Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,570

КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, СКОПЛЕННЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ ИЗВЕСТНЯКОВ-РАКУШЕЧНИКОВ «САРЫ-ТАШ»

Калдыбаев Н.А. 1 Салиева М.Г. 1 Саипов Б. 1
1 Ошский технологический университет
Добыча и переработка полезных ископаемых сопровождается многотоннажным отходообразованием. Складирование горнопромышленных отходов в отвалах и хранилищах чревато негативными экологическими последствиями, приводит к излишней занятости значительных площадей хозяйственных земель. Следовательно, с позиций рационального природопользования возникает необходимость вторичной переработки отходов горнодобывающей промышленности, что позволяет рассматривать их как техногенные минеральные образования. Основной целью исследований является разработка наукоемких технологий переработки техногенных минеральных образований. В настоящей работе проведен анализ показателей отходообразования процесса обработки блоков на одном из крупнейших в мире месторождений известняка-ракушечника «Сары-Таш». С учетом химического состава и физико-механических свойств техногенных образований, скопленных на месторождении «Сары-Таш», разработана ресурсосберегающая технология производства высокодекоративных архитектурно-строительных изделий из отходов камнедобывающей промышленности. Проведены опытно-экспериментальные работы по апробации технологической схемы переработки отходов камнепиления с предварительной механохимической активацией в лабораторных условиях. Формовка изделий производилась с помощью установки АСМ-1. По результатам проведенных опытов предложен новый состав для изготовления стеновых камней из техногенного сырья – мелкодисперсных отходов известняка-ракушечника, с заданным комплексом строительно-технических и эксплуатационных свойств для строительства малоэтажных зданий. Получены опытные образцы строительных изделий для кладки стен, характеризующиеся легкостью и удобством кладки при равных прочностных характеристиках.
горнодобывающая промышленность
техногенные минеральные образования
отходы
переработка
механохимическая активация
стеновые материалы
камнебетон
1. Волуев И.В., Сычев Ю.И., Ткач В.Р. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня. М.: Недра, 1994. 192 с.
2. Калдыбаев Н.А. Инновационные технологии переработки отходов камнедобывающей промышленности // Инновации в науке. 2012. № 9. С. 25–30.
3. Калдыбаев Н.А. Технология переработки мелкодисперсных отходов известняка-ракушечника // Инновационные технологии обогащения минерального и техногенного сырья: материалы научно-технической конференции, проведенной в рамках VII Уральского горнопромышленного форума, 2017. С. 54–60.
4. Калинина Е.В. Утилизация шламов карбоната кальция в производстве товарных продуктов строительной отрасли // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012. № 1. С. 97–113.
5. 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.
6. ГОСТ 6133-99. Камни бетонные стеновые. М.: ГУП ЦПП, Госстрой России, 2001. 39 с.

Горнодобывающее и горно-перерабатывающее производство ввиду специфичности технологических процессов, включающих многократное дробление и измельчение, сопровождаются образованием огромного количества промышленных отходов. Горнопромышленные отходы, размещаемые в специальных отвалах и хвостохранилищах, занимают довольно большие площади хозяйственных земель и ухудшают экологическую обстановку региона. Запасы природных ресурсов ограничены и не возобновляемы, в связи с чем все большее внимание обращают на вторичную переработку горнопромышленных отходов, которые могут служить потенциальным источником пополнения минерально-сырьевой базы.

Следовательно, вопрос вовлечения в переработку техногенных образований, скопленных в месторождениях полезных ископаемых и хвостохранилищах является аткуальной проблемой. Решение этой проблемы требует проведения комплексных исследований по научному обоснованию стратегии их комплексного освоения для нужд народного хозяйства. Вопросы разработки безотходной технологии добычи и переработки природного камня рассмотрены в работах [1–5], где приводятся различные варианты технических решений по утилизации горнопромышленных отходов.

Как показывает опыт эксплуатации карьера «Сары-Таш» (Кыргызстан), являющегося одним из крупнейших в мире месторождений известняка-ракушечника, выход товарных блоков составляет 62 % от объема добываемой горной массы. Добываемые товарные блоки далее поступают в камнеобрабатывающий завод, где в результате распиловки, окантовки, сортировки и транспортировки снова появляются промышленные отходы различных размеров. В совокупности, как показали результаты хронометражных наблюдений, объемы отходообразования, в зависимости от типа применяемого технологического оборудования, достигают от до 59 до 68 % от объема исходной добываемой горной массы. В настоящее время только малая часть отходов (до 10 %) подвергается утилизации. Если учесть, что первоначальные балансовые запасы месторождения составляли 14 млн м3, то нетрудно подсчитать, что при среднерыночной цене товарных блоков, равной 180 $, потери сырья приводят к многомиллионному экономическому ущербу.

