Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ гипергенных изменений минералов в составе горнопромышленных отходов и их влияние на технологические свойства
1.1. Общее состояние проблемы комплексного использования минерального сырья 9
1.2. Использование горнопромышленных отходов, содержащих магнезиальные и магнезиалыю-железистые гидросиликаты 13
1.3. Гипергенные изменения минералов в составе горнопромышленных отходов 18
1.4. Влияние гипергенных изменений на технологические
свойства техногенного сырья 33
2. Сырьевые материалы и методы исследований
2.1. Сырьевые материалы 36
2.2. Методы исследований 41
3. Исследование изменений состава и свойств хвостов обогащения медно-никелевых руд, подвергшихся лительному хранению
3.1. Минеральный состав медно-никелевых хвостов 44
3.2. Изменение состава и свойств хвостов в процессе хранения 46
3.3. Изменение флотационных свойств талька и гидрохлорита в процессе хранения хвостов обогащения 58
4. Взаимодействие гидросиликатов магния с оксидом, гидроксидом и карбонатом кальция
4.1. Влияние температуры обжига на степень связывания оксида кальция 72
4.2. Влияние количественных соотношений гидросиликатов магния и оксида кальция на полноту связывания СаОсв 78
4.3. Влияние минерализатора на степень связывания оксида кальция 84
5. Оценка возможности использования железисто-магнезиальных гидросиликатов магния как сырья для производства строительных и технических материалов
5.1. Разработка составов и технологии жаростойких бетонов с использованием гидросиликатов магния в качестве микронаполнителя 93
5.2. Получение легких керамических материалов на основе техногенного сырья, содержащего гидросиликаты магния 101
5.3. Применение тонкодисперсных лежалых хвостов для производства пигментных наполнителей лакокрасочных
составов 104
Заключение 114
Список используемой литературы 116
Приложение 1
- Использование горнопромышленных отходов, содержащих магнезиальные и магнезиалыю-железистые гидросиликаты
- Изменение флотационных свойств талька и гидрохлорита в процессе хранения хвостов обогащения
- Влияние количественных соотношений гидросиликатов магния и оксида кальция на полноту связывания СаОсв
- Получение легких керамических материалов на основе техногенного сырья, содержащего гидросиликаты магния
Использование горнопромышленных отходов, содержащих магнезиальные и магнезиалыю-железистые гидросиликаты
Конец XX века характеризовался двумя отчетливыми тенденциями: быстрым ростом населения Земли и истощением многих видов минеральных ресурсов. Возрастающая потребность в минеральном сырье обусловила вовлечение в переработку более бедных руд, что привело к резкому увеличению объема горнопромышленных отходов. В настоящее время в процессе добычи и переработки природного минерального сырья от 50 до 90% складируется в виде вскрышных пород и хвостов обогащения. Отвалы и хвостохранилища не только занимают огромные площади, но и неблагоприятно влияют на окружающую среду. Последствия складирования горнопромышленных отходов уже в настоящее время в ряде горнодобывающих районов становятся серьезным препятствием дальнейшему развитию добычи минерального сырья, которая каждые 8-10 лет удваивается /3/.
Отечественные горнодобывающие предприятия ежегодно складируют около 5 млрд т вскрышных пород и 700 млн т хвостов обогащения /4/. В отвалах накоплено более 1 млрд т золошлаковых смесей тепловых электростанций и металлургических шлаков. По данным /5/, отвалы занимают 0.1 га площади земли на каждые 1000 т сырья. Прогнозируется повышение этой цифры в 1.5-1.7 раза. Это требует существенного увеличения затрат на их складирование, хранение и природоохранные мероприятия. В этих условиях создание и освоение ресурсосберегающих технологических процессов комплексной переработки сырья становятся узловыми вопросами экономики.
