industry is considered. The quantitative and physico-mechanical characteristics of the waste of stone-mining enterprises are given and the possibilities of their secondary processing for building products are analyzed. The necessity of creating mining technical systems for developing technogenic formations based on a combination of directed split methods and mechanochemical activation is substantiated. The proposed technological schemes contribute to the effective use of mining waste and reduce the environmental burden on nature. The quality of the resulting building products meets the requirements of the standards for wall stone intended for industrial and civil construction.
Keywords: mining industry, extraction of blocks of natural stone, technogenic formations, waste, processing, directed split, mechanochemical activation, volumetric vibrocompression.
В настоящее время многие исследователи в мире озабочены проблемами скопления промышленных отходов и этот вопрос в некоторых случаях рассматривается даже в качестве одного из компонентов национальной безопасности. Решение проблемы ресурсосбережения в горной промышленности требует совершенствования и разработки новых технологий производства, позволяющих утилизировать любые виды отходов. Утилизация отходов горнодобывающей промышленности снижает нагрузку на природу, уменьшает изъятие земель для выемки горных пород и для складирования отходов, исключает загрязнение окружающей среды.
В Кыргызской республике по отчетным данным Инициативы прозрачности добывающих отраслей (ИПДО), ежегодно добывается более десяти миллионов тонн твердых полезных ископаемых, около 60% из которых после предварительной переработки попадают в отвалы и хвостохранилища. При этом значительную долю добычи в горнодобывающей отрасли обеспечивает камнедобывающая отрасль. Степень утилизации отходов камнедобывающей промышленности очень низкая и составляет всего около 10% от общего объема отходов [1].
Следовательно, вовлечение отходов камнедобычи и камнео-бработки в производство является весьма важной народно-хозяйственной задачей.
В настоящей работе обобщены результаты исследований технологических процессов переработки отходов камнедобы-вающей промышленности методами направленного раскола, механохимической активации и вибропрессования.
Объектом исследований являются среднегабаритные и малодисперсные отходы камнедобывающих предприятий (известняк-ракушечник, мрамор, гранит и др.). При этом средне-габаритные отходы представлят собой отходы распиловки блоков природного камня («корка», «подошва» и «околы», размерами не более 400х600 мм), а малодисперсные отходы-шлам от распиловки природного камня с размерами от 1 до 5 мм. Опытно- промышленные испытания разработанных технологий проводились преимущественно на крупнейшем месторождения известняков Сары-Таш, расположенного в Уз-генском районе Ошской области.
Анализ показателей отработки месторождений природного камня показывает, что из-за неблагоприятных горно-гео-
8
Juvenis scientia 2017 № 10 | Науки о земле
логических условий и в силу технико-технологических причин большая часть добываемой горной массы превращаются в отходы [2].
Проведенные нами хронометражные наблюдения показали, что наибольшее количество отходов образуется при буровзрывном способе разработки (40-60% от объема добываемых блоков). Более прогрессивным является добыча блоков с помощью баровых камнерезных машин, где количество отходов составляет 20-40% от объема добываемых блоков.
Добытые блоки природного камня далее поступают в кам-необрабатывающий завод, где камню придают требуемую форму, размеры и фактуру лицевой поверхности. Данный процесс таке сопровождается образованием отходов, количество которых зависит от стадий обработки и характеристик камнерезного инструмента. Таким образом, в совокупности в процессах добычи и обработки блоков известняка-ракушечника более 60% добываемой горной массы превращается в отходы. В свою очередь, из общей массы отходов около половины (48%) относятся к крупногабаритным («негабариты», «корка» и «подошва»). Значительную часть отходов (примерно 27%) составляют среднегабаритные куски (околы, щебень и бут). Мелкодисперсные отходы (шлам) составляют 25% от всего объема отходов.
В химическом составе отходов известняка-ракушечника преобладает содержание СаО - находится в пределах от 46,0% до 53,4%, т.е. отходы карбонатного происхождения. Порода относительно мягкая, но достаточно прочная и очень плотная для известняка-ракушечника: предел прочности на сжатие составляет 40-^60 МПа, плотность 2,3 г/см3, хорошо обрабатывается, принимает полировку. Цвет известняков меняется от светлых желтовато-белых тонов до светло-серых, коричневато-желтых. Эти характеристики и хорошие декоративные качества отходов ракушечника «Сары-Таш» позволяют использовать их в различных отраслях как вторичное сырье.
