CC BY
12
Stolboushkin, G.I. Berdov, V.I. Vereshchagin, O.A. Fomina // Stroitel'nyye materialy. - 2016. - № 08. - S. 19-23.
Столбоушкин Андрей Юрьевич - доктор технических наук, профессор, Сибирский государственный индустриальный университет, г. Новокузнецк, E-mail: [email protected].
Фомина Оксана Андреевна - кандидат технических наук, доцент, Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, E-mail: [email protected].
Сыромясов Вадим Александрович - аспирант, Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, E-mail: [email protected].
Семин Александр Петрович - кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительных технологий и материалов, Сибирский государственный индустриальный университет, Новокузнецк, E-mail: [email protected].
Stolboushkin Andrey - doctor of technical sciences, Professor, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, E-mail: [email protected].
Fomina Oksana - candidate of technical sciences, assistant Professor, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, E-mail: [email protected].
Syromyasov Vadim - graduate student, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, E-mail: [email protected]
Semin Alexander - candidate of technical sciences, assistant Professor, Head of the Department of Building Technologies and Materials, Siberian State Industrial University, Novokuznetsk, E-mail: [email protected].
УДК 543.666
ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ КОБАЛЬТОВОГО
КОНЦЕНТРАТА
Очур-оол А.П.
Тувинский государственный университет, г. Кызыл
THERMAL TREATMENT OF WASTE SLUDGE COBALT CONCENTRATE
Ochur-ool A.P.
Tuvan state university, Kysyl
В статье рассматривается применение промышленных отходов при производстве строительных материалов. Изучене влияние механоактивации на термическую обработку шламовых отходов комбината «Тува-кобальт» для получения керамических материалов.
Ключевые слова: отход, мышьяк, механоактивация, дифференциально-термический анализ.
In this article it is considered the application of industrial waste products to the building materials. For what it was studied the influence of mechano - activation on the thermal processing of residues waste products of the enterprise «Tuva-kobalt» for the receipt of ceramical materials.
Keywords: waste, arsenic, mechanical activation, differential thermal analysis.
В настоящее время на территории Республики Тыва имеются несколько крупных хранилищ отходов промышленности, которые образованы в результате переработки минерального сырья. Они занимают огромные благородные земельные участки, загрязняют окружающую среду и при распространении вредные составляющие опасны для человека.
Рассматривая отвалы как ценное техногенное сырье, решение экологической проблемы мышьяковых отвалов видится в их комплексной переработке с применением экологобезопасных технологий обогащения с одновременной их ликвидацией как очага загрязнения окружающей среды региона. Перспективная технология переработки техногенного сырья включает извлечения вредных компонентов из отходов.
Имеющиеся в республике месторождения природных плавней - пегматитов и полевых шпатов не разрабатываются и требуют больших затрат для освоения из-за сложных горнотехнических условий. Поэтому применение техногенных отходов экономичнее и одновременно позволяет решить две проблемы - экологическую и сырьевую [1].
Одним из наиболее экологически опасных объектов на территории Республики Тыва является хранилище мышьяк содержащих отходов от гидрометаллургического комбината «Тува-кобальт».
Химико-минералогический состав техногенных отходов комбината показал наличие карбонатов (магнезит и доломит), которые имеют решающее значение при использовании их в керамическое сырье [1]. Рассмотрим влияние механоактивации на термическую обработку отходов комбината «Тува-кобальт». Для исследования влияния механоактивации взяли пробы и были обработаны на планетарной мельнице АИР - 0.015 в течение 3, 6 и 9 мин. Термический анализ шламовых отходов проведен на приборе фирмы NETZSCH STA 409 PC/PG, пробы нагревались в корундовых тиглях до температуры 1100 °С со скоростью 50 °С в минуту при продувании азотом. Термограммы исходного и активированного шламовых отходов на рис.1 и 2.
ТГ /мг 0
600
Температура /°С
Рис.1ДТА и ТГ" кривые исходной пробы.
