CC BY
30
УДК 666.972.16
Н. А. Н1К1ФОРОВА (ДПТ)
ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ В1ДХОД1В Г1РНИЧО-ЗБАГАЧУВАЛЬНИХ КОМБ1НАТ1В У ВИРОБНИЦТВ1 ВАЖКИХ БЕТОН1В
Показано можливiсть ефективного використання вiдходiв прничо-збагачувальних KOM6ÍHaTÍB для вироб-ництва важких бетонiв.
Показана возможность эффективного использования отходов горно-обогатительных комбинатов для производства тяжелых бетонов.
The possibility of the effective waste management of ore mining and dressing groups for the production of the heavy-aggregate concrete is shown.
В процес експлуатаци прничо-збагачуваль-них комбшапв вщходи виробництва - вскриш-ш породи та хвости збагачування не можуть бути повшстю утил1зоваш оскшьки мають великий об'ем виходу. Вщходи, яю не використо-вуються у повному обсяз^ кр1м заморожування вкладених у них кошт1в, займають велик земе-льш площ1 та оказують негативний вплив на навколишне середовище. Виходячи з цього ефектившсть вщкритш розробки крутозалягаю-чих затзорудних родовищ може бути досягну-та тшьки при умови максимального зниження р1вня виймання порщ вскриш1 та використання 1х р1зновид1в для виробництва попутно1 товар-но1 продукци.
Випуск додатково1 продукци з порщ вскри-ш1 дае змогу покращити техн1ко-економ1чн1 показники прничо-збагачувальних комбшапв [1]. В загальному випадку 1х прибуток склада-тиме:
П = ЗДт + ^КЦК - С (1)
де РТ и РК - об'ем основно1 i попутно1 продукций т; ЦТ и ЦК - вiдпускнa цiнa основно1 i попутно!' продукци, грн/т; С - собiвaртiсть прни-чого виробництва, грн.
Використання вiдходiв гiрничого виробництва дозволяе знизити мaтерiaлоемнiсть, трудо-мiсткiсть i вaртiсть будiвельних конструкцш.
З цiллю скорочення вiдводу земельних площ пiд будiвництво вiдвaлiв i хвостосховищ, а та-кож комплексного використання вiдходiв пр-ничого виробництва в народному господaрствi пропонуеться використовувати хвости збага-чення та породи вскришi у якостi будiвельних мaтерiaлiв: грaнiти, гнейси, мiгмaтити, aмфiбо-лгги, ультрaосновнi породи, мaлоруднi кварци-
© Нтфорова Н. А., 2010
ти - як бутовий камшь i щебеневу сировину; хлорито-серицитовi слaнцi - у якосп керамзи-тово1 сировини для виробництва зaповнювaчiв легких бетошв; тaльковi слaнцi - як сировину для виготовлення ситaлiв; глини, суглинки, шс-ки - у якосп сировини для виготовлення цегли, зaповнювaчiв бетонiв, дорожнього будiвництвa.
Напрямок по комплексному використанню сировини, що попутно добуваеться, iлюструе приклад Полтавського ГЗКу. На ньому при роз-робщ зaлiзорудних родовищ до експлуaтaцiï залучаються не тiльки добре- i важкозбагачува-льнi руди, але й значш об'еми нерудних корис-них копалин, накопичуються знaчнi запаси вщ-ходiв збагачення у якостi техногенноï сировини (табл. 1).
