Главная Пути использования отходов обогащения железистых кварцитов Беларуси
Пути использования отходов обогащения железистых кварцитов Беларуси Печать E-mail

Левицкий И.А., Павлюкевич Ю.Г., Баранцева С.Е., Климош Ю.А.

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет», г.Минск, Республика Беларусь

The complex study of mineral raw materials of the Republic of Belarus have been carried out. The questions of the structure formation, phase composition and characteristics of synthesized ceramics, glass ceramics and glazes with initial chemical and mineralogical composition of raw materials have been revealed. The ways of intensification of sintering processes of synthesized products on the base of the mineral raw materials have been developed. The influence of technological factors on phase structure, parameters of sintering ability and physical and mechanical properties of materials have been researched.

Рациональное, комплексное и экономное использование ресурсов недр - одно из важнейших условий развития экономики. В настоящее время для Республики Беларусь весьма актуальным является максимальное вовлечение в производство местных сырьевых ресурсов взамен импортируемых из-за рубежа. Как известно, керамическая и стекольная отрасли промышленности принадлежат к числу наиболее крупных потребителей природного сырья, топлива и энергии. Нехватка или отсутствие некоторых видов качественного минерального сырья вызывает необходимость поиска нетрадиционных местных источников, при этом особая роль отводится использованию отходов в качестве вторичного сырья. С этим ресурсным источником, как показывает опыт развитых европейских стран, связаны крупные резервы дальнейшей интенсификации производства.

Перспективными сырьевыми материалами для силикатной промышленности являются отходы обогащения железистых кварцитов Околовского месторождения Республики Беларусь. Это железорудное месторождение расположено в Столбцовском районе Минской области. Рудные тела залегают под чехлом осадочных пород протяженностью в северо-восточном направлении на 180 км при ширине 10-30 км и представлены разнообразными по составу гнейсами, амфиболитами, железистыми кварцитами и другими породами. Продуктивные (железорудные) породы имеют мощность от 30 до 120 м и составляют 28-35 % от общего объема пород.

В результате обогащения железистых кварцитов образуются два вида отходов: амфиболовый концентрат сухой и мокрой магнитной сепарации, минеральный и химический состав которых приведен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Минеральный состав железных руд Околовского месторождения

Порода

Минеральный состав пород, %*

магнетит

гематит

силикаты

карбонаты

сульфиды

кварц

апатит

Железные руды

15.2-23.3

0.61-2.81

46.03-55.9

1.27-1.56

0.16-0.3

20.2-25

0.36-0.4

Амфиболовый концентрат сухого обогащения (1)

1.37-2.02

73.78-80.3

1.11-1.32

0.14-0.19

16.5-22.8

0.21-0.25

Амфиболовый концентрат мокрого обогащения (2)

1.05-1.2

0.66-2.39

53.86-58.74

1.92-2.27

0.18-0.42

34.6-41.4

0.57-0.74



* здесь и далее по тексту приведено массовое содержание

Таблица 2 Химический состав амфиболовых концентратов сухой и мокрой магнитной сепарации

Типы сырья

Химический состав, %

SiO2

TiO2

Al2O3

Fe2O3

FeO

MnO

CaO

MgO

K2O

Na2O

P2O5

SO3

ппп

1

55.95-61.05

0.19-0.24

5.99-6.09

2.41-3.99

14.72-18.22

0.25-0.4

6.34-7.12

4.28-5.12

0.30-0.36

0.83-1.1

0.69-0.86

0.12-0.15

1.09-1.83

2

49.97-53.09

0.21-0.25

5.83-6.75

7.35-10.0

15.26-18.94

0.21–0.34

6.44-7.4

4.04-4.58

0.4-0.5

0.96-1.2

0.84-0.88

0.12-0.13

1.99-2.51

* здесь и далее по тексту приведено массовое содержание

Анализируя минеральный и химический составы отходов обогащения железистых кварцитов, можно отметить, что указанное сырье несомненно представляет определенный интерес в качестве сырьевого компонента при получении силикатных материалов различного назначения.

На блок-схеме приведены исследованные пути утилизации отходов обогащения железистых кварцитов в силикатной промышленности.