600
Температура/°С
Рис.2 ДТА и ТГ" кривыее! активи ров а нной пробы
Исходная и активированные пробы при термической обработке проявляют себя по-разному, дифференциально-термическим анализом (ДТА), ТГ - кривые существенно изменяются после механической активации. При сравнении ДТА и ТГ -кривых видно, что в результате действия механической активации кристаллическая структура вещества разрушается и образуется аморфная структура другого состава. Отмечается заметное понижение температур в положении максимума термических
200
400
800
1000
эффектов у механоактивированных проб, что может привести к существенному повышению реакционной способности шламов.
Как видно из рисунка 2, на кривой ДТА исходной пробы отмечаются четыре термических эффекта. Первый эндоэффект при 236 °С видимо связан с дегидратацией гидроксидов железа. Этому пику соответствует убыль массы пробы, который составляет 1,96% от исходной навески. При экзоэффекте 733 °С убыль массы составляет 5,88%. При 852 °С масса понижается до 15,7%, что связано с разложением карбонатной составляющей. У механоактивированных проб исчезают некоторые пики термических эффектов, появляются новые пики экзотерм, что может свидетельствовать об окислительных процессах. Понижение температуры в положении 2 эндоэффекта у механоактивированных проб, обработанных в течение 3 мин составляет на 140 °С меньше, 6 мин. - на 177 °С, 9 мин. - на 195 °С, чем у исходной пробы.
Изучение термических реакций, протекающих при обжиге отходов дифференциально-термическим анализом (ДТА) показало, что в пределах 420 - 750 °С идет первая эндотермическая реакция. Второй незначительный эндоэффект зафиксирован в интервале 820 - 880 °С. Единственная экзотермическая реакция имеет пик при 980 °С, что связано с кристаллизацией новообразования. Характер термограммы отходов извлечения кобальтового концентрата более похож на кривые ДТА глинистых пород высоким содержанием карбонатов[2,3,4].
При термической обработке отходов в пределах 300-650 °С наблюдается объемное увеличение изделий, что обусловлено с расширением кварцевых частиц. Затем наступает усадка изделий, связанная с образованием жидкого легкоплавкого расплава. При этом значительное накопление жидкой фазы наблюдается после 800 °С. В результате величина усадки достигает до 0,8 %, что свидетельствует о способности шламовых отходов спекаться при термической обработке свыше 900 °С.
Для подтверждения данного вывода, из пробы отходов влажностью 68 %, путем полусухого прессования с удельным давлением 20 МПа изготовлены опытные образцы-плитки размерами 50х50х5 мм и подвергнуты к обжигу в интервале 950-1150 °Сс изотермической выдержкой 1 ч. В таблице 1 приведены физико-механические характеристики обожженных изделий.
Таблица 1
Характеристики обожженных изделий_
Температура Объемная Усадка, % Водопоглощение, Предел
обжига, °С масса, г/см3 % прочности при
сжатии, МПа
950 1,92 4,8 18,5 39,4
1050 1,97 6,7 10,8 57,5
1150 2,04 10,4 3,2 84,3
Анализ полученных данных показывает, что введение в состав керамической шихты отходов извлечения кобальтового концентрата активно влияет на спекание массы, в результате обжига при 950-1050 °С, из шламовых отходов (без расшихтовки)
формируется керамический материал (водопоглащение более 10 %) с достаточной прочностью (более 10 МПа). Добавка 10 % отходов и 5 % кварцита, позволяет повысить плотность черепка до 1,92 г/см3 и уменьшить усадку до 1,4 %, что свидетельствует о более интенсивном протекании процесса спекания при значительном снижении усадочных явлений. С дальнейшим повышением температуры до 1150 °С происходит значительное спекание массы из отходов, в результате водопоглащение керамического материала уменьшается до 3,2 %. Керамический материал с таким водопоглащением и пористостью классифицируется как плотным материалом (водопоглащение менее 5 %). Высокая прочность и низкое водопоглащение образцов, обожженных при 1150 °С, объясняется совершенно другим фазовым составом и структурой.
