Вспученный вермикулит применяется для теплоизоляции стен, полов, фундаментов, а также для звуковой изоляции зданий

Гершенкоп А.Ш., д.т.н. ,зам. директора Горного института КНЦ РАН
Хохуля М.С., к.т.н., с.н.с. Горного института КНЦ РАН

Вермикулит – продукт гидратации флогопита или биотита, отсюда и колебания его удельного веса: 2.6-3.0 г/см³ (на основе биотита) и 2.4-2.6 г/см³ (на основе флогопита).

Вермикулит обладает свойством увеличиваться в объеме после обжига до 15-20 раз при температурах от 400 до 500^оС.

Вспученный вермикулит применяется в строительстве для теплоизоляции стен, полов, фундаментов и т.д., а также для звуковой изоляции зданий гражданского и промышленного назначения. Он обеспечивает длительную (до 10 часов) огнезащиту металлических и деревянных конструкций, предотвращает развитие плесени и грибка и используется для засыпки пустот и перекрытий и в качестве наполнителя строительных смесей (легких бетонов, теплых и декоративных штукатурок, огнестойких покрытий). В пищевой промышленности применяется для изоляции холодильных камер, фильтрации воды. Является хорошим адсорбентом для улавливания дыма, ядовитых газов, очистки промышленных стоков, изоляции при транспортировке активных жидкостей и кислот. В атомной энергетике используется как защитный материал, способный поглощать гамма-излучения и радиоактивные изотопы. Широко используется в сельском хозяйстве – от гидропоники до внесения в грунт для улучшения свойств почв, также применяется в металлургии, машиностроении, судостроении, шахтостроении и т.д.

В России и в странах СНГ известен целый ряд месторождений, содержащих вермикулит, и в зависимости от минералогического состава, происхождения вермикулита предлагаются различные варианты технологических схем, основанных на гравитационных способах обогащения. Сухая технология с использованием дробления и воздушной сепарации может применяться для обогащения богатых руд или для доводки получаемых концентратов.

В целом переработку руды на ГОКе «Ковдорслюда» можно разбить на три периода: первый относится к опытной фабрике, которую условно можно было назвать опытной, т.к. существовал план выпуска вермикулитового концентрата, который после 1974 года составлял 10 тыс. тонн качественного концентрата в год, включая экспортные поставки; второй период охватывает время с момента пуска промышленной фабрики в 1975 г. до середины 1980-х годов, когда техническая политика, принятая на комбинате, привела к изменению технологической схемы фабрики; третий период охватывает работу фабрики по измененной технологии до настоящего времени.

Наиболее качественный концентрат получается из Ковдорского вермикулитового месторождения, в котором вермикулит является продуктом гидратации флогопита, а все месторождение служит как бы покрывающими породами для крупнейшего месторождения в мире – флогопитового. С переходом на открытые горные работы были созданы гигантские склады вермикулитовых руд для вскрытия собственно флогопитового месторождения, поэтому говорить о сортах руд по качеству слюд уже не приходится. Были созданы склады рядовых, бедных и богатых руд и условно отдельно склад сунгулитовых руд. Такое положение не способствовало развитию вермикулитового производства. Хотя есть некоторые специалисты, которые говорят, что склады играют положительную роль, т.к. здесь происходят процессы дезинтеграции исходной руды. Это положение спорно, т.к., хотя при перегрузках и происходит некоторая дезинтеграция руды, но вопросов подготовки руды к обогащению не решает.

Необходимо пояснить, что представляет из себя каждый период производства вермикулитового концентрата.