Наиболее существенные резервы с точки зрения утилизации отходов камнедобывающей промышленности имеет переработка направленным расколом. При помощи данного способа получают так называемые «колотые» изделия (брусчатка, бордюр, бортовые камни, плиты ...), применяемых в архитектурном, дорожном и гидротехническом строительстве. Перспективность обработки камня расколом обусловлена малой энергоемкостью и относительно низкой себестоимостью получаемых изделий в сравнении с резанием и абразивной обработкой. В Кыргызской республике имеются благоприятные условия для внедрения технологии производства колотых изделий: есть большие запасы месторождений природного камня; разработаны и созданы типоразмерный ряд камнекольных прессов ПКА «Аскатеш», позволяющие механизировать процесс раскола. Несмотря на это, удельный вес колотых изделий в общем объеме производства облицовочных изделий из природного камня остается мизерным, причиной которого, на наш взгляд, является несовершенство существующих технологий и отсутствие новых архитектурных решений по их применению. Для реализации технологии направленного раскола создан передвижной технологический модуль камнекольного пресса ПКА-800п. Передвижное устройство технологического модуля, оснащенное подъемно-подающим механизмом позволяет обрабатывать крупногабаритные отходы камня непосредствено на месте их залегания, то есть в карьерных отвалах и речных поймах. В качестве исходного сырья служат некондиционные блоки, «корка» и «подошва» вырезанных блоков, а также булыжные камни с размерами в поперечном сечении не более 30 сантиметров.
Таблица 1
Основные технические характеристики модуля ПКА-800П
Способ передвижения на салазках, с помощью тягача или гусеничного трактора
Тип энергоснабжения автономный, от ДЭС мощностью 30 кВт
Мощность генератора, кВт 16
Грузоподъемность подъемно-подающего устройства 1 т
Производительность, м2 за смену 8
Габаритные размеры, (В х Ш х Д) 3510х2750х4500
Масса, кг 5700
Технологии и получаемые колотые строительные изделия из отходов камня успешно апробированы на практике и обеспечили значительный экономический эффект [6].
В результате хронометражных наблюдений, проведенных в камнеобрабатывающем заводе АО «Ош-Акташ» установлено, что из общей массы отходов камнедобычи мелкодисперсные техногенные образования (шлам) занимают почти четверть всего объема добываемого блока природного камня. Это объясняется тем, что как и в процессе добычи так и в переработке широко используется обработка резанием.
Анализ научно-технической и патентной информации позволил определить, что шламы производства могут быть использованы в строительной отрасли для производства и получения [3, 4, 5]:
- вяжущего (в силикатном кирпиче, кладочном растворе, тощих бесцементных бетонах, ячеисто-бетонных изделиях, древесно-цементных материалах);
- минеральных заполнителей (в стеновых материалах, асфальтобетонных смесях);
- комплексных добавок.
Лабораторией «Природный камень и техногенное сырье» Института природных ресурсов Национальной акаемии наук Кыргызской республики разработана технология получения стеновых материалов из малодисперсных отходов известняка-ракушечника методом полусухого вибропрессования. В качестве вяжущего использован белый портландцемент производства АО Шуровский марки 1-ДО 500, в качестве гидрофо-бизатора - жидкое стекло. Проведенные экспериментальные работы показали, что ячеистые камнебетонные блоки, получаемые из малодисперсных отходов известняка-ракушечника характеризуются более низким удельным весом, повышенной прочностью и водостойкостью по сравнению с натуральным камнем (табл. 2). Как видно из рис. 1 в искусственных блоках, полученных из отходов камня наблюдается снижение пористости.
Лабораторные испытания получаемых образцов проведены в лаборатории Южного регионального управления Республиканского Центра сертификации и стандартизации в строительстве (ЮРУ «Стройстандарт»). Предел прочности кубиков (70х70 мм) изготовленных из отходов распиловки известняка-ракушечника после отмучивания составила 490...510 кгс\см2 (для сравнения: предел прочности природного известняка-ракушечника в воздушно-сухом состоянии колеблется в пределах 400...600 кгс\см2). Испытания образцов на морозостойкость выдержала 25 циклов замораживания. Эти показатели вполне удовлетворяют требования стандартов, предъявляемых стеновым камням, предназначенным для промышленно-граж-данского строительства. В целях промышленнной апробации
Таблица 2
Результаты испытаний образцов камнебетонного блока из шлама известняка-ракушечника
№ п/п Технологические параметры изготовления Геометрические размеры образца, см Усилие разрыва, кН Плотность, г/см3 Предел прочности к сжатию, кгс/ см2
% содержание цемента Давление прессования, кгс X Y Z F р а сж.