Микроскопические исследования показали, что в образцах стеклофаза распределена равномерно по всей площади, содержание достигает 50%. Причем зону контакта стеклофазы с другими тугоплавкими компонентами трудно отличить в связи с растворением поверхности последних. Рентгенофазовым анализом выявлено, что в фазовом составе черепка зафиксировано наличие таких новых соединений, как анортит (рефлексы 0,320; 0,252; 0,213 нм), муллит (0,541; 0,288; 0,269; 0,220 нм) отличающихся высокой прочностью. Изучение микроструктуры образцов, обожженных при 1150 °С, показывает, что между плотно спекшимися частицами имеются закрытые мелкие и крупные поры, которые изолированы и однородны. Полученные изделия имеют желто-зеленый цвет.
Химический анализ показал, что кек (отход после обжига) (табл. 2) отличается высоким содержанием щелочноземельных оксидов (СаО и МдО), общая сумма которых составляет 31,851 %. Следует отметить повышенное содержание оксида железа. В отходах присутствуют оксиды SiO2 и А12О3. Их пониженное содержание свидетельствует о легкоплавкости сырья, что показывает низкая температура огнеупорности - 1180 °С. Содержание оксидов тяжелых металлов и оксидаAs2Oз находится в пределах допуска [1-4].
Таблица 2
Химический состав кека
Оксиды Содержание, %
N820 13,71
МдО 4,811
М2О3 6,578
ЭЮ2 27,36
Р2О5 0,2891
Э03 0,1258
С1 0,07623
К2О 2,038
СаО 27,04
ТЮ2 1,032
СГ2О3 0,03571
МпО 0,2360
Fe2O3 14,44
CoO 0,09528
NiO 0,06803
CuO 0,1488
ZnO 0,1413
As2O3 1,729
Y2O3 0,01955
CdO 0,01803
Sum 100,0
Таким образом, отходы извлечения кобальтового концентрата, загрязняющие окружающую среду, могут быть использованы в производстве керамических материалов плотного и пористого черепка различного назначения. При этом термическая обработка позволяет нейтрализовать вредные компоненты отходов [1,2].
Библиографический список
1. Кара-Сал Б.К., Куликова М.П., Котельников В.И. Возможности использования отходов извлечения кобальтового концентрата для производства керамических изделий // Техника и технология. - №1. - 2007. - С. 43-45.
2. Очур-оол А.П. Состояние шламовых отходов комбината «Тувакобальт» в отвалах-SCIENCE, TECHNOLOGYANDLIFE -2014: Proceedingsofthe international scientific conference. Czech Republic, Karlovy Vary, 27-28 December 2014. - C.245-248
3. Копылов Н.И., Каминский Ю.Д. Мышьяк. - Новосибирск: Сиб. Университетское изд-во, 2004. - 367 с.
4. Очур-оол А.П. Удаление вредных компонентов отходов комбината «Тува-кобальт» методом выщелачивания // Актуальные вопросы технических наук. Сборник материалов международной научной конференции. Россия, г.Москва, 27-29 март 2014 г. - М. - С.78-80.
Bibliograficheskij spisok
1. Kara-sal B.K., Kulikova M.P., Kotelnikov V.I. Vozmozhnosti ispolzovaniya otkhodov izvlecheniya kobaltovogo kontsentrata dlya proizvodstva keramicheskikh izdelij // Tekhnika i tekhnologiya. - № 1. - 2007. - S. 43-45.
2. Ochur-ool A.P. Sostoyanie shlamovykh otkhodov kombinata "Tuvakobalt" v otvalakh-SCIENCE, TECHNOLOGYANDLIFE -2014: Proceedingsofthe international scientific conference. Czech Republic, Karlovy Vary, 27-28 december 2014. - S.245-248
3. Kopylov N.I., Kaminskij Yu.D. Myshyak. - Novosibirsk: Sib. universitetskoe izd-vo, 2004.
- 367 s.
4. Ochur-ool A.P. Udalenie vrednykh komponentov otkhodov kombinata "Tuva-kobalt" metodom vyschelachivaniya // Aktualnye voprosy tekhnicheskikh nauk. Sbornik materialov mezhdunarodnoj nauchnoj konferentsii. Rossiya, g. Moskva, 27-29 mart 2014 g. - M. - s. 78-80.
Очур-оол Аржаана Петровна - старший преподаватель кафедры общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, г. Кызыл
Ochur-ool Arzhana - Senior Lecturer of the Department of General Engineering Disciplines of Tuva State University, Kyzyl
