Е.А. НИКОНЕНКО, канд. хим. наук (Уральский государственный технический университет — УПИ),
Т.П. КОЧНЕВА, инженер-технолог (ООО «Богословский кирпичный завод),
И.Д. КАЩЕЕВ, д-р техн. наук, М.П. КОЛЕСНИКОВА, канд. техн. наук (НОУ ВПО «Институт менеджмента и рынка»)
В качестве отощителя в производстве керамического кирпича применяется обычно природный песок. Песок вводится для снижения влажности массы и усадки, повышения температуры деформации изделия при обжиге. В связи с тем, что в промышленной зоне Северного Урала отсутствуют крупные месторождения песка, на Богословском кирпичном заводе (г. Краснотурьинск) появилась необходимость в поиске подходящего заменителя.
Для исследования возможности применения отходов Турьинского медного рудника (ТМР, г. Краснотурьинск) в качестве отощителя для производства кирпича проведены сравнительные исследования физико-химических свойств отхода ТМР и песка Каменского карьера (г. Краснотурьинск). Отходы ТМР получаются в процессе обогащения железных и медных руд методами магнитной сепарации и флотации. Обогатительная фабрика ТМР работает с 1961 г., и количество отходов на сегодняшний день составляет 4884 тыс. т на площади 1345 тыс. м2. Результаты химического анализа усредненных образцов показали, что отходы ТМР в основном содержат SiO2 (36,2 мас. %), CaO (26,7 мас. %), Fe2O3 (21,3 мас. %), A12O3 (7,3 мас. %), тогда как каменский песок — SiO2 (88,6 мас. %), Fe2O3 (1,2 мас. %), A12O3 (5,3 мас. %).
Для выявления минералогического состава отходов ТМР и каменского песка был проведен рентгенофазовый анализ. Рентгенограммы образцов получены на приборе ДРОН-4 (условия съемки: анод Cu, U = 40 кВ, I = 20 мА). Результаты исследований отходов ТМР и каменского песка приведены в табл. 1 и 2 соответственно. Согласно полученным данным отходы ТМР состоят преимущественно из граната и пироксена (андрадит, диопсид), магнетита. Каменский песок представлен в основном кварцем и опалом, содержит небольшое количество каолинита, граната, полевого шпата (анортит, альбит). В отличие от каменского песка в отходах ТМР имеются: кальцит и сульфиды железа — пирротин, пирит.
Таблица 1
Отходы ТМР |
Андрадит |
Диопсид |
Магнетит |
Кварц |
Кальцит |
||||||
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
4,26 |
28 |
4,47 |
70 |
4,26 |
35 |
||||||
4,02 |
27 |
3,343 |
100 |
||||||||
3,34 |
22 |
||||||||||
3,23 |
17 |
3,23 |
60 |
||||||||
3,189 |
18 |
||||||||||
3,03 |
100 |
3,015 |
60 |
2,98 |
100 |
3,04 |
100 |
||||
2,691 |
66 |
2,696 |
100 |
2,94 |
40 |
||||||
2,532 |
16 |
2,571 |
14 |
2,52 |
100 |
||||||
2,456 |
12 |
2,462 |
45 |
2,458 |
12 |
2,49 |
40 |
||||
2,359 |
16 |
2,365 |
18 |
2,29 |
10 |
2,27 |
60 |
||||
1,953 |
15 |
1,956 |
25 |
1,97 |
8 |
2,1 |
70 |
||||
1,907 |
19 |
1,907 |
12 |
1,92 |
60 |
||||||
1,67 |
15 |
1,673 |
25 |
1,66 |
8 |
||||||
1,61 |
33 |
1,611 |
60 |
1,61 |
64 |
||||||
1,603 |
20 |
1,6 |
70 |
||||||||
1,507 |
12 |
1,507 |
14 |
1,48 |
80 |
1,54 |
20 |
1,52 |
50 |
||
1,345 |
15 |
1,348 |
14 |
1,35 |
40 |
||||||
1,315 |
12 |
1,316 |
20 |
Таблица 2
Песок |
Кварц |
Каолинит |
Андрадит |
Анортит |
