Строительство и архитектура/ 4.Современные
строительные материалы
к.т.н.,
доцент Рахимов М.А.
к.т.н.,
доцент Рахимова Г.М.
магистрант Тажибаева Д.М.
Карагандинский
государственный технический университет
Получение песка для производства строительных материалов из отходов
обогащения железных руд
При добыче и переработке полезных
ископаемых образуются большие объемы отходов их обогащения, складирование
которых требует значительных площадей, приводит к изменению рельефа, нарушению
инженерно-геологических, гидрогеологических и эколого-геологических условий
района размещения хранилища отходов.
Общее количество переработанной горной
массы на планете превышает 100 млрд. т. Поэтому стратегическим направлением
дальнейшего развития минерально-сырьевой базы во многих странах становится
добыча и переработка более бедных руд. Это означает, что при их обогащении
будут образовываться огромные объемы хвостов, требующих увеличения площадей для
складирования [1].
Обогащением руды называется
операция, увеличивающая содержание железа или снижающая содержание вредных
примесей в руде [2]. Процесс обогащения руд включает подготовительные,
основные и вспомогательные операции. Подготовительные операции предусматривают
подготовку руды к обогащению и включают дробление, измельчение, классификацию
по крупности, магнитизирующий обжиг и др. Основные операции представляют собой
процессы механической обработки руды различными методами с целью повышения
содержания полезного компонента и улучшения ее металлургических свойств.
Процессы обогащения базируются на различиях в физических и физико-механических
свойствах рудных и нерудных минералов. Наиболее распространены сухая и мокрая
магнитная сепарации, промывка, гравитационное обогащение и флотация. Дробление
железных руд перед обогащением осуществляется по одно-, двух-, трех- и четырехстадийным схемам до требуемой
крупности. Сухая магнитная сепарация осуществляется после дробления, в
результате выделяется значительное количество отходов. После каждой стадии
измельчения производится мокрое магнитное обогащение в один – три приема, что
позволяет выделять хвосты по мере раскрытия минералов [3].
Объемы отходов составляют
40 – 60% от объема обогащаемого материала. Хвостовое хозяйство – один из самых
дорогостоящих объектов обогатительного комплекса. Хвостохранилища занимают
огромные площади, подтапливают
прилегающие территории, загрязняют подземные воды. Подсыхающие надводные пляжи создают интенсивное пыление. В хранилище отходов обогащения
Соколовско-Сарбайского горно-обогатительного комбината (г.Рудный, Казахстан),
которое считается техногенным месторождением, накоплено свыше 375 млн. тонн
отходов железных руд. Программа развития компании ОАО ССГПО до 2015 года
предусматривает расширение хвостохранилища для складирования отходов обогащения
руды (проектная стоимость 88,2 млн. долларов США, освоено 21,2 млн. долларов
США) [4].
Полученные после классификации отходы
фракции 0,63 – 5 мм и 0,14 – 0,63 мм имеют однородный гранулометрический состав
и представляют искусственный кварцево-железистый песок с модулем крупности 1,7
– 3,3, средней плотности 1500 – 1600 кг/м3, пустотность которых 43 –
49% и суммарное пылевидных и глинистых частиц 1,8 – 3%. По остальным
физико-механическим свойствам классифицированные отходы не отличаются от
природных кварцевых песков, а по некоторым показателям даже превосходят их. Тонкодисперсные
отходы содержат не менее 60% окиси кремния и более 14% соединений железа.
Насыпная плотность отходов фракции менее 0,14 мм и колеблется в пределах 1050 –
1100 кг/см3, удельная поверхность 3000 – 4000 см2/г [5].
Еще одной отличительной чертой
искусственных песков в сравнении с естественными является повышенная
пустотность первых – 6 – 9%. Это обстоятельство приводит к увеличению расхода
цемента до 20%, но прочностные показатели значительно превосходят добавочные
расходы цемента на единицу объема растворов и бетона. Известно, что
массоперенос в бетонной смеси вызывает отжатие некоторого количества жидкой
фазы. Если объем цементной составляющей меньше объема пустот в заполнителе,
отжатая жидкость сосредоточивается у поверхности его зерен. Если же заполнитель
не способен поглотить жидкость,
образуется водные мешки, которые уменьшают поверхность сцепления
цементного камня с зернами заполнителя и снижают прочность бетона. В отношении
железосодержащих минералов в песках из отходов также существуют противоречивые
мнения. Предложивший эти материалы М.Г.Мазо назвал их силикатферритными, так
как обнаружил, что в условиях автоклавной обработки окислы железа вступают во
взаимодействие с известью и кремнеземом и дают дополнительные цементирующие
соединения. Г.В. Пухальский и Г.Н. Бондаренко
подтверждают изложенное выше мнение о том, что окислы железа оказывают
влияние на повышение прочности и долговечности бетона автоклавного твердения в
2 – 2,5 раза, по сравнению с бетонами естественного твердения. Исследования
показали, что железосодержащие минералы улучшают адгезионные свойства
поверхности заполнителей при нормальном твердении, поэтому использование
отходов более эффективно в бетонах нормального твердения [5].
Основным направлением утилизации хвостов
обогащения является использование их в качестве вторичного сырья для
производства строительных материалов. Пески из отходов обогащения могут
использоваться в кладочных и штукатурных растворах, получения силикатного
кирпича, устройства искусственных оснований под дороги, здания, сооружения, для
обратных засыпок, в качестве сырья для получения бесклинкерного шлакоцемента
(совместным помолом песка с доменными шлаками), а так же для приготовление
многокомпонентного мелкозернистого бетона из отходов обогащения железных руд
[4].
Обогащенные отходы, имеющие модуль
крупности не менее 1,8, используется в асфальтобетонных смесях (для
заполнителей); для производства силикатного и шлакового кирпича; в качестве
отощающих добавок для изготовления глиняного кирпича; в качестве балластного
материала. Тонкодисперсные отходы менее 0,14 мм могут применяться для
производства автоклавных и не автоклавных изделий и конструкций из тяжелых и
ячеистых силикатобетонных, а также в качестве минерального порошка в
асфальтобетонных смесях [5].
Литература:
1.
Лесовик Р.В., Алфимова
Н.И., Ковтун М.Н., Ластовецкий А.Н. О возможности использования техногенных
песков в качестве сырья для производства строительных материалов. Региональная
архитектура и строительство. 2008. №2. С 10-15.
2.
http://emchezgia.ru/syrye/7.5_usrednenie_rudy.php
3.
Вторичные
материальные ресурсы черной металлургии: В 2-х т. Т.2: Шлаки, шламы, отходы
коксохимической промышленности, железный купорос: Справочник/В.Г. Барышников,
А.М. Горелов, Г.И. Папков и др. – М.:Экономика, 1986. – 344с.
5.
Шевченко Б.Н.
Конструкции из бетонов на отходах обогащения железных руд. – К.: Выща шк.,
1989. – 192с.