Идея комплексности использования минерального сырья, выдвинутая еще в начале 30-х годов акад. А.Е.Ферсманом, получила развитие и практическую реализацию благодаря трудам Л.А.Барского, П.И.Боженова, Б.Н.Ласкорина, Н.В.Мельникова, Г.Д.Краснова, Е.М.Сергеева, Н.Н.Семенова, И.В.Петрянова-Соколова, В.А.Чантурия и др. /3-21/. Эта проблема обозначилась прежде всего для рудных полезных ископаемых и потребовала разработки технологий использования попутных компонентов, встречающихся в рудах в небольших количествах. В последние 15-20 лет наиболее крупные успехи по проблеме комплексной переработки минерального сырья связаны с извлечением цветных металлов, редких, рассеянных и благородных элементов. Большой вклад в разрешение этой проблемы внесли работы Л.А.Барского, Г.Д.Краснова, В.А.Чантурия и многих других ученых. Этим успехам способствовали разработки новых методов обогащения полезных ископаемых: фотометрической, рентгенолюминесцентной, радиометрической, радиорезонансной сортировки, избирательного дробления, сухой магнитной сепарации материала и др.
Большой вклад в решение проблемы использования горнопромышленных отходов в производстве строительных материалов внес П.И.Боженов с сотрудниками /8, 9, 22-26/. Наряду с разработкой большого числа новых материалов на основе побочных продуктов горнопромышленного комплекса, П.И.Боженов разработал их классификацию. При этом он впервые обратил внимание на технологическую неоднородность вторичных продуктов, претерпевших глубокую физико-химическую переработку (золошлаковые смеси ТЭЦ, металлургические шлаки и др.). Позднее В.Н.Макаров показал, что это положение в равной степени относится ко всем горнопромышленным отходам /27-28/.
В разрешении проблемы горнопромышленных отходов промышленности строительных материалов принадлежит ведущая роль, потому что строительство и производство строительных материалов являются наиболее материалоем-кими отраслями. Объемы горнопромышленных отходов сопоставимы с потребностями этих отраслей в минеральном сырье. Наиболее широкомасштабной областью применения минеральных попутных продуктов промышленности и отходов является производство вяжущих, пористых и плотных заполнителей для бетонов, керамических, автоклавных строительных материалов и изделий /16, 29-40/.
Вместе с тем, принципиальные отличия горнопромышленных отходов от традиционного сырья, в первую очередь - их неоднородность, во многих случаях требуют разработки специальных технологий их утилизации.
Разработке таких технологий для ряда строительных и технических материалов из горнопромышленных отходов посвящены работы А.В.Волженского /41,42/, П.П.Будникова /43/, Ю.М.Бутта /44/ и многих других.
Горнопромышленные отходы в зависимости от особенностей месторождения и типа основного полезного ископаемого могут иметь разный состав. В работе /45/ рассмотрены возможные типы минеральных ассоциаций горнопромышленных отходов, выбранных на основе обширных литературных данных (143 источника). Проанализированы составы попутных продуктов при добыче руд 454 месторождений России, Украины, Казахстана, США, Канады, Австралии и др., в том числе 410 сульфидных (98 медных, 95 полиметаллических, 72 месторождений серебра, 69 сульфидных медно-никелевых и никелевых, 29 ртутных, 19 молибденовых и медно-молибденовых, 18 месторождений золота, 8 - платины, а также сурьмы и висмута).
Согласно проведенным исследованиям, наиболее распространенными в составе руд являются кварц (частота встречаемости более 70%), карбонаты (немногим более 50%), хлориты и серпентины ( 40%), слюды ( 20%), пироксены и амфиболы (-20%), полевые шпаты, эпидот и цоизит, оливин, гранаты, тальк, барит (от 18 до 10%), глинистые минералы и турмалин (менее 10%). Иными словами, магнезиальные силикаты (оливин, пироксены) и гидросиликаты (хлориты, серпентины, амфиболы) по своей распространенности уступают только кварцу.
Породы, состоящие из магнезиальных силикатов и гидросиликатов являются вмещающими для различных полезных ископаемых, как металлических -железа, хрома, ванадия, титана, никеля, меди, кобальта, платины, так и неметаллических - алмазов, хризотил-асбеста, флогопита, талька, причем для мно 12
гих полезных ископаемых породы, состоящие из магнезиальных силикатов и гидросиликатов, являются единственным источником сырья.