Термическая обработка проб амфиболовых концентратов сухой и мокрой магнитной сепарации показала, что температуры их плавления составляют 1170-1230 и 1130-1170 °С соответственно.

Согласно данным дифференциально-термического анализа на термограммах обеих проб сырья отмечается наличие экзотермического эффекта при 450-455 оС, обусловленного окислением двухвалентного железа. Эндотермические эффекты при 540-550 и 720-740 оС связаны с  удалением основной части структурной и оставшейся части конституционной воды.

Рентгенофазовый анализ (рис. 1) показал, что минеральный состав отходов сухой и мокрой магнитной сепарации представлен кварцем, роговой обманкой, минералами группы хлоритов, гематитом, магнетитом. Присутствуют также в незначительных количествах анортит, кальцит, биотит.

Изучение влияния исследуемого сырья на технологические свойства керамических масс для производства стеновых материалов - кирпича и камней керамических показало, что отходы обогащения железистых кварцитов способны оказывать пластифицирующее действие, снижать формовочную влажность, а также уменьшать показатели чувствительности керамических масс к сушке и обжигу. При их использовании в сочетании с легкоплавкими глинами в температурном интервале обжига 1000-1050°С достигаются высокие показатели физико-химических свойств керамических образцов: воздушная усадка 5.5-8%, общая  линейная усадка 7-10 %, водопоглощение 7.7-13.3%, кажущаяся плотность 2130-2190 кг/м3, механическая прочность при сжатии 43-63 МПа, морозостойкость более 35 циклов, эффективная удельная активность радионуклидов менее 90 Бк/кг.

При введении отходов сухого и мокрого обогащения железистых кварцитов  возможно регулирование как степени спекания керамических материалов, так  и механической прочности образцов изделий. Установлено, что оптимальное содержание обоих видов отходов в шихте составляет 20 %.

С использованием отходов, вводимых в массы в количестве 8-10%, получены образцы керамических плиток для внутренней облицовки стен. Требуемый комплекс свойств керамических плиток (водопоглощение, механическая прочность при изгибе, температурный коэффициент линейного расширения) обеспечивается при температуре обжига 1050оС. Водопоглощение образцов плиток составляет 14-16%, механическая прочность при изгибе - 17-23 МПа, температурный коэффициент линейного расширения образцов плиток -  (59-62)·10-7 К-1.

 

 

Рис. 1 - Рентгенограммы отходов сухого (а) и мокрого (б) обогащения железистых кварцитов, где a-кварц; - хлорит; - роговая обманка; - анортит; - гематит;  ▲ - магнетит;  - кальцит;       - биотит

Установлено, что изучаемое сырье благоприятно влияет на свойства керамических масс - снижает усадку, способствует расширению интервала спекания изделий и оказывает как отощающее, так и флюсующее действие. Доказана возможность использования отходов в количестве 5-20% в массах для получения майоликовых изделий бытового назначения с водопоглощением в пределах 16.5-20%, а также для плотноспекшихся керамических материалов низкотемпературного обжига с водопоглощением менее 5%.

Апробация амфиболовых концентратов при синтезе стекол была направлена на расширения сырьевой базы в производстве окрашенных стеклоизделий (стеклотары, некоторых видов архитектурно-строительного стекла). Стекла, синтезированные с использованием амфиболовых концентратов, имеют интенсивную окраску, в связи с чем интегральное светопропускание в видимой области спектра составляет 50-65%. Высокий уровень поглощения обусловлен наличием в составе амфиболов оксидов 3d-элементов (железа, титана, марганца). Сине-зеленая окраска стекол связана, главным образом,  с присутствием ионов железа, а регулирование их спектральных характеристик обусловлено изменением соотношения  Fe2+/Fe3+. При окислительном потенциале газовой среды максимум пропускания на спектрах стекол находится в области длин волн 560-570 нм, что отвечает зеленому цвету. При восстановительном потенциале газовой среды  максимум пропускания сдвигается в более коротковолновую область спектра (490-500 нм), что отвечает голубым тонам. В этом случае усиливается поглощение в ближней инфракрасной области спектра, что связано с увеличением соотношения Fe2+/Fe3+. Возможно расширение цветовой гаммы железосодержащих стекол при использовании комбинаций красителей, например  Fe2O3(FeO)-Se-CoO, Fe2O3(FeO)-NiO, Fe2O3(FeO)-Cr2O3. При этом получены образцы спектрально сложных цветовых тонов (шоколадного, коричневого, зеленовато-желтого, серо-зеленого).