Таблиця 1
Розробка сировини на Полтавському ГЗКа
Изновид гiрничоï маси PÍH-ний об'ем виймання, млн т Това-рна про-дукця Вихщ товaрноï продукци, млн т, % Вщхо-ди пр-ничо-го виробництва, млн т Складу-вання вiдходiв
Зaлiзистi кварцити К 22 9,8 ще-бiнь 1,1/20 4,4 Шламо-сховище
Кварцити К233 - К 232 30,1 — — 30,1 Зовшш-нiй ввд-вал
Амфiболi-ти корiннi 1,1 ще-бiнь 1,1/100 — —
Амфiболi-ти вивгг-р1л1 1,5 — — 1,5 Внутрь шнiй вiдвaл
Використання !х в промисловост дозволяе значно покращити рентабельнiсть тдприемст-ва, скоротити об'еми вiдходiв гiрничого вироб-ництва, знизити негативну дiю !х на навколиш-не середовище. Основним видом нерудно! сиро-вини, що попутно добуваеться, е скельнi вмщу-ючи породи, якi представленi плагiогранитами та м^матитами (захщний борт кар'еру), амфiболi-тами (схщна частина Горишне-Плавнинського родовища), кристалiчними сланцями, безрудними i малорудними кварцитами. Ц породи, у першу чергу, використовуються для виробництва висо-кояюсного щебеню, який споживаеться як на комбшап, так i поставляеться рiзним оргашзащ-ям. Збагачувальний передш дозволяе виробляти 43,9 % концентрату з багато! руди пласта К22 i
32 % - з бщно! пласта К23. За технолопею сухо! магштно! сепарацп на першш стадп збагачування видiляеться 20 % щебеню. За балансовi залiзнi руди повнiстю перероблюються на щебшь, амф> болiти - до 50 %, некондицшт кварцити - до 5 %.
В теперiшнiй час на комбiнатi для виробництва щебеня iз вмiщаючи скельних порщ експлуа-туються двi установки з загальною рiчною про-дуктивнiстю до 1250 тис. м3. Крiм того, iз сиро-вини кар'еру силами Меуколгоспбуду та Облдо-рбуду щороку виробляеться 500... 600 тис. м3 щебеню.
До складу дробильно! фабрики входять два корпуси сухо! магштно! сепараци, на яких пере-робляеться уся руда, яка поступае, без попере-днього грохочення. Об'ем рiчного виходу бущве-льного щебеню складае 2210 тис. м3.
Нами дослщжувалися властивостi бетонно! сумiшi та важкого бетону з заповнювачами iз скельних вмiшаючих порiд Полтавського ГЗКу (амфiболiти, кварцити) у рiзних сшввщношен-нях. У якостi в'яжучого використовувався цемент Криворiзького цементно-гiрничого комб> нату. Використання вiдходiв прничо-збагачу-вального виробництва дозволило отримати ви-сокоефективш бетони широко! областi застосу-вання.
Також розглянуто вплив комплексних хiмi-чних добавок - органо-мiнерального комплексу, який складаеться з модифшованого плава дикарбонових кислот (МПДКв), лшносульфо-натiв (ЛСТ) i вапна з вiдходiв гiрничого виробництва (порошкоподiбного i гашеного 50 % концентраций, на властивостi цементних ком-позицш.
Вапно з вiдходiв дробiння та розпилювання вапнякiв одержували у дослщницько-проми-
словiй печi циклонного типу на Полтавському КЗЮ шляхом випалювання у струмi високоте-мпературних газiв заздалепдь змеленого вап-няку.
Пiч циклонного барабана забезпечуе високу яюсть готового продукту, а наявшсть теплооб-мшних елементiв для утилiзацн теплоти димо-вих газiв i вапна обумовлюе !! високий термiч-ний коефщент корисно! ди. Пiч циклонного типа доцшьно використовувати в комплексi з млиновою системою для помелу вапняку, в якш димовi гази використовуються як сушильний агент.
Дослiдження показали, що виробництво вапна в печi циклонного типу забезпечуе отри-мання вапна з високою хiмiчною активнютю. У вапна, залежно вiд режиму випалення, вмiст активних оксидiв кальщю i магнiю знаходиться в межах 70... 85 %. М'який температурний режим випалення (900.1150 °С) i малий час термообробки (1,5.2,5 с) забезпечуе наявшсть перепалу у вапно не бшьше 2 %.
Численш дослщження в областi фiзико-хi-мiчних процесiв, якi лежать в основi схоплю-вання i твердiння цементов, не дозволили ще повнiстю розкрити суть цих явищ, пов'язаних з ютотними розбiжностями в поглядах провщних учених на окремi положення, що визначають мехашзм твердiння цементу.
В даний час переконання на процеси твер-дшня мiнеральних в'яжучих речовин базуються на великому експериментальному матерiалi iз залученням нових методiв дослiджень, таких як рентгенографiя, термографiя, електронна мш-роскотя та iн.