Полезные минералы могут содержаться в самой материнской породе в виде густой (хромит, ванадийсодержащий титаномагнетит, медно-никелевые сульфиды) или очень редкой (алмазы, платиноиды) вкрапленности. В этом случае сама материнская порода вступает в обогатительный передел, где подвергается дроблению и измельчению. Полезные минералы тем или иным способом отделяются от породообразующих, которые в основной своей массе поступают в хвостохранилища. В некоторых случаях полезное ископаемое образует пилообразные тела, сложенные сплошь или, главным образом, полезным минералом. В этом случае вмещающие магнезиальные силикаты и гидросиликаты извлекаются как вскрышные породы. Такие формы рудных тел характерны для месторождений хромита, титаномагнетита и др.
Изменение флотационных свойств талька и гидрохлорита в процессе хранения хвостов обогащения
Гранулометрический анализ проб проводился с помощью ситового анализа, который предусматривает использование для этой цели стандартного набора сит. Тонко дисперсная фракция выделялась отмывкой на сите 25 мкм.
Размер частиц менее 10 мкм и количество ультрадисперсных фракций определялось седиментационным методом анализа. В качестве жидкой среды использовалась дистиллированная вода. Анализ проводился на фотоседимен-тометре Lumosed.
Удельная поверхность измерялась на электронном анализаторе поверхности FLOWSORB II2300.
Минеральный состав исследуемых проб хвостов обогащения медно-никелевых руд определялся в шлифах и аншлифах на микроскопе ПОЛАМ Р-311. Термографические исследования осуществлялись на дериватографе Ф. Паулика, И. Паулика и Л. Эрдеи; скорость съемки составляла 10 град/мин. Рентгенографические исследования материалов проводились на дифрактометрс ДРФ 2.2 с Си-излучением.
Магнитная сепарация мелкодисперсной фракции хвостов осуществлялась на лабораторном магнитном сепараторе, изготовленном в Горном институте КНЦ РАН. В работе использовалась полиградиентная мокрая магнитная сепарация и сухая магнитная сепарация на сепараторе 138-СЭ.
Доломит обжигался в силитовой печи при температуре 1000"С в течение 3 ч.
Перемешивание сырьевых компонентов осуществлялось на приборе 022 в течение 1.5 часов. Для определения кинетики связывания оксида кальция при обжиге прессовались таблетки диаметром 20 мм при давлении 30 МПа. Таблетки сушились до постоянной массы, помещались в муфельную печь фирмы Nabertherm, которая нагревалась со средней скоростью 12С/мин до требуемой температуры. В каждой пробе определялось содержание СаОсв. этилово-глицератным методом. Испытания портландцемента и оценка свойств смешанных вяжущих проводились по ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» и ГОСТ 310.1-76 -310.4-81 «Цементы. Методы испытаний».
Подбор составов жаростойкого конструктивно-теплоизоляционного вер-микулитобетона проводился по методу пробных замесов, который включает назначение предварительных расходов вермикулита и цемента, определение оптимального расхода воды и установление зависимости между расходом цемента, плотностью и прочностью бетона в заданных условиях уплотнения и твердения /133/. Фактические расходы материалов рассчитывались по плотности свежеуложенной смеси согласно ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава».
Приготовление бетонной смеси производилось в лабораторном бетоносмесителе СБ-142. Цемент и микронаполнитель дозировались по массе, вермикулит - по объему с контролем по массе. После 15-и секундного перемешивания сухих материалов подавалась вода и перемешивание продолжалось 60 сек. Уплотнение смеси в формах осуществлялось на лабораторной виброплощадке СМЖ в течение 5-10 сек. Определение плотности свежеуложенной бетонной смеси проводилось по ГОСТ 10181.2-81 «Смеси бетонные. Метод определения плотности».
Основные нормируемые показатели образцов из жаростойкого вермику-литсодержащего бетона определялись по ГОСТ 20910-90 «Бетоны жаростойкие. Технические условия».
Коэффициент теплопроводности определялся на разработанной и изготовленной в лаб. № 28 ИХТРЭМС КНЦ РАН установке (соответствующей типу установок со стационарным тепловым потоком), и признанной ВНИИ метрологии годной и допущенной к применению по классу рабочей установки /134/.
Температура деформации под нагрузкой определялась на установке, разработанной в отделе технологии строительных материалов ИХТРЭМС КНЦ РАН с учетом требований ГОСТ 20910-90 "Бетоны жаростойкие. Технические условия" /135/. С помощью вышеуказанной установки можно получать диа 43 грамму "температура-деформация" и определять следующие основные характеристики образцов жаростойкого бетона под нагрузкой: температуру размягчения материала, температуры, соответствующие 4%-ной и 40%-ной деформациям, температуру внезапного разрушения и температурный интервал размягчения.
