Введение к работе
Актуальность работы. В пастоящее время потребности Российской Федерации в облицовочных изделиях на основе природного камня удовлетворяются приблизительно лишь на 20. Это ,в частности, обусловлено недостаточной мощностью сырьевой базы облицовочного камня и ее крайне неравномерной распределенностью по территории РФ. Вследствие этого производственные мощности камнеобрабатываодях предприятий России в настоящее время не догружены, а себестоимость облицовочных издолий из природного камня из-за трудоемкости их производства и транспортных расходов достаточно велика. Выпуск отечественного камнедобываго-цего и камнеобрабатыващего оборудования крайне недостаточен, а импортное оборудование стоит дорого. Все это не позволяет надеется в ближайшем будущем на существенное увеличение объемов производства облицовочных плит из естественного камня.
Увеличение объемов производства облицовочных плит на основе природного камня и снижение их себестоимости возможно за счет утилизации отходов переработки облицовочного камня. Степень утилизации отходов при производства облицовочных изделиий из естественного камня достигла в основном за счет утилизации отходов распиловки камня на плиты в среднем по камнеобрабатывающим предприятиям России порядка 40%, Однако даже полная утилизация отходов добычи и переработки облицовочного камня не способна ликвидировать диспропорции между предложением и спросом на облицовочные изделия. Таким.образом,необходимо изыскание возможности увеличения сырьевой базы производства облицовочных плит с использованием естественного камня, обеспечивающей существенное снижение себестоимости их производства, транспортных расходов на доставку сырья изготовителю продукции и доставку продукции потребителю.
Ежегодно в отвалах и хвостохранилщах горнодобывающих и перерабатывающих горное сырье предприятий Российской Федерации накапливается более 3 млрд. т различных видов отходов. 75% объемов горных работ приходится на открытые горные работы, а что касается объемов отходов, то доля их при открытых работах значительно больше, чем при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Степень утилизации отходов горного производства в совокупности по всем отраслям горной промышленности крайне низкая. Утилизируется всего 10% отходов добычи и переработки пород,в то время как при современном техническом уровне знаний могло бы утилизироваться почти 50%. Низкий объом
утилизации горнопромышленных отходов обусловлен, в частности, тем, что «ля организация производства продукции на их основе требуются значительные капитальные вложения. Поэтому необходим в перЕую очередь выбор такой номенклатуры продукции на основе отходов добычи и переработки пород и технологий их производства, которые позволили бы использовать любые виды отходов без существенной их переработки и соответственно при низких производственных издержках. Одним из таких направлений утилизации отходов добычи и переработки пород является использование их в сфере производства облицовочных изделий.
Однако существующие технологии производства облицовочных изделий из искусственного камня базируются на ГОСТ 24099-80 "Плити декоративные на осноеє природного камня", предусматривающем использование неорганических и органических связующих и заполнителей на основе декоративного песка и щебня (ГОСТ 22856-77). Разработаны и применяются также технологии производства облицовочных плит на основе отходов добычи и переработки горных пород (в том числе разработанные на кафедре технологии, механизации и организации открытых горных работ МГТУ), которые нашли широкое применение в промышленности строительных материалов. Цена на облицовочные изделия из искусственного камня составляла приблизительно 50% от цены на плиты из натурального камня, что обусловливало значительный спрос на эти изделия. Но в последнее время наметилась тенденция к снижению объемов выпуска облицовочных плит различных типов из искусственного камня, в частности, из-за относительно большого увеличения стоимости связующих материалов. Поэтому требуется повышение конкурентоспособности облицовочных изделий на основе искусственного .камня и главным образом на основе заполнителей из отходов горного производства за счет совершенствования технологий их производства. Кроме того, из-за слабой изученности свойств отходов и отсутствия их паспортизации не имеется рекомендаций по возможности их использования в народном хозяйстве, в частности при производстве облицовочных "плит, и соответственно не разработаны рекомендации по селектиЕ'.^му ведению добычных работ и созданию техногенных местороадений из отходов как потенциального сырь* для производства того или иного вида продукции.
Таким образом, решение проблемы вовлечения отходов добычи и переработки пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых, более или менее равномерно распределенных по территории Рос сийской Федерации в сферу производства облицовочных изделий, не уступающих изделиям из природного камня, но более низкой себестои-
мости, а также разработки рекомендаций на этой основе по совершенствованию процессов горного производства, в частности, селективной выемке пород и складированию отходов добычи и переработки пород, которые могут быть использованы в дальнейшем в сфере производства облицовочных изделий, является актуальной научной задачей.
Целью работы является разработка технологий производства облицовочных изделий на основе отходов добычи и переработки горных пород, обеспечивающих более широкое вовлечение горнопромышленных отходов различных отраслей промышленности, включая угольную, черную и цветную металлургию, горно-химическую и промышленность строительных материалов,в сферу производства облицовочных изделий при сохранении или увеличении качества продукции при одновременном снижении ее себестоимости, метода оценки отходов горного производства как потенциального сырья при изготовлении облицовочных изделий для выдачи рекомендаций по их селективному хранению.
