CC BY
20
Сведения об авторах
Суворова Ольга Васильевна
кандидат технических наук. Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия suvorova@chemy.kolasc.net.ru Манакова Надежда Кимовна
кандидат технических наук,Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева
ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
manakova@chemy.kolasc.net.ru
Suvorova Olga Vasilievna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia suvorova@chemy.kolasc.net.ru Manakova Nadezhda Kimovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia manakova@chemy.kolasc.net.ru
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.897-901 УДК 666.923
СТРОИТЕЛЬНАЯ ИЗВЕСТЬ НА ОСНОВЕ КАРБОНАТНОГО КОНЦЕНТРАТА В. В. Тюкавкина1, Ю. Е. Брыляков2, Б. И. Гуревич1
1 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
2 ООО «ЕвроХим — Научно-исследовательский центр», г. Апатиты, Россия Аннотация
Приведены исследования по получению строительной извести с использованием карбонатного концентрата, получаемого из апатит-карбонатитовых руд. Изучена кинетика обжига карбонатного концентрата, определены оптимальные параметры обжига. В лабораторных условиях из карбонатного концентрата при температуре обжига 1100 оС получена опытная партия извести. Ключевые слова:
карбонатный концентрат, обжиг, кинетика, строительная известь.
BUILDING LIME ON THE BASIS OF CARBONATE CONCENTRATE
V. V. Tyukavkina1, Yu. E. Brylyakov2, B. I. Gurevich1
1 I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
2 EuroChem — Scientific Research Center Open Company, Apatity, Russia
Abstract
We have conducted the studies on obtaining of building lime with the use of carbonate concentrate extracted from the apatite-carbonatite ores. The kinetics of calcination of the carbonate concentrate was investigated and the optimal parameters for roasting were determined. In laboratory conditions the pilot batch of the lime was obtained from carbonate concentrate at the temperature of firing 1100 оС. Keywords:
carbonate concentrate, roasting, kinetics, construction lime.
Организация производства вяжущих материалов является одной из актуальных задач развития промышленности строительных материалов в Мурманской области. Вопрос о создании производства цемента и извести поднимался неоднократно и каждый раз не находил решения ввиду отсутствия соответствующей сырьевой базы. Имеющиеся запасы известняков и карбонатитов, основная часть которых сосредоточена на Ена-Ковдорском месторождении, характеризуются неоднородностью минерального и химического составов, низким содержанием оксида кальция и требуют решения вопросов дообогащения.
В настоящее время Ковдорским ГОК апатит-карбонатитовые руды рассматриваются как перспективный источник фосфорсодержащего сырья. В связи с этим ведутся исследования по комплексной переработке руд с получением не только апатитового концентрата, но и карбонатного (КК) и железорудного концентратов.
Проба карбонатного концентрата, полученного в лабораторных условиях ООО «ЕвроХим — НИЦ» при переработке апатит-карбонатитовых руд, характеризовалась следующим химическим составом, мас. %: 52,22 CaO, 42,30 потери при прокаливании (П, П, П), 0,09 SiO2, 0,02 Al2Oз, 0,40 Fe2Oз, 1,25 MgO, 0,01 ТО2, 0,97 P2O5, 0,12 0,54 Na2O, 0,02 SOз, 0,09 CuO, 0,09 MnO, 0,37 SrO, < 0,001 F, 1,35 прочие. Минеральный состав карбонатного концентрата представлен в основном кальцитом (СаСО3 ~ 93 мас. %), а также KNaCa2(PO4)2 ~ 3 мас. %, МgCO3 ~ 1,5 мас. %, и др. ~ 2-3 мас. %. Карбонатный концентрат является технологический шламом, для проведения исследований был высушен до остаточной влажности 0,09 мас. %. КК представлял собой тонкодисперсный материал (фракция менее 0,063 мм составляет 83 мас. %) с удельной поверхностью 220 м2/кг, насыпной плотностью 1560 кг/см3. Радиационно-гигиенический анализ показал, что эффективная удельная активность природных радионуклидов карбонатного концентрата < 13,4 Бк/кг. Согласно НРБ-99/2009 карбонатный концентрат относится к первому классу материалов и может использоваться без ограничений по радиационному фактору для всех видов строительства.
В данной работе оценена возможность получения строительной извести на основе карбонатного концентрата, являющегося продуктом переработки апатит-карбонатитовых руд,.