Методика получения пигментного наполнителя предусматривала 3 варианта исполнения:
I вариант основывался на улучшении исходных свойств материала мето дом окислительной термообработки, при которой происходит переход Fe + —» Fe + с окрашиванием исходной пробы и повышением его коэффициента пре ломления.
II вариант основывался на нанесении пигментного покрытия на носитель, которым служила проба исследуемого материала. В качестве пигментного ком понента служили растворы хлорида кобальта и сульфата железа. Расход по следних в пересчете на оксиды составлял 2.5 и 10% к весу обрабатываемой пробы. Обработка велась в жидкой фазе при определенном значении рН, после чего проба отделялась фильтрованием и подвергалась термообработке при 500 - 900С.
III вариант основывался на проведении измельчения исходной пробы с веществом, обладающим пигментными свойствами. В качестве такого материа ла использовали полупродукт медно-никелевого производства, который пред ставляет собой тонкодисперсный порошок, содержащий оксиды железа и никеля (NiO - 10%). В процессе интенсивного измельчения происходит меха ноактивация поверхности исследуемых митериалов, что способствует более эффективному их взаимодействию и сопровождается повышением яркости цве тового оттенка конечного продукта (сравнение с обычной механической сме сью аналогичного состава).
Влияние количественных соотношений гидросиликатов магния и оксида кальция на полноту связывания СаОсв
Как видно из приведенных в табл. 5 и на рис. 12 данных, флотоактивность талька в процессе хранения существенно снижается. По-видимому, это можно объяснить частичным окислением входящего в его состав FeO до РегОз. Компенсация избыточного заряда, вероятно, происходит за счет сорбции (ОН)" групп, облегчающих процесс смачивания минерала.
Хотя в пенных продуктах содержание талька больше, чем в камерном (рис. 13) потери этого минерала существенно выше, чем при переработке исходной руды.
Флотоактивность новообразованного гидрохлорита ниже, чем талька, но заметно выше, чем исходных серпентинов и хлоритов: извлечение в концентрат соответственно 30.99, 14.71 и 6.82%. В процессе хранения наблюдается переход серпентинов и хлоритов в гидрохлориты, который выражается в появлении монтмориллоподобных слоев в структуре минерала. Последние обладают высокой сорбционной емкостью. Увеличение скорости флотации гидрохлоритов по сравнению с серпентинами и хлоритами связано с сорбцией флотореагентов. Повышение флотоактивности гидрохлорита при одновременном снижении флотоактивности талька в процессе хранения горнопромышленных отходов не позволяет получить тальковый концентрат удовлетворительного качества из вторичного сырья. Высокая сорбционпая емкость гидрохлорита потребует при флотационной переработке техногенных руд больших расходов реагентов. В то же время, есть основания полагать, что присутствие этого минерала во вторичном сырье, подвергшемуся длительному хранению, в меньшей мере будет сказываться на качестве черновых концентратов. Это, в свою очередь, должно снизить затраты на перечистные операции.
Таким образом, на основании проделанных исследований можно сделать следующие выводы в процессе хранения гидросиликаты магния претерпевают существенные изменения. Эти изменения выражаются прежде всего в гидратации и гидролизе, более высокой степени дифференциации материала но крупности, большей роли ультрадисперсных фракций с размерами частиц менее 10 мкм, высокой удельной поверхности частиц, намного превышающей расчетные значения этого параметра, исходя из гранулометрии. высокая степень дифференциации вещества при хранении позволяет выделить в пределах хвостохранилища участки, где техногенное сырье практически не содержит «глинистых» фракций и может использоваться в производстве жаростойких бетонов в качестве микронаполнителя. повышение дисперсности материала и увеличение роли в нем гидрохлоритов обусловливает повышение его пластичности. Это позволяет использовать такое сырье как компонента сырьевой смеси в производстве керамики. большое количество слоистых минералов даст возможность использовать техногенное сырье в качестве пигментных наполнителей в ЛКМ. в процессе хранения изменяются флотационные свойства некоторых гидросиликатов магния. Изменение флотационных свойств талька обусловлено частичным окислением входящего в его состав FeO до Fe203, протеканию которого, может способствовать высокая степень дисперсности талька при его хранении в хвостах обогащения. Компенсация избыточного заряда происходит за счет сорбции (ОН)" групп, облегчающих процесс смачивания минерала
Для многих материалов (огнеупоры, керамика, жаростойкие бетоны и др.) нежелательно присутствие свободного СаО. Это связано со способностью извести быстро гидратироваться с резким увеличением объема. Вследствие этого, например, известково - магнезиалыго - углеродистые огнеупоры не подлежат длительному хранению и при отсутствии особых условий хранения начинают разрушаться через 7-10 дней после изготовления. Одним из способов стабилизации таких материалов является связывание СаОСІІ в высокоосновные силикаты при повышенных температурах (900С и более). Однако, в связи с тем, что как исходные продукты, так и фазы-новообразования характеризуются высокими температурами плавления, реакции силикатообразования протекают в твердой фазе и требуют высоких температур и длительной термообработки.