У роботах П. А. Ребвдера [2] на основi фiзико-механiчних уявлень про механiзм про-цесiв структуроутворення встановленi законо-мiрностi синтезу твердих тiл iз заданими меха-нiчними властивостями i розроблеш науковi основи технологи отримання будiвельних ма-терiалiв з необхiдними властивостями i структурою. У основу теори твердiння гiдратацiйних в'яжучих !м покладенi уявлення про два види структуроутворення, згiдно яких при взаемоди цементу з водою спостерiгаеться штенсивне розчинення, гiдратацiя i гiдролiз твердо! фази, про що свщчать зростання електропровщносп i рН , а також утворення коагуляцшно! структу-ри, що безперервно змщнюеться.
Мiнералогiчний склад цементу е одшею з основних характеристик, що визначають ф> зико-хiмiчнi i фiзико-механiчнi властивостi цементу.
Дослщженнями, проведеними на тасл, при-готованому з чистих клiнкерiв рiзного мшера-логiчного складу, показано, що кшетика змiни рщко1 фази i пересичення И щодо нових пдрат-них фаз у клiнкерiв рiзного мшералопчного складу неоднаковi.
Процеси, що розвиваються в найранiший перiод пдратаци, обумовлеш наявнiстю най-бiльш розчинних складових клiнкеру - трика-льцieвого силшату, трикальцieвого алюмiнату i лужних сульфата. Так, вже через три хвилини з моменту затворення в рщкш фазi мiститься значна кiлькiсть юшв кальцiю i лужних мета-лiв, а також зростае лужнiсть середовища. Разом з тим, концентращя цих iонiв в рiдкiй фазi не однакова у клiнкерiв рiзного мшералопчно-го складу. У алггових клiнкерiв в початковий момент спостершаеться висока концентрацiя iонiв кальцiю, яка знижуеться протягом першо! години. Рщка фаза таких клiнкерiв стае переси-ченою щодо гiдроокису кальцiю практично миттево. У белiтового ж клшкеру збагачення рщко1 фази кальцiем вщбуваеться поступово i найбiльш висока концентращя кальщю досяга-еться через три години. Рщка фаза белiтового клшкеру стае насиченою щодо гiдроокису кальщю тшьки через п'ять годин тсля затворення. Надалi протягом доби спостершаеться незначне 11 пересичення щодо пдроокису каль-цiю.
Змiна в клiнкерi трикальцiевого алюмiнату не змшюе характер кiнетичних кривих кальцiю, оскшьки рiдка фаза алiтових клiнкерiв стае пе-ресиченою щодо гiдроокису кальщю вщразу ж пiсля затворення, а розчиншсть трикальцiевого алюмiнату рiзко знижуеться в розчинах, наси-чених пдроокисом кальцiю.
Вiдомо, що фiзико-механiчнi властивост цементу починають виявлятися через деякий час пiсля початку процесiв гiдролiзу i пдратаци цементних мiнералiв.
Динамша наростання мiцностi в часi I, що приймаеться як вщношення добово! мiцностi до
28-добово! I =—— складае [3] для портландце-
К28
менту 0,3... 0,5, а для глиноземистого цементу -0,9. Таким чином, портландцементи навль ви-соких марок не можуть бути повною мiрою вiднесенi до типу швидкотверддачих цементiв.
У проблемi отримання швидкотверддачих i високомiцних портландцементiв важливим е модифшування цементних мiнералiв в процес !х формування при випаленнi цементного клшкеру i надання модифшуючого впливу на процеси структуроутворення i твердiння цементiв.
Розглядаючи вплив зовшшньо! будови кри-сталiв алла на швидкiсть пдратаци i мщшсть портландцементу, встановлено, що розмiри i зовнiшня форма кристалiв iстотно впливають на властивостi цементу.
При рiзних показниках мiцностi алiтового i белкового цементiв спостерiгаеться рiзний вмiст Са(ОН)2 в продуктах !х твердiння. На пiдставi чого можна зробити висновок, що саме вщповщним вмютом Са (ОН)2 в продуктах
твердiння можна пояснити високу мщшсть ал> тового цементу у вщ 1, 3, 7 i 28 дiб i низьку мiцнiсть белiтового цементу. Авторами показано так само збшьшення мщшсних властивостей бетону з додатково введеною кiлькiстю Са (ОН)2.
Проведенi дослiдження дозволяють дшти висновку, що Са(ОН)2 е важливим структур-
ним елементом твердiючого портландцементу, що визначае в значнш мiрi його мщнюш характеристики.