В настоящей работе поставлена задача по оценке перспектив комплексного освоения горнопромышленных отходов, расположенных в карьерах и камнеобрабатывающих заводах Кыргызской республики. Конечной целью работ является разработка наукоемких технологий по переработке горнопромышленных отходов на высокодекоративные архитектурно-строительные изделия.

Материалы и методы исследования

С целью обоснования рациональных параметров технологического процесса изготовления строительных изделий проводились опытно-промышленные работы с отходами известняка-ракушечника месторождения «Сары-Таш». Для этих целей из промышленной площадки камнеобрабатывающего завода «АО Ош-Ак-Таш» осуществлен отбор технологических проб общим весом 800 кг. Отобранные пробы изучались на предмет пригодности в качестве сырьевого источника для производства ячеистого камнебетона согласно требованиям ГОСТ 6133-99 «Камни бетонные стеновые. Технические условия» [6].

Для изучения пригодности отходов распиловки известняка-ракушечника в качестве стенового материала методом механопрессования изготавливались кубики размером 7х7 см. В качестве вяжущего в первом варианте использован белый портландцемент производства АО «Шуровский» марки 1-ДО 500, во втором варианте цемент марки 500 «Хуаксин» (Таджикстан). Изготовленные кубики после набора прочности в течение 28 суток отправлялись в лабораторию ЮРУ «Стройстандарт» (Республиканский Центр стандартизации и сертификации в строительстве) для определения физико-механических свойств.

В целях промышленной апробации технологии производства ячеистого камнебетона из отходов камнепиления проводились опытно-промышленные работы в следующем порядке. В смеситель-активатор АСМ-1 (производство АО «Алтай Строймаш», г. Барнаул) заливали предварительно нагретую воду в объеме 55–60 л (50–80 °С), после заливки воды включали смеситель. Затем засыпали цемент марки 500 или 500Д20. Добавляли каустическую соду и сульфат натрия (он же натрий сернокислый). Далее вводили в раствор шлам известняка-ракушечника (фракции 0,1–2 мм). Перемешивали все вышеперечисленные компоненты в течение 3–5 минут. Затем добавляли заранее приготовленную пудру алюминиевую с массой m = 118 г, перемешивали с раствором в течении 1 минуты.

Затем смеситель подкатывали к металлической форме и сливали раствор. Фиксировалось время застывания раствора и когда структура ячейки принимала твердое состояние, бетон разрезали на блоки с размерами 600х300х200 мм.

Результаты исследования и их обсуждение

Изучение физико-механических свойств отходов распиловки известняка-ракушечника показало их пригодность для использования в строительных целях (табл. 1). Материал не пожароопасен и не токсичен.

Таблица 1

Основные физико-механические характеристики отходов известняка-ракушечника

№ п/п

Наименование показателей

Значения

1

Степень твердости по Моосу

5–6

2

Максимальный размер зерна, мм

до 5 мм

3

Зерновой состав (распределение)

менее 1 мм = 32 %;

d = 1 мм – 51 %;

d = 2 мм – 6 %;

d = 3 мм – 2,5 %;

d = 4 мм – 2,5 %;

d = 5 мм – до 6 %

4

Удельная поверхность, см2/г

1900

5

Удельный вес в естественном состоянии, г/см3

1,4

6

Удельный вес в сухом состоянии, г/см3

1,2

7

Влажность, %

3 %

8

Радиоактивность , мкрР/час

13

9

Усредненный химический состав

 

По результатам проведенных опытов разработана и апробирована в лабораторных условиях технология получения стеновых материалов из мелкодисперсных отходов известняка-ракушечника механохимическим методом. Перед испытаниями отобранные пробы шлама подвергались к отмучиванию по стандартной методике.

Проведенные в лаборатории ЮРУ «Стройстандарт» испытания показали что, камнебетон, изготовленный из шлама распиловки известняка-ракушечника, соответствует требованиям действующих стандартов и характеризуется достаточной прочностью и морозостойкостью в климатических условиях южного региона (табл. 2).

Таблица 2

Результаты испытаний образцов камнебетонного блока из шлама известняка-ракушечника (вяжущее – портландцемент марки 500)

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

ρ

σ сж.

1

10

10

15

15

15

25

15

25

0,71

0,73

0,75

14,3

1,62

275,9

2

0,76

0,71

0,75

14,6

1,74

266,5

3

0,74

0,72

0,74

19,5

1,76

353,2

4

0,74

0,70

0,74

27,6

1,77

527,8

Согласно результатам испытаний, предел прочности кубиков, изготовленных из отходов распиловки известняка-ракушечника в зависимости от процентного соотношения и марки портландцемента, давления прессования составляет от 275,9 до 527,80 кгс/см2. Морозостойкость-МРЗ50. Наиболее оптимальной с точки зрения обеспечения прочности является добавка портландцемента в количестве не менее 15 % по массе.