При эксплуатации опытной фабрики была принята технологическая схема, основанная только на использовании отсадочных машин как диафрагмовых, так и пневматических для проверки технологических решений, которые должны были использоваться на промышленной фабрике. Но опытная фабрика плохо справлялась с планом выпуска концентрата. В это время и было принято решение об использовании другой технологии с применением винтовых сепараторов и концентрационных столов. Чтобы не срывать план, новая технологическая схема была смонтирована так, что ее питанием служили хвосты отсадки (ее отходы). После отработки параметров новая технология обогащения давала больше концентрата, чем старая схема, работающая на исходной руде. Получение приемлемых показателей позволило оставить старую схему и перейти на новую технологию. Без особого напряжения фабрика стала выполнять план выработки концентрата, который увеличивался. И с 4.0 производительность фабрики была увеличена до 6.0, а затем и до 10.0 тыс. тонн в год. Следует отметить, что исходная руда проходила спиральный классификатор для вывода из процесса тонкодисперсной фракции. Транспортировка руды по этому аппарату заменяла дезинтеграцию исходной руды. Затем, ввиду его поломки, последние годы эксплуатации опытной фабрики были не лучшими, сразу почувствовалось отсутствие рудоподготовки. Качество концентрата достигалось с большими трудностями.

В этот период был изменен проект фабрики, отсадке подвергался материал меньше 13 (20) мм и крупнее 5 мм, а руда мельче 5 мм (80% руды) направлялась на винтовые сепараторы и концентрационные столы, материал крупнее 13 (20) мм обогащался избирательным дроблением. Пуск промышленной фабрики состоялся в 1975 году.

С этого момента начался второй этап эксплуатации Ковдорского вермикулитового месторождения. Он отличался, прежде всего, большим объемом пуско-наладочных работ. К сожалению, проект страдал рядом существенных недостатков. Прежде всего, это относилось к обогащению материала крупнее 13 (20) мм, транспортным магистралям для хвостов, недостаточной эффективностью обогащения материала крупнее 5 мм, наличием дезинтеграции только для руды крупнее 20 мм, плохой работой классифицирующего оборудования на дуговых и обезвоживающих грохотах, расположению насосов и т.д.

В этот период главной задачей института было доказать правильность выбора технологии путем ликвидации узких мест фабрики. Была изменена схема обезвоживания, вместо вибрационных грохотов установлены последовательно гидроциклоны и барабанные грохота, что дало возможность сразу поднять извлечение вермикулита на фабрике. Изменены транспортные магистрали хвостов внутри фабрики, дуговые грохоты перед концентрационными столами заменены на барабанные, ликвидировано зависание руды в промежуточных бункерах, установлены автомобильные весы, и выполнено много других работ, позволивших фабрике работать стабильно.

К перспективным работам в этот период следует отнести испытания щелевого сепаратора на материале крупнее 20 мм, показавшего очень хорошие результаты, испытания гидравлического сепаратора на руде крупностью менее 20 мм и более 13 мм, хотя он мог бы с успехом работать и на материале крупностью менее 20 и крупнее 5 мм. Было предложено раздельное обогащение класса –5+2 и –2+0.5 мм, показана возможность переработки руды крупностью –0.5+0.15 мм, считавшейся забалансовой. Несмотря на значимые результаты проведенных работ, по субъективным причинам ни одно из предлагаемых решений не было принято, так как уже техническое руководство комбината готовилось к изменению технологии. В это время при обогащении материала менее 5 мм фабрика превысила проектные показатели, но недостаточное извлечение вермикулита из руды крупностью более 5 мм и неработоспособность схемы обогащения руды крупнее 20 мм существенно снижали общие показатели обогащения.

Было непонятно, почему материал крупнее 20 мм, поступивший на фабрику и прошедший технологическую цепочку, возвращался на склад, в то время как можно было извлечь слюду с использованием щелевого сепаратора и складировать ее, впоследствии додрабливая ее до нужной крупности на применяемых в практике аппаратах.

В частности разработками института показана возможность измельчения слюдяных концентратов в стержневых мельницах до стандартных сортов.

Для проверки технологии обогащения в сравнении с предлагаемыми новыми решениями и с внедряемой головным институтом и комбинатом технологией с использованием отсадки в период проведения работ по утверждению кондиций на руду были проведены испытания предлагаемых схем. По схеме, внедряемой на фабрике, было получено извлечение вермикулита в концентрат более чем на 20% меньше, чем по предлагаемым решениям. Но даже достижение таких показателей не остановило техническое руководство комбината и внедрение технологии с отсадкой не прекратилось. При запуске этой схемы перерабатывалась богатая руда и показатели, полученные в опытно-промышленных условиях, подтвердились. В этот период извлечение вермикулита было на уровне 50-55%.