В промышленных условиях известь получают путем обжига карбонатных пород при температуре 10001200 °С до полного удаления углекислого газа. Чем выше содержание в сырье карбоната кальция, тем более высококачественная известь может быть выработана из него. Количество и вид примесей, равномерность распределения их в сырье оказывают значительное влияние на технологию производства извести, выбор печей для обжига, оптимальную температуру и продолжительность обжига, а также на свойства получаемого продукта. Чем больше карбонатная порода содержит примесей доломита, глины, песка, тем ниже должна быть оптимальная температура обжига для получения мягкообожжённой извести [1-3].
Проведенный анализ показал, что по содержанию СаСО3 (не менее 92 мас. %), МgCOз (не более 5 мас. %) и глинистых примесей ^Ю2 + Al2O3 + Fe2O3 не более 3 мас. %) карбонатный концентрат пригоден для получения строительной кальциевой извести первого сорта [4].
С целью определения оптимальных параметров получения извести была изучена кинетика обжига карбонатного концентрата. В процессе нагревания карбонатных пород происходит процесс теплового разложения карбонатов кальция и магния с поглощением тепла. На скорость разложения карбонатов решающее влияние оказывает температура. Время полного термического распада СаСО3 и МgCO3 зависит от температуры обжига, плотности карбонатной породы и размера ее кусков. Качество извести оценивали по содержанию свободных оксидов CaO и MgO, потере массы, температуре и скорости гашения по ГОСТ 22688-77 «Известь строительная. Методы испытаний».
Карбонатный концентрат обжигали в лабораторной электропечи в рыхлом состоянии и в виде прессованных образцов-цилиндров диаметром 20 мм (формовочное давление 10 МПа), материал загружали в печь двумя способами: в холодную и предварительно нагретую до заданной температуры. Обжиг производился при температурах от 900 до 1200 оС через каждые 50 оС, время выдержки составляло 15, 30, 45, 60 мин, подъем температуры осуществлялся со скоростью 600 оС в час. После охлаждения в атмосфере, лишенной влаги и углекислоты, пробы подвергали исследованиям. Результаты исследований приведены в таблицах 1-4.
Таблица 1
Содержание свободных оксидов кальция и магния в извести в зависимости от температуры и времени обжига, мас. %
Продолжительность обжига, мин Температура обжига, оС
900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1200*
Материал, запрессованный в образцы-цилиндры, ставили в холодную печь
15 - 85,89 87,96 90, 20 90,52 90,73 90,04 90,66
30 82,27 87,64 89,06 90, 73 92,84 90,31 89,94 90,81
45 - 89,01 90,72 90,78 92,63 90,10 89,93 91,09
60 87,64 90,22 91,10 91,92 92,63 90,52 88,76 89,52
Материал в порошке ставили в гоЛ рячую печь
15 - 17,3 31,17 68,92 74,27 88,31 86,32 -
30 37,71 37,95 60,60 83,13 87,89 88,41 86,22 -
45 - 49,81 82,40 92,09 92,43 88,73 85,24 -
60 82,27 83,50 84,71 92,12 92,59 88,20 82,73 -
* Материал в порошке ставили в холодную печь.
Таблица 2
Потери при прокаливании в зависимости от температуры и времени обжига карбонатного концентрата, мас. %
Продолжительность обжига, мин Температура обжига, оС
900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1200*
Материал, запрессованный в образцы-цилиндры, ставили в холодную печь
15 - 39,74 40,07 41,16 41,46 42,38 42,49 42,45
30 39,85 40,17 40,99 41,58 41,63 42,56 42,73 42,51
45 - 41,39 41,67 41,92 42,07 42,70 42,95 42,53
60 41,52 42,14 42,29 42,68 42,79 42,96 43,12 42,89
Материал в порошке ставили в горячую печь
15 - 14,23 24,57 35,17 37,20 41,40 41,57 -
30 23,75 23,90 34,67 37,37 41,50 41,90 42,20 -
45 - 29,07 38,17 41,50 42,34 42,09 42,33 -
60 41,40 33,90 41,93 42,13 42,66 42,68 42,70 -
Таблица 3
Время гашения извести в зависимости от температуры и продолжительности обжига, мин-сек