Исходя из результатов лабораторных испытаний разработана оптимальная рецептура изготовления камнебетона на 1 м3 камнебетона разной плотности (табл. 3).

Таблица 3

Оптимальная рецептура изготовления камнебетона

 

D700

D 600

D 500

Цемент, кг

312

318

286

Шлам известняка-ракушечника, кг

403

312

234

Вода, л

264

256

208

Al, грамм

544

544

544

Сульфат натрия, кг

4,6

4,6

4,6

Кауст. сода, кг

3

3

3

Наибольшая декоративная эффективность достигнута при использовании Щуровского цемента марки 1-ДО 500, при этом структура ячеистого бетона была идентична структуре натурального камня (рисунок, а). Строительный кирпич, изготовленный методом компрессионного прессования с применением в качестве вяжущего гипса, имел прочность 25–40 МПа и характеризуется привлекательным внешним видом (рисунок, б).

kal1a.tif kal1b.tif

а) б)

Опытные образцы строительных изделий, изготовленных из отходов распиловки известняка-ракушечника месторождения Сары-Таш: а) ячеистый камнебетон с размерами 60х30х20 см, б) строительный кирпич с размерами 25х12,5х8

Сравнение технико-экономических показателей широко распространенных в современной рыночной конъюктуре стеновых камней показывает, что камнебетон, изготовленный из шлама распиловки известняка-ракушечника, являетя конкурентоспособным материалом и не уступает аналогам по своим строительно-техническим качествам (табл. 4).

Таблица 4

Сравнительные технико-экономические показатели легких конструкционных материалов (ячеистый бетон)

Наименование параметра

Камнебетон из отходов известняка-ракушечника

Газобетон

Пенобетон

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м.С0)

0,1–0,12

0,1–0,14

0,09–0,38

Объемный вес (плотность), кг/м3

400–900

400–800

400–1200

Марка по плотности

D400...700

D400...700

D400…800, D1000…1200

Класс прочности бетона на сжатие

Класс В2.5 при D400

Класс В2.5 при D500

Класс В2.5 при D750

Паронепроницаемость, мг/мчПа

0,2

0,2

0,2

Водопоглощение, % от массы

18–20

20–25

10–16

Морозостойкость, не менее

50

50 циклов

25 циклов

Кладка... /толщина кладочного шва, мм

На клей, раствор/ 3–5 мм

Только на клей/2–3 мм

На клей, раствор/10 мм

Средняя усадка готовой кладки, м/м

0,2–0,3

0,3

2–3

Возможность армирования кладки

да

да

нет

Средняя толщина однослойной стены, м

 

0,4

0,63

Звукоизоляция

средн.

хуже

лучше

Внешний вид

декоратив.

средне декоратив.

недекоратив.

Средняя стоимость

3500,0

4000,0

2800

Опытно-экспериментальными работами доказано, что из шлама камнераспиловки можно получать стеновые камни маркой не ниже М50 (ГОСТ 6133-99 «Камни бетонные стеновые»). Полученные блоки рекомендуются для строительства стен малоэтажных зданий, а также в качестве теплоизоляционного материала в больших многоэтажных домах.

Камнебетонные блоки, получаемые из малодисперсных отходов известняка-ракушечника, характеризуются более низким удельным весом, повышенной прочностью и водостойкостью по сравнению с натуральным камнем. Но большой расход портландцемента приводит к повышению себестоимости полученных изделий. В связи с этим в качестве альтернативного вида вяжущего рассматриваются гидравлическое вяжущее и роман-цемент, которые могут быть получены из известняка-ракушечника, то есть из тех же отходов.

Заключение

В процессе опытно-экспериментальных работ по апробации технологической схемы переработки мелкодисперсных отходов камня выявлена необходимость предварительной механохимической активации исходного сырья. В качестве механоактиватора использована усовершенствованная конструкция смесителя АСМ-1, оснащенная винтом-активатором. Предложен новый состав (рецептура) для изготовления стеновых камней из техногенного сырья – мелкодисперсных отходов известняка-ракушечника, с заданным комплексом строительно-технических и эксплуатационных свойств для строительства малоэтажных зданий.

Получены опытные образцы строительных изделий для кладки стен, характеризующиеся легкостью и удобством кладки при равных прочностных характеристиках.


Библиографическая ссылка

Калдыбаев Н.А., Салиева М.Г., Саипов Б КОМПЛЕКСНАЯ ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, СКОПЛЕННЫХ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ ИЗВЕСТНЯКОВ-РАКУШЕЧНИКОВ «САРЫ-ТАШ» // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2018. – № 11-2. – С. 209-213;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=12476 (дата обращения: 22.10.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074