Альбит |
||||||
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
d, Å |
J/J0, % |
4,25 |
24 |
4,26 |
35 |
4,31 |
65 |
4,26 |
14 |
||||
4,03 |
4,08 |
30 |
4,11 |
60 |
|||||||
3,85 |
3,8 |
30 |
3,81 |
20 |
|||||||
3,7 |
3,6 |
20 |
3,7 |
30 |
|||||||
3,36 |
100 |
3,343 |
100 |
3,54 |
65 |
3,37 |
20 |
3,4 |
10 |
||
3,24 |
6 |
3,343 |
100 |
3,26 |
100 |
3,21 |
100 |
||||
3,189 |
9 |
3,195 |
8 |
3,2 |
100 |
||||||
2,452 |
9 |
2,458 |
12 |
2,551 |
35 |
2,458 |
12 |
2,44 |
40 |
||
2,278 |
5 |
2,282 |
12 |
2,29 |
10 |
2,31 |
40 |
||||
2,234 |
5 |
2,237 |
6 |
2,32 |
45 |
||||||
2,124 |
10 |
2,128 |
9 |
2,13 |
60 |
2,17 |
10 |
||||
1,977 |
4 |
1,98 |
6 |
1,97 |
8 |
||||||
1,816 |
13 |
1,817 |
17 |
1,832 |
4 |
||||||
1,67 |
5 |
1,672 |
7 |
1,664 |
16 |
1,66 |
8 |
||||
1,54 |
10 |
1,541 |
15 |
1,54 |
20 |
||||||
1,451 |
10 |
1,433 |
3 |
1,488 |
25 |
||||||
1,381 |
2 |
1,382 |
7 |
||||||||
1,373 |
1,375 |
11 |
Сравнительный минералогический состав отходов ТМР и каменского песка показал, что отходы ТМР содержат гранат (андрадит, пироксен, диопсид и гендебергит) в количестве 60—70% и магнезит — 10—15%, немного кальцита — 5—7%, кварц, опал — 5—8%, тогда как каменский песок содержит кварца, опала 75—85%, каолинита — 8—10%, магнезита — 1—3%, граната — 6%.
Для подтверждения данных рентгенофазового анализа были получены ИК-спектры исследуемых образцов каменского песка и отходов ТМР в области 400—4000 см-1 в таблетках с KBr (1 мг вещества на 300 мг KBr). ИК-спектры представлены на рисунке.
В ИК-спектре отходов ТМР (рис. а) присутствуют полосы поглощения при 3450, 1620 см-1, которые можно отнести к валентным и деформационным колебаниям Н2О соответственно. Полосы, обусловленные колебаниями Si-O, проявляются при 440, 510, 680, 1030 и 1070 см-1. О присутствии кальцита свидетельствуют полосы поглощения при 1410, 890 см-1.
ИКAспектры отходов ТМР (а) и каменского песка (б)
В ИК-спектре каменского песка (рис. б) к колебаниям Si-O относятся полосы поглощения в области 680, 770, 790,1070 см-1. О присутствии воды свидетельствуют полосы поглощения при 3430,1610 см-1. Полосы поглощения кальцита отсутствуют.
Таким образом, отходы ТМР, содержащие около 40% SiO2, могут быть рекомендованы для частичной замены природного песка в производстве керамического кирпича. Пониженное по сравнению с песком содержание SiO2 будет улучшать усадочные характеристики кирпича, так как на стадии обжига изделие меньше реагирует на модификационные превращения. Повышенное количество соединений железа будет способствовать улучшению цветности и спекания черепка. Недостатком отходов ТМР является значительное содержание карбонатов, поэтому отходы следует дозировать таким образом, чтобы суммарное количество карбонатов в шихте не превышало предельно допустимой нормы во избежание образования высолов на поверхности кирпичей. Использование техногенных отходов, занимающих большие территории вблизи г. Краснотурьинска, поможет успешному решению экологических проблем и позволит более рационально использовать минеральное сырье.
Статья взята из журнала «Строительные материалы»