Следующий период охватывает работу фабрики в 1990-е годы и по настоящее время. Качество руды ухудшилось, но было по-прежнему выше среднего по месторождению. Показатели обогащения стали соответствовать периоду работы опытной фабрики. Было принято решение о доводке концентрата содержанием вермикулита ниже 70% в цехе фракционирования, который оснащен воздушной сепарацией, молотковыми дробилками и классифицирующим оборудованием. Первоначально этот цех служил для доводки рядового концентрата содержанием более 85% до экспортных сортов, а в настоящее время без этого цеха полупродукт, выпускаемый фабрикой, трудно назвать концентратом.

Были предприняты шаги по налаживанию положения дел на фабрике. Институт смог найти изготовителя нестандартного оборудования.

Однако руководство фабрики остановило эти работы. Небольшое количество оборудования, которое успели изготовить, было установлено не на тех операциях, где было рекомендовано, а изготовление оборудования для крупных классов руды прекратилось из-за отсутствия финансирования.

В настоящее время технология обогащения вермикулитовых руд требует кардинального вмешательства. Институт готов принять участие в реконструкции и модернизации фабрики.

Частично используя разработки института, мы продолжали исследования по обогащению вермикулитовых руд. В 1980-е и 1990-е годы был выполнен ряд работ как в теоретическом, так и в практическом плане. Завершены исследования по обогащению флогопитовых, мусковитовых забалансовых руд, которыми показана возможность получения концентратов высокого качества, пригодных для производства молотых слюд. За этот период выполнены работы по обогащению вермикулитовых руд Урала и Казахстана, где гораздо сложнее вещественный их состав и хуже качество слюд.

Вермикулит образовался на основе биотита, сопутствующие минералы состоят более чем на 40% из полевых шпатов, а вермикулит тяжелее сопутствующих минералов, чего так боятся специалисты ОАО «Ковдорслюда». Работы, выполненные на этих рудах, показали эффективность предлагаемых решений для обогащения слюдяных руд. Разработаны технологии обогащения Потанинского, Алтынтасского, Каратасского, Барчинского, Шолак-Кайрактанского месторождений. Руды ряда месторождений были поставлены на государственный баланс запасов СССР на основе предложенных решений по их переработке, проверенных в опытно-промышленных условиях.

Не прекращались работы и по обогащению флогопитовых и мусковитовых руд. Так, в промышленных условиях проверена работа щелевых сепараторов, которыми показана возможность замены применяемого избирательного дробления и грохочения с использованием грохотов с уголковыми решетками с получением более качественных концентратов и существенно более высоким извлечением, возможность получения флогопитовых концентратов высокого качества из руды крупностью менее 20 мм с вовлечением в переработку практически всей слюды этой крупности. В этот период выполнены работы по обогащению забалансовых мусковитовых месторождений Неблогорского месторождения, месторождения Сосновый бор, рудников Плотина, Малиновая Варакка, Тэдино ГОКа «Карелслюда», Риколатва и Ена ГОКа «Ковдорслюда».

Проведены опытно-промышленные испытания получения высококачественных мусковитовых концентратов из забалансовых руд рудников Малиновая Варакка и Тэдино ГОКа «Карелслюда», проверена работа щелевого сепаратора на руднике Плотина. По просьбе руководства ГОКа «Карелслюда», выполнено тщательное опробование установки, созданной институтом Гипронинеметаллоруд по «сухой» технологии для обогащения мусковитовых руд крупностью менее 20 мм, которое показало, что содержание мусковита в концентрате составило менее 87% при извлечении на уровне 25-30%, что совпало с данными специалистов ГОКа «Карелслюда». Такой концентрат не мог использоваться в промышленности, для сбыта вынуждены были подмешивать его к скрапу. Следует отметить, что глубина обогащения составляла всего 3 мм, что вовлекало в переработку только около 40% забалансовых руд. Руководством ГОКа «Карелслюда» было принято решение о строительстве цеха по переработке забалансовых мусковитовых руд. Проект такого цеха был создан, но реализовать его не удалось, т.к. ГОК «Карелслюда», объединяющий производство слюдяной и полевошпатовой продукции, перестал существовать.