1 10 15 0,71 0,73 0,75 14,3 1,62 275,9
2 10 25 0.76 0.71 0.75 14,6 1,74 266,5
3 15 15 0.74 0.72 0.74 19,5 1,76 353.2
4 15 25 0.74 0.70 0.74 27,6 1.77 527,8
Примечание: формовка осуществлена способом механопрессования. Образцы сушились в течение 28 дней.
Испытания проведены согласно ГОСТ 7025-91, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.3-78 в соответствии с требованиями ГОСТ 6133-99 «Камни стеновые. Технические условия», ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия», гост 25820-83 «Бетоны легкие. Технические условия», ГОСТ 17608-91 «Плиты тротуарные. Технические условия», ГОСТ 6665-91 «Камни бортовые бетонные и железобетонные. Тех. условия».
эксплуатационных показателей.
Таким образом, проведенные исследования показали, что с позиции малых энергозатрат мелкие отходы горной промышленности (шлам, штыб) целесообразно перерабатывать методами механохимической активации, а крупногабаритные отходы -методом направленного раскола.
Результаты настоящих исследований способствуют развитию в промышленности стройматериалов и горнодобывающей промышленности Кыргызской республики нового направления производства - переработки отходов. Разработанные технологии позволяют утилизировать отходы камнедобывающей промышленности путем переработки на различные архитектурно-строительные изделия и позволяют эффективно использовать ценное природное сырье, исключить их потери.
\
Ï 4 5 Ъ 7 » s ll> 1 13 \
'-- - ■= ['[| [[
U
in II 12 В и 15 1« Г ',» И
ffrWH *т
Рисунок 1 - Сравнение структуры получаемых изделий: 1) блок из отходов распиловки (шлама известняка-ракушечника); 2) бетонный блок; 3) натуральный камень (известняк-ракушечник)
разработанной технологии с помощью вибропресса ВП-10 получена опытная партия пустотелых стеновых камней с размерами 400х200х150 мм.
Дальнейшие перспективы совершенствования технологии переработки мелкодисперсных отходов связаны с применением метода механохимической активации. Активационные технологии получения строительных материалов представляют собой новое прогрессивно развивающееся научное направление в материаловедении [3]. Сущность активационной технологии материалов заключается в интенсивном повышении физико-химической активности их компонентов на границах раздела фаз, что реализуется в различных технологических пределах. Установлено, что все материалы, независимо от их природы и агрегатного состояния, являющиеся в нормальных условиях химически пассивными, при определенных режимах обработки могут стать химически активными. Это позволяет использовать малоактивное дешевое кремнеземистое сырье и техногенные отходы производства для создания на их основе прочных композиционных материалов.
Вовлечение отходов камня в производство обеспечивает сокращение трудозатрат и затрат на энергию за счет ликвидации операций распиловки, шлифовки, полировки; позволяют уменьшить в 10 и более раз удельные капитальные вложения за счет сокращения или полного отказа от камнеобрабатываю-щего оборудования. Основным преимуществом искусственных облицовочных материалов-заменителей природного камня являются низкая радиоактивность, меньший вес и улучшение
ЛИТЕРАТУРА
1. Калдыбаев Н.А. Инновационные технологии переработки отходов камнедобывающей промышленности // Инновации в науке. 2012. № 9. С. 25-30.
2. Калдыбаев Н.А., Султаналиев А., Самиева М. Результаты исследования естественной трещиноватости массива на месторождении известняков-ракушечников «Сары-Таш» // Известия вузов. 2009. № 5.
3. Худякова Л.И., Войлошников О.В., Котова И.Ю. Влияние механической активации на процесс образования и свойства композиционных вяжущих материалов // Строительные материалы. 2015. № 3. С. 37-41.
4. Калдыбаев Н.А. Геоэкологические и техногенные аспекты развития камнедобывающей промышленности Кыргызской республики // Материалы V Межд. науч. конф. «Геоэкологические проблемы современности». ВГУ. г. Владимир, 2013. С. 234-241.
5. Калинина Е.В. Утилизация шламов карбоната кальция в производстве товарных продуктов строительной отрасли // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1. С. 97-113.
6. Мамасаидов М.Т., Мендекеев Р.А., Калдыбаев Н.А. Результаты промышленной апробации опытного образца прицепного технологического модуля камнекольного пресса ПКА-800// Сб. науч. трудов Кыргызско-Узбекского университета. Вып. 2. Ош: КУУ, 2001. С. 242-247.
7. Мамасаидов М.Т., Мендекеев Р.А., Калдыбаев Н.А. Способ изготовления колотых строительных изделий из природного камня. Патент КР №546 от 31.01.2003 г.
Поступила в редакцию 17.10.2017