Продолжительность обжига, мин Температура обжига, оС
900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1200*
Материал, запрессованный в образцы-цилиндры, ставили в холодную печь
15 - 0-32 0-30 0-39 0-42 1-10 14-10 14-00
30 0-30 0-28 0-28 0-34 0-50 1-32 15-10 15-15
45 - 0-27 0-28 0-30 0-51 2-45 17-50 17-20
60 0-37 0-22 0-25 0-21 0-52 5-50 18-00 18-40
Материал в порошке ставили в горячую печь
15 - 4-00 4-38 0-37 0-27 5-15 24-00 -
30 2-30 2-15 0-52 0-24 0-18 16-30 32-00 -
45 - 0-45 0-20 0-20 0-24 28-00 28-00 -
60 0-28 0-32 0-21 0-18 0-31 33-00 30-50 -
Таблица 4
Температура гашения извести в зависимости от температуры и продолжительности обжига, оС
Продолжительность обжига, мин Температура обжига, оС
900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1200*
Материал, запрессованный в образцы-цилиндры, ставили в холодную печь
15 - 97,5 97,5 97,5 98 98 71 71
30 95 97,5 97,5 97,5 98 98 72 73
45 - 98 97,5 97,5 98 97 70 72
60 98 98,5 97,5 97,5 98 97 66 70
Материал в порошке ставили в горячую печь
15 - 49 63 95 98 97 55 -
30 88 90 97 97 98 55 50 -
45 - 99 98 97 98 61 54 -
60 98 99 98,5 98,5 98,5 52 51 -
Определено, что с увеличением температуры обжига с 900 до 1100 оС и времени выдержки материала в печи суммарное содержание свободных оксидов CaO и MgO возрастает и достигает максимального значения при 1100 оС (рис.).
Максимальное содержание свободных оксидов CaO и MgO составляет 92,6 мас. %, при этом потери при прокаливании составляют 42,6 мас. % (таблицы 1, 2). Карбонат кальция полностью разлагается при 1000оС и выдержке 60 мин независимо от способа загрузки, а также при 1100 оС и выдержке 30 мин и более при загрузке материала в холодную печь и 45 мин и более при загрузке в предварительно нагретую печь. С увеличением температуры продолжительности обжига уменьшается влияние способа загрузки материала в печь на кинетику разложения.
При повышении температуры до 1150-1200 оС образуется пережженная известь, о чем свидетельствует уменьшение суммарного содержания свободных оксидов CaO и MgO. При этом наблюдается понижение температуры гашения и увеличение времени гашения извести (таблицы 3, 4). Температура гашения извести,
обожженной при 900-1100 оС, составляет 95-98 оС, время гашения извести изменяется от 0,3 до 1 мин. При температуре обжига 1150-1200 оС в зависимости от времени выдержки время гашения увеличивается от 1,5 до 33 мин, температура гашения понижается до 50 оС.
Температура, 0С
Кинетика обжига карбонатного концентрата в зависимости от времени выдержки в печи
(материал ставили в холодную печь)
На основании проведенного исследования установлено, что оптимальная температура обжига — 10501100 оС, продолжительность обжига не менее 30 мин. При таких параметрах известь содержит наибольшее количество свободных оксидов кальция и магния и имеет максимальную температуру гашения независимо от способа загрузки материала в печь.
В лабораторных условиях при температуре обжига 1100 0С получена опытная партия извести. Опытная партия была испытана на соответствие требованиям ГОСТ9179-77 «Известь строительная. Технические условия» и ГОСТ 22688-77 «Известь строительная. Методы испытаний». Опытная партия извести характеризуется следующими параметрами: суммарного содержания свободных оксидов CaO и MgO — 92,47 мас. %; температура гашения — 98 оС; время гашения — 1 мин; содержание непогасившихся зерен — нет; содержание СО2 — нет; испытание на равномерность объема — выдержала. Химический состав извести, мас. %: 90,50 СаО, 2,17 MgO,
0.16.SiO2, 0,57 Fe2O3, 0,31 AhO3, 1,11 P2O5.
Согласно требованиям ГОСТ 9179-77 «Известь строительная. Технические условия» полученная известь относится к кальциевой извести первого сорта. По температуре и времени гашения — быстрогасящаяся, высокоэкзотермическая.