Физико-химические свойства опытных стекол находятся на уровне показателей промышленных составов и воспроизводятся при использовании отдельных проб минерального сырья.

С использованием отходов обогащения железистых кварцитов получены стекловидные глазурные покрытия для декорирования различных керамических изделий: майоликовых изделий, печных изразцов и черепицы, окрашивание которых достигнуто без применения дорогостоящих импортных пигментов. Полученные глазури различной фактуры (от матовой до блестящей), характеризуются хорошей кроющей способностью, цветовая гамма представлена красно-коричневыми, шоколадными, темно-коричневыми и желто-зелеными тонами. Экспериментальные значения ТКЛР исследуемых глазурей составляют (55,5-68,8)´10-7К-1, микротвердость  5100-6580 МПа, термостойкость покрытий 200-250оС. Предельное содержание вводимых амфиболов в шихтах составляло 45-75%.

Амфиболовые концентраты использовались также для синтеза полуфриттованных и нефриттованных глазурей с повышенной устойчивостью к истиранию, предназначенных для декорирования плиток для полов однократного обжига, выпускаемых на поточно-конвейерных линиях типа RKS (Италия). Содержание отходов варьировалось от 10 до 50%. Получены покрытия со следующими характеристиками: третья степень износостойкости; ТКЛР покрытия 58,2×10-7 К-1; микротвердость 8860 МПа;  твердость по  Моосу 7; термостойкость 125°С; белизна 79%; блеск 17.3%.

При получении стеклокристаллических материалов вышеуказанное сырье служило основным компонентом и вводились в количестве 85-95 %. В этом случае процесс кристаллизации активно стимулируется присутствующими непосредственно в сырье оксидами железа и дополнительно вводимым хромитовой рудой небольшим количеством (1 %) оксида хрома. Установлено, что на основе стекол оптимального состава возможно получение двух типов материала: петроситалла с температурой кристаллизации при термообработке 820оС и каменного литья с температурой кристаллизации горячей отливки 800-810оС. Эксплуатационные  свойства синтезированных материалов следующие: плотность 2945-3016 кг/м3, кислотостойкость до 98% в 1 н HCl, износостойкость 0.03-0.04%/ч.

Фазовый состав материала представлен пироксеновым твердым раствором на основе пижонита и авгита, который, как известно, обладает уникальной способностью к широкому изо- и гетеровалентному изоморфизму, что обеспечивает вхождение в его кристаллическую решетку значительного числа различных химических элементов.

Полученные петроситаллы и каменное литье имеют однородную структуру, мономинеральный фазовый состав, высокую износоустойчивость, химическую стойкость и могут быть рекомендованы для отраслей промышленности и техники, сопряженных с работой деталей в условиях совместного воздействия трения различной природы и агрессивных сред.

Таким образом, установлено, что отходы обогащения железистых кварцитов благодаря своему химико-минералогическому составу можно отнести к перспективным ресурсам недр Республики Беларусь, на основе которых возможно получение ряда силикатных материалов многофункционального назначения. Разработка Околовского месторождения может внести весомый вклад в расширение сырьевой базы Республики Беларусь и номенклатуры выпускаемых силикатных изделий различного назначения, а также позволит организовать утилизацию отходов, образующихся при обогащении железных руд.

Научные основы химии и технологии переработки комплексного сырья том 2


busy
 

Язык сайта:

English Danish Finnish Norwegian Russian Swedish

Популярное на сайте

Ваш IP адрес:

18.206.194.21

Последние комментарии

При использовании материалов - активная ссылка на сайт https://helion-ltd.ru/ обязательна
All Rights Reserved 2008 - 2023 https://helion-ltd.ru/

@Mail.ru .