В тех случаях, когда процесс спекания совпадает с процессами разрушения кристаллических решеток исходных фаз и переходом их в метастабильное состояние, твердофазные реакции протекают более быстро и с меньшими энергозатратами. Ранее было показано /46/, что перспективным направлением использования рудовмещающих серпентинитов является применение их в производстве стабилизированных доломитовых огнеупоров. Декарбонизация доломита частично совпадает с дегидратацией серпентиновых минералов и переходом их в метастабильное состояние.
Так как переход серпентинов в метастабильное состояние связан с потерей конституционной воды, целесообразно рассмотреть поведение серпентиновых минералов при нагревании. На термограммах всех серпентиновых минералов отмечается сильный эндотермический эффект, обусловленный потерей конституционной воды. Однако у лизардита и хризотила процесс дегидратации происходит при более низких температурах (680-700С), чем у антигорита (800-820С). Для хризотила и лизардита характерен сильный экзотермический эффект при 800-820С, связанный с образованием высокотемпературных кристаллических фаз. У антигорита такого экзотермического эффекта нет, по крайней мере у разновидностей с упорядоченной структурой и различимыми кристаллическими индивидами. Это связано с тем, что образование высокотемпературных фаз начинается еще до полной дегидратации минерала. По-разному происходит процесс перестройки кристаллической решетки серпентиновых минералов при нагревании.
Двуслойные серпентины ведут себя при нагревании как двуслойный силикат алюминия - диккит, образуя промежуточный продукт с толщиной слоя 14.5 А. При дальнейшем нагревании это соединение мало меняется и переходит в оливин+кварц. Новообразованный оливин благодаря простым отношениям параметров элементарных ячеек 2a0=b0, 2Ь0=Зс0 имеет унаследованную ориентировку. При нагревании однослойных серпентинов возникает- промежуточный продукт с постепенно уменьшающимся межслоевым расстоянием.
Степень дисперсности и упорядоченности кристаллической структуры серпентиновых минералов оказывает существенное влияние на их физические свойства. Офитовые разности серпентинов характеризуются большей стойкостью к измельчению, чем волокнистые и особенно пластинчатые. Кроме того, с увеличением дисперсности существенно меняется термограмма серпентиновых минералов: по мере разупорядочения структуры снижается температура дегидратации серпентина, как это характерно и для других минералов с близкой структурой. У тонкодисперсных антигоритов с крайней степенью разупорядо-ченности структуры может появляться небольшой экзотермический эффект. Наиболее разупорядоченные серпентины характеризуются, кроме того, небольшим низкотемпературным эндотермическим эффектом с максимумом при 110-200С.
