29 Июнь 2016

 

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. %), Fe2O(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»