Выбор способа производства извести осуществляться на основании технико-экономической оценки всех факторов, влияющих на себестоимость и качество извести, с учетом характеристик применяемого сырья, вида технологического топлива и эффективности их использования. Выбор типа печи для обжига извести определяется производительностью завода, физико-механическими свойствами и химическим составом известняка, видом топлива и требуемым качеством извести. Для получения извести высокого качества и с учетом того, что карбонатный концентрат является тонкодисперсным материалом (фракция менее 0,063 мм составляет 82,9 мас. %), обжиг рекомендуется проводить во вращающейся печи. Карбонатный концентрат с влажностью менее 20 мас. % рекомендуется обжигать во вращающих печах, работающих по сухому способу, при влажности более 20 мас. % - в печах, работающих по мокрому способу производства. При получении извести по сухому способу для предотвращения пыления и потерь целесообразно проводить грануляцию.
Таким образом, проведенные исследования показали, что карбонатный концентрат пригоден для получения высококачественной строительной кальциевой извести первого сорта.
Литература
1. Бутт Ю. М., Сычев М. М., Тимашов В. В. Химическая технология вяжущих материалов. М.: Высшая школа, 1980. 472 с.
2. Сулименко Л. М. Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. М.: Высшая школа, 2005. 334 с.
3. Волженский А. В. Минеральные вяжущие вещества: учебник для вузов. Изд., 4-е перераб. и доп. М.: Стройиздат, 1986. 464 с.
4. Методические рекомендации по применению Классификации запасов месторождений и прогнозных ресурсов твердых полезных ископаемых. Карбонатные породы / ФГУ ГКЗ. М., 2007. 38 с. [Электронный ресурс]. URL: http://jorc.ru/doc/karbonat.pdf (дата обращения: 27.03.2016).
Сведения об авторах
Тюкавкина Вера Владимировна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия tukav_vv@chemy.kolasc.net.ru Брыляков Юрий Евгеньевич
доктор технических наук, ООО «ЕвроХим — Научно-исследовательский центр», г. Апатиты, Россия
Yury.Brylyakov@eurochem.ru
Гуревич Бася Израильевна
кандидат технических наук, Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Tyukavkina Vera Vladimirovna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia tukav vv@chemy.kolasc.net.ru Brylyakov Yury Evgenievich
Dr. Sc. (Engineering), EuroChem — Scientific Research Center Open Company, Apatity, Russia Yury.Brylyakov@eurochem.ru
Gurevich Basia Izrailevna
PhD (Engineering), I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.901 -905 УДК 544.72
АДСОРБЦИОННОЕ СРОДСТВО ВЕРМИКУЛИТА И ТЕРМООБРАБОТАННОГО ВЕРМИКУЛИТА К МЕТИЛЕНОВОЙ СИНИ
В. И. Федосеева1,2, М. И. Иванова1, И. П. Кременецкая3
1 Северо-Восточный федеральный университет им. М. К. Аммосова, г. Якутск, Россия
2 Институт мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, г. Якутск, Россия
3 Институт химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева ФИЦ КНЦ РАН, г. Апатиты, Россия
Аннотация
Изучены адсорбционные свойства по отношению к метиленовой сини вермикулита Ковдорского месторождения до и после выдерживания при 900 оС. Из-за образования энстатита адсорбционное сродство (В) материала после термообработки возрастает более чем в два раза, удельная поверхность (¿уд.) уменьшается. После механоактивации значения В для обоих образцов возрастают одинаковым образом, значение ¿уд, увеличивается в два раза для исходного минерала и лишь на 13 % для вермикулита, прокаленного при 900 оС. Ключевые слова:
метиленовая синь, вермикулит, механоактивация, адсорбция, адсорбционное сродство.
ADSO RPTION AFFINITY OF VERMICULITE AND THERMOMODULATED VERMICULITE TO METHYLENE BLUE
V. I. Fedoseeva1,2, M. I. Ivanova1, I. P. Kremenetskaya3
1 M. K. Ammosov North-Eastern Federal University, Yakutsk, Russia
2 P. I. Melnikov Permafrost Institute of the SB of the RAS, Yakutsk, Russia
3 I. V. Tananaev Institute of Chemistry and Technology of Rare Elements and Mineral Raw Materials
of the Federal Research Centre "Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences", Apatity, Russia
Abstract
The adsorption properties with respect to the methylene blue of the vermiculite of the Kovdor deposit before and after aging at 900 °C have been studied. Due to the formation of enstatine, the adsorption affinity (B) of the material after heat treatment increases more than twice, the specific surface (SspJ decreases. After mechanoactivation, the values of B for both samples increase in the same way, the value of Ssp. is doubled for the original mineral, and is increased only by 13 % for vermiculite calcined at 900 oC.
Keywords:
methylene blue, vermiculite, mechanoactivation, adsorption, adsorption affinity.