Дегидратация полнокристаллических серпентинов - не мгновенный процесс, а термически активная реакция, представляющая собой функцию времени и температуры. Реакция дегидратации отдельных слоев протекает не одновре 74 менно, причем разрыв во времени дегидратации отдельных слоев тем больше, чем труднее отток образующихся паров воды. Вследствие разновременности дегидратации отдельных слоев серпентина разновременно происходит и процесс последующих фазовых переходов. Именно поэтому для полнокристаллического антигорита начало образования "мозаичного оливина" происходит еще до полной потери конституционной воды. При микронных размерах кристаллических индивидов нет препятствий для удаления продуктов дегидратации и реакция протекает достаточно быстро и почти одновременно в разных слоях. Быстрая дегидратация тонкодисперспых разупорядоченных серпентиновых минералов дает большую возможность для получения метастабильных продуктов, способных к взаимодействию с метастабильным СаО. Так как СаО обладает более высокой химической активностью, чем MgO, он при повышенных температурах вытесняет последний из магнезиальных силикатов /144/. В зависимости от соотношения компонентов - СаО, MgO и S1O2 образуются либо смешанные силикаты кальция и магния и свободный оксид магния, либо силикат кальция, смешанные силикаты кальция и магния и свободный оксид магния, либо силикат кальция и свободный оксид магния. В пределах поля СаБіОз - MgSiO -Ca2Si04 - Mg2Si04 устойчивы силикаты кальция, кальция и магния или магния. Если содержание БЮг ниже, чем необходимо для образования Me2SiO t, образуются силикаты кальция, кальция и магния или магния и оксид магния (рис. 14). Свободный оксид кальция устойчив только в ассоциации с Саз8і05.
Получение легких керамических материалов на основе техногенного сырья, содержащего гидросиликаты магния
Прочность бетонов при сжатии определялась в проектном возрасте после тепловлажностной обработки и сушки в течение 48 ч, а также определялась марка бетона в возрасте 28 сут. Сушка бетона после тепловлажностной обработки приводит к значительному повышению прочности. Это объясняется тем, что при воздействии температуры 100С происходит «самозапаривание» - пары воды, выходя из тела бетона, способствуют дополнительной гидратации непро-реагировавших минералов цемента /159/. Дополнительную гидратацию обеспечивает также влага, впитываемая вермикулитом при изготовлении бетона и постепенно выделяемая при сушке.
При расходе цемента 320 кг/м3 и использовании добавки хвостов обогащения медно-никелевых руд получен вермикулитобетон прочностью 2.0 МПа в проектном возрасте и плотностью в сухом состоянии 608 кг/м3.
Остаточная прочность после нагревания при температуре 800С в течение 4 час и последующей выдержкой над водой в течение 7 сут составила 38,7%.
Усадка жаростойкого бетона в основном обусловлена усадкой цементного камня, которая с повышением температуры пропорционально растет. Усадка, определяемая при температурах 800 и 1000С составляла 3.7% и 4.04%. Полу 95 ченные значения усадки выше нормируемого показателя - 1.5% для бетонов плотной структуры со средней плотностью менее 1500 кг/м . Эти показатели связаны с высоким В/Ц отношением: для вермикулитобетонов оно составляет 1.5-1.6, что объясняется высоким водопоглощением вермикулита. С целью некоторого снижения усадки необходимо уменьшение расхода воды и изготовление жестких бетонных смесей. Снизить усадку можно также за счет предварительной сушки бетонов при повышенных температурах.
Коэффициент теплопроводности при 25С, Вт/м-С 0.191 Расход материалов на 1 м бетона: портландцемент - 320 кг, вермикулит - 154/1100 кг/л, хвосты - 96 кг, вода - 528 л. Термостойкость, заключающаяся в способности образцов вермикулито-бетона выдерживать резкие смены температур от 800 до 20С без нарушения структуры составила 10.77% (что менее нормируемых 20% потерь первоначальной массы) после 25 воздушных теплосмен.
Основные характеристики жаростойкого бетона при определении температур деформаций под нагрузкой приведены в табл. 10 и на рис. 22. В качестве сравнительных данных использовались составы с золой-унос и золошлаковой смесью.
Таким образом, на основе ковдорского вермикулита и хвостов обогащения медно-никелевых руд разработан жаростойкий конструктивно-теплоизоляционный бетон, удовлетворяющий основным требованиям по остаточной прочности, деформациям под нагрузкой, термостойкости, и обеспечивающих его применение при температурах до 1000С.