Як показали дослщження, величина рН во-дних розчишв органо-мiнерального комплексу складае 12,3.12,9, а водних розчинiв добавок ГДК i ГДК + ЛСТ - 3,4.3,7. Введення компле-ксних добавок зменшуе термiни схоплювання портландцементу.
Структуроутворення портландцементного тiста з комплексними хiмiчними добавками представлене на рис. 1.
На рис. 2 показано вплив комплексних хiмi-чних добавок на швидюсть осадження порт-ландцементно1 суспензи.
Для визначення мщност бетону виготовля-лися зразки - куби розмiром 10^10^10 см.
Результати впливу добавок на змшу рухли-востi бетонно1 сумiшi i мщшсш властивостi бетону приведенi на рис. 3, 4, 5.
Перед випробуванням бетонш зразки тверд-нули в нормально-вологих умовах 1, 3, 7 i 28 дiб i тддавалися пропарюванню в пропарюва-льнiй камерi при ^ = 900 °С по режиму 2+3,5+9+2 годин.
Як показали дослщження, введення добавок уповшьнюе швидкiсть осадження цементно1 суспензи, а також скорочуе перюд структуроутворення цементного тюту. Добавки володiють полiфункцiональною дiею, що виявляеться пеп-тизуючим ефектом, скороченням перiоду структуроутворення. Застосування добавок не може викликати корозда арматури в бетонi, оскшьки величина рН водних розчишв органо-мше-рального комплексу складае 12,3.12,9.
Рт,МПа
^год
Рис. 1. Структуроутворення портландцементного тiста з комплексними хiмiчними добавками
хвилини
Рис. 2. Вплив комплексних хiмiчних добавок ЛСТ + ИТ на швидшсть осадження портландцементно! суспензи
25
20
о *
к £ £
га д
о О
15
10
0
с 0,5% ЛСТ + 2,5% ИТ + 0,5% МПДКи
с с 0,5% ЛСТ 0,5% ЛСТ + 2,5% ИТ ___
с 0,15% ЛСТ + 2,5% ИТ + 0,5% МПДКи
Г с 0,15% ЛСТ 2,5% ИТ
/с 0,15% ЛСТ
Без добавки
Вид I кшькють комплексно! добавки
Рис. 3. Вплив комплексних хiмiчних добавок на зм^ рухливостi бетонно! сумiшi
5
Рис. 4. Кшетика змiни мiцностi бетону з хiмiчними добавками, що твердie в нормально-вологiсних умовах
□ Без добавки 00,15% ЛСТ
□ 0,15% ЛСТ + 2,5% ИТ
□ 0,15% ЛСТ + 0,5% МПДКи + 2,5% ИТ
гЭ5
30
25
20 £ £
£
о
15 Ей
б
.о
10
5
£
Псля ТВО
Через 28 дiб пюля ТВО
Рис. 5. Кiнетика змши мiцностi бетону з хiмiчними добавками, що твердie при тепло-вологiснiй обробщ
Введення органо-мшерального комплексу змшюе рухливютъ бетонно! сумш1. Так, добавки, введет в кшькост 0,15 % ЛСТ+2,5 % ИТ+0,5 % МПДКи збшьшуе рухливють бетонно! сумш1 з ОК=2 см до 8 см, а при введенш добавок в кшькост 0,5 % ЛСТ+2,5 % ИТ+0,5 % МПДКи з ОК=2 см до 23 см.
Встановлено, що комплексш пол1функщо-нальш модифшатори тдвищують рухомють бетонно! сумш1 у 2...3 рази, сприяють зрос-танню мщност бетону, що тверд1е як у норма-льно-волопсних умовах, так { з застосуванням тепловолого! обробки. Прирют мщносп важко-го бетону з добавками складае 17 %...53 %. 1з
застосування добавок загальний цикл тепловолого! обробки скорочуеться на 25.50 %.
Б1БЛ1ОГРАФ1ЧНИЙ СПИСОК
1. Бизов, В. Ф. Вщкрип прнич роботи. Том XIII [Текст] : тдручник для студ. ВНЗ закладiв за напрямком «Прництво» / В. Ф. Бизов, А. Ю. Дриженко. - Кривий Рк-: Мiнерал, 2004. -341 с.
Надшшла до редколегп 23.02.2010. Прийнята до друку 01.03.2010.
0