Идея работы состоит в том, что вовлечение отходов добычи и переработки горных пород в сферу производства облицовочных изделий должно осуществляться за счет улучшения качества горнопромышленных отходов, разработки новых конструктивных видов облицовочных изделий и технологий их производства, с учетом управления свойствами и состоянием исходного сырья, полуфабрикатов и конечной продукции на различных, стадиях технологических процессов.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:
осуществлены анализ и систематизация отходов добычи и переработки пород при открытой разработке месторождений полезных ископаемых различных отраслей горной промышленности как потенциального сырья для производства облицовочных изделий, разработаны технологические операции по первичной переработке отходов в условиях действующих карьеров;
установлены зависимости изменения свойств материала облицовочных изделий от свойств отходов горного производства при использовании различных типов связующих и режимов их отверждения;
разработаны технологии производства облицовочных изделий различных конструктивных типов и фактуры на основе отходов добычи и переработки пород;
даны метод оценки пригодности и рационального использования разрабатываемых открытым способом горных пород для производства облицовочных изделий', а также рекомендации по ведению селективной отработки пород и организации в условиях действующих карьеров произво-
детва облицовочных плит на основе отходов или их складирования для последующего использования.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверздаются методической корректностью разработанных экспериментальных методов определения физико-технических свойств искусственного камня, заполнителей и связующих, номенклатурой определяемых характеристик облицовочных изделий и параметров технологических процессов их изготовления, совпадением с точностью не менее ±102 теоретических и экспериментальных значений физико-технических свойств искусственных камней различных составов, положительными результатами испытаний экспериментальных, опытных или опытно-промыш-лешшх партий продукции по разработанным технологиям.
Научное значение работы состоит в разработке научнообоснован-ных методов и программного обеспечения прогнозирования свойств декоративных полимербетонов на заполнителях из горнопромышленных отходов и определения пригодности тех или иных видов отходов для производства облицовочных изделий с учетом условий их эксплуатации.
Практическое значение работы состоит в том, что на основе проведенных научно-исследовательских работ разработаны технологии производства облицовочных плит типа мозаичных, брекчиевидных, орнаментных, флорентийской мозаики, с обнаженным декоративным заполнителем, под фактуру сколотого камня, витражного типа, а также архитектурно-строительных деталей сложной конфигурации в пространстве на основе отходов добычи и переботки пород. " ~
Реализация выводов и рекомендаций работы. Метод расчета физи1 ко-технических сеойств искусственных камней (материала облицовочных изделий) на основе различных минеральных заполнителей из отходов горного производства и его программное .обеспечение внедренц в учебный процесс кафедры Технологии, механизации и организации горных работ МГГУ при' изучении дисциплины "Техника и технология производства строительных материалов". Разработанные способы изготовления облицовочных изделий использованы ~їй.выполнении хоздоговорной тематики кафедры технологии механизации и организации открытых горных работ МГГУ для Совместного Межхозяйственного Московского комбината строительных материалов, Вяземского ГОКа и других предприятий промышленности строительных материалов в виде отчетов, временных технологических рзгламентов и технических условий на продукцию.
Расчетный относительный прирост прибыли и рентабельности в среднем по двадцати разработанным новым технологиям составляет при сре-
дней рентабельности базовых технологий 30 соответственно по прибили 120%, по рентабельности - 160% по отношению к базовым. Годовой экономический эффект от внедрения технології производства мозаичных об -лицово'шых плит на осноеє горнопромышленных отходов составил в ценах Ш кв.-1993г 35 млн. руб.
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались автором на Ш Всесоюзном семинаре "Проблеми разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья", г. Еешкек, БПИ, 1991 г; научно-технической конференции "Экологические проблемы горного производства", Москва, МТИ, 1993 г; "Неделя горняка" Москва, КИТУ, 1994.
Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатних работ, получено 3 авторских свидетельства на изобретения СССР, 14 положительных решений на выдачу патентов на изобретения Российской Федерации.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, изложенных на $21 СТР- машинописного текста,/? рисунков, 0 таблиц, списка использованной литературы из 127 наименований и 4 приложений.
Автор, выражает глубокую признательность сотрудникам кафедри "Технологии, механизации и организации открытых горных работ'.' проф. П.И. Томакову, проф. А.С. Чиркову, доц. Р.Г. Петроченкову, инк. В.В. Филатову, сотрудникам кафедры "Физики горных пород" МГГУ проф. К).И. Протасову, с.и.с. В.Д. Христолюбову за методическую помощь, а также директору Совместного Межхозяйственного Московского комбината строительных материалов А.С. Козлову за помощь в организации проведения экспериментальных исследований и опытных работ.