Решение вопроса замены традиционно использовавшейся асбозуритовой изоляции промышленных водогрейных котлов является весьма актуальным в настоящее время в связи с отнесением асбеста к веществам, обладающим канцерогенными свойствами и не рекомендуемым для широкого использования. Основной задачей работ являлась разработка альтернативного варианта изоля Изменение деформаций бетонов под нагрузкой в зависимости от температуры
Рис. 22 ции водогрейных котлов, учитывая возможности использования местного сырья, особенно ковдорского вермикулита. Нанесение асбозуритовой изоляции предусматривалось на поверхности основных типов водогрейных котлов отечественного производства (ПТВМ-30 М, КВГ-50), которые широко используются и на многих объектах Мурманской области, включая ОАО «Апатит». При разработке изоляционных вермикулитсодержащих смесей учитывалось, что они должны соответствовать как минимум основным требованиям, предъявлявшимся к асбозуритовой изоляции, т.е. плотность не более 800 кг/м3, предел прочности при изгибе не менее 0.6 МПа и коэффициент теплопроводности не более 0.221 Вт/мС (при температуре 25С). Вышеуказанные показатели были согласованы также с цехом пароснабжения ОАО «Апатит», который осуществляет ремонтно-восстановительные работы всего котельного оборудования ОАО «Апатит» и по согласованию с которым проводилась отработка технологии изоляционных работ с рекомендуемыми нами смесями на одном из промышленных водогрейных котлов (№ 4 котельной Восточного рудника). Кроме удовлетворения основным требованиям к изоляции, свежеприготовленная смесь должна обладать необходимой удобоукладываемостыо, обеспечивающей возможность нанесения по сетке Рабитца на вертикальные поверхности, удерживаться на них без сползания, затвердевать в цеховых условиях без образования дефектов на поверхности изоляции (трещин и вздутий).
При разработке составов растворных смесей исходили из реальных возможностей ЦПС ОАО «Апатит» и возможность использования вспученного вермикулита, вырабатываемого АО «Ковдорслюда». Учитывая необходимость нанесения сравнительно тонких слоев вермикулитсодержащих смесей по сетке Рабитца, вермикулит вспученный использовался мелких классов - менее 1 мм. Следует отмстить, что пылевидные частицы, содержащиеся в заполнителе, обладают высокими капиллярными свойствами и обнаруживают в водной среде слабопластические свойства. Чем больше в заполнителе мелких и пылевидных фракций, тем выше связность и меньше тенденция к водоотделению смеси /160/. Частные остатки на ситах составили, мас.%: 1.25 мм - 3.3%, 0.63 мм 40.0%, 0.315 мм - 27.3%, 0.14 мм - 19.3%, менее 0.14 мм - 9.3%. Насыпная плотность вспученного вермикулита - 150 кг/м3, влажность - 2%. Портландцемент пикалевский имел марку 300, нормальная густота 26%, сроки схватывания: начало - Зч 10 мин, конец - 4 ч 55 мин, насыпная плотность 1150 кг/м .
Как показали результаты лабораторных экспериментов, вермикулитоце-ментные смеси различных составов (без добавок) в целом не обеспечивают требуемых показателей, предъявляемых к исходным смесям и затвердевшему раствору (ввиду недостаточной удобоукладываемости и связности смеси или превышения плотности раствора при высоких расходах цемента). Введение тонкодисперсных хвостов обогащения медно-никелевых руд в качестве добавки позволяет повысить связность вермикулитоцементных смесей. Одним из оптимальных вариантов (табл. 1 ]) следует рассматривать состав 2.
Для приготовления смесей возможно использование типовых растворомешалок. Рекомендуемая последовательность загрузки материалами: вначале осуществляется подача в смеситель воды, затем вводится добавка хвостов и в течение нескольких секунд производится перемешивание их с водой. Затем подается цемент и осуществляется перемешивание в смесителе до получения однородной суспензии. В последнюю очередь в смеситель загружается необходимое на замес количество вермикулита. После проверки удобоукладываемости и связности смеси (в случае необходимости осуществляется корректировка состава пропорциональным введением требуемых компонентов) смесь может быть использована для ведения изоляционных работ.
Технология приготовления и нанесения смесей была апробирована при закладке опытных участков на котле № 4 котельной Восточного рудника при непосредственном участии представителем ЦПС ОАО «Апатит», осуществляющих работы по изоляции водогрейных котлов. Смеси отличались необходимой удобоукладываемостыо и связностью, обеспечивающими нанесение по сетке Рабитца на вертикальные поверхности котлов без отскока, легко затирались и затвердевали в цеховых условиях без образования внешних дефектов: трещин и вздутий.