Несмотря на информацию о работе установки по обогащению мусковитовых руд крупностью менее 20 мм на ГОКе «Карелслюда», создается установка по аналогичной схеме для переработки флогопитовых отвалов на ГОКе «Ковдорслюда» на бывшей опытной фабрике, где имелись коммуникации для реализации схемы, предлагаемой институтом. В отличие от установки по переработке мусковитовых руд, где содержание мусковита составляло 11-12%, здесь вовлекались в переработку богатые отвалы с содержанием до 80% флогопита, а извлечение считалось только от руды крупностью до 3 мм, т.е. большая часть руд попадала в новые отвалы, образованные на краю вермикулитового хвостохранилища.

Проведенное опробование этой установки подтвердило данные работы установки на руднике Плотина, использование отвалов было также на уровне 25-30% при сквозном пересчете на всю руду, содержащуюся в отвалах. Качество концентрата здесь было высоким, учитывая содержание флогопита в этих отвалах.

В 2000 году мы вернулись к проблеме переработки мусковитовых руд отвалов рудника Риколатва. Совместно с Геолкомом были обследованы все отвалы, выделены промышленно значимые, подсчитаны запасы и отобраны технологические пробы. По данным опробований отвалов, проведенных технологических исследований, впервые в России были утверждены запасы забалансовых мусковитовых руд на примере рудника Риколатва с учетом всей слюды, находящейся в отвалах. Эта слюда может быть использована для производства молотых слюд, а крупный мусковит –20+10 мм для производства слюдобумаг. Учитывая состояние мусковитовых рудников, эти отвалы могут стать основным сырьем для производства концентратов различной крупности и молотых слюд на основе мусковита.

Биотит, содержащийся в рудах рудника Риколатва, может также использоваться для целевого назначения. Качество всех полученных концентратов составляло около 100%. Следует подчеркнуть, что удельные веса сопутствующих мусковиту основных минералов близки к удельному весу мусковита. Возвращаясь к вермикулитовым рудам, где удельные веса очень небольшой части минералов близки к удельным весам гидрослюд на Ковдорском вермикулитовом месторождении, можно сказать, что проблема обогащения последних искусственна. Вопрос переработки этих руд требует нестандартного подхода, которым институт владеет, и понимания со стороны специалистов, отвечающих за полноту использования недр на этом месторождении.

Для нормальной работы фабрики требуется в первую очередь предусмотреть рудоподготовку и при переработке слюдяных руд максимально использовать разницу в форме частиц слюды и остальных минералов, входящих в состав руды. Такие конструкции аппаратов разработаны в институте и могут быть изготовлены на любом механическом заводе и даже в механических мастерских. Одним из вариантов реконструкции фабрики может быть создание рядом с действующей фабрикой новой нитки с использованием узла дробления старой. После ввода в эксплуатацию этой нитки можно будет заняться реконструкцией старой фабрики. Таким образом, не останавливая производство вермикулита, можно наладить работу фабрики. Теперь несколько соображений по поводу качества концентрата, выпускаемого фабрикой. В первую очередь это относится к содержанию вермикулита и его крупности. Существующее положение по доработке выпускаемого фабрикой полупродукта в цехе классификации приводит к удорожанию выпускаемой продукции и к значительным потерям вермикулита. Поэтому предлагается качество концентрата, выпускаемого фабрикой, поднять до 85-90%, а крупность этого концентрата должна соответствовать машинным классам, обогащаемым на фабрике, т.е. после обогащения концентрат различной крупности должен готовиться к реализации отдельно, а не перемешиваться и снова классифицироваться. Цех фракционирования должен использоваться по назначению, для получения экспортных сортов концентрата.

Институт готов как к конструктивному диалогу с производственниками, так и к участию в реализации усовершенствованной технологии получения вермикулитового концентрата. Новая технология способна обеспечить более эффективное использование сырья Ковдорского вермикулитового месторождения, снижение себестоимости концентрата и одновременное повышение качества продуктов.

ЖУРНАЛ "СЕВЕР ПРОМЫШЛЕННЫЙ" № 6-7 2008

Еще статьи на тему "вермикулит":

Вермикулит