Сырье для производства пористых заполнителей. Природным сырьем для производства пористых заполнителей для легких бетонов служит большая группа горных пород

Природным сырьем для производства пористых заполнителей для легких бетонов служит большая группа горных пород, часть из которых имеет естественную высокую пористость (природные пористые заполнители), а другая часть приобретает ее при вспучивании после соответствующей термической обработки.

К первой группе относятся горные породы вулканического (пемзы, шлаки, туфы, крупнопористые базальты, андезито-базальты, андезиты) или осадочного происхождения (пористые известняки, известняки-ракушечники, спонголиты, опоки и другие кремнеземистые породы), из которых дроблением и фракционированием получают щебень с объемной насыпной массой не более 1200 кг/м³ (по фракции 5-10 мм) и песок с объемной насыпной массой не более 1400 кг/м³, отвечающие требованиям ГОСТа 22263-76 (2003) "Щебень и песок из пористых горных пород". В перспективе возможно использование еще целого ряда различных горных пород: туфодиатомитов (Приморский край), витрофиров (Средняя Азия), менилитовых сланцев (Карпаты), горелых пород (Кузбасс, Якутия), диктионемовых сланцев (Северо-запад), филлитов (Карелия) и др. Всего в лабораторных условиях оценены к настоящему времени 30 литологических разностей осадочных, изверженных и метаморфических пород и минералов, которые могут быть использованы для производства пористых заполнителей.

Ко второй группе пород, вспучивающихся при обжиге, относятся некоторые глинистые породы, кислые вулканические стекла и эффузивы, природные гидратированные слюды, шунгитсодержащие сланцы.

Требования к качеству пористых заполнителей, получаемых вспучиванием различных пород, лимитируются соответствующими государственными стандартами или техническими условиями: ГОСТ 9757-90 (2002) "Заполнители пористые неорганические для легких' бетонов", ГОСТ 9758-83 (2003) "Гравий и песок керамзитовые", ГОСТ 11991-83 "Щебень и песок аглопоритовые", ГОСТ 19345-83 "Гравий и песок шунгизитовые", ГОСТ 10832-91 (2004) "Пески и щебень перлитовые вспученные",ГОСТ12865-67 (1998)"Вермикулит вспученный", ТУ 21-31-29-80 "Гравий и щебень термолитовые".

Технические условия на сырье для производства пористых заполнителей, как правило, отсутствуют, поскольку возможность его применения корректируется технологией. Однако основные требования установлены практикой.

Для получения керамзита пригодны легкоплавкие глины и глинистые сланцы, в составе которых преобладают монтмориллонит, бейделлит и гидрослюды. Оптимальное содержание органического вещества в керамзитовых глинах 0,5-1,5 %. Наиболее благоприятный химический состав: Fе₂O₃ + FеО не менее 4 %, СаО не более 6 %, А1₂O₃ до 20 %. Крупные включения не допускаются.

Аглопорит получают из песчано-глинистых пород, пелитовые части которых сложены минералами группы монтмориллонита, и гидрослюд. Присутствие сернистых и сернокислых соединений нежелательно. Содержание СаО допускается не более 10%.

Для производства вспученного перлита наиболее пригодны кислые молодые вулканические стекла (перлит, обсидиан) и эффузивы (липариты и др.), содержащие не более 15 % кристаллических включений. Оптимальный химический состав (в %): SiO₂ 65-67, А1₂O₃ 12-14, Fе₂O₃ 1,5-2,5, СаО 1,5-2,5.

Техногенным сырьем для производства пористых заполнителей являются вскрышные породы месторождений целого ряда полезных ископаемых, а также различные шлаки и отходы углеобогащения.

Во вскрышных породах наиболее распространено керамзитовое сырье. Оно установлено на месторождениях очень многих видов полезных ископаемых - карбонатных пород разного назначения, огнеупорных, бентонитовых глин, бурого и каменного угля, фосфоритов, бокситов, формовочных песков, железистых кварцитов, марганцевых, сурьмяно-ртутных, кобальтсодержащих магнетитовых руд и др. Однако, как и в других подотраслях промышленности строительных материалов, вскрышные породы утилизируются мало и изучены слабо.

Утвержденные запасы керамзитовых глин во вскрышных породах на действующих горнодобывающих предприятиях имеются лишь на шести месторождениях: Назаровском (уголь) в Красноярском крае, Междуреченском (песок строительный) в Приморском, Черкасском (бентонит) на Украине, Соколовско-Сарбайском (железные руды), Восточно-Аятском и Дарбазинском (бентонит) в Казахстане. Суммарные запасы керамзитовых глин, на всех перечисленных месторождениях составляют менее 2 % всех разведанных запасов.

Слабо утилизируются также металлургические шлаки, золошлаковые отходы ТЭЦ, хвосты углеобогащения, хотя специалисты считают, что в перспективе это сырье должно стать основным, отодвинув на второй план керамзитовые глины.

Из металлургических шлаков получают шлаковую пемзу. Для этих целей пригодны жидкие шлаки, не склонные к распаду, имеющие температуру плавления не менее 1250 °С, вязкость не выше 5 Па/с, температуру кристаллизации не ниже 1100 °С, содержащие не менее 35 % кремнезема, не более 45 % оксида кальция, 8-18 % глинозема, 3 % МnО + FеО, 6-10 % Мg0. Качество шлаковой пемзы должно удовлетворять требованиям ГОСТа 2760-86 "Щебень и песок пористые из металлургического шлака (шлаковая пемза)". Несмотря на высокое качество и эффективность применения шлаковой пемзы, развитие ее производства сдерживается нерентабельностью большинства действующих установок по поризации жидкого шлака.

Золошлаковые отходы тепловых электростанций используются для получения аглопоритового гравия и щебня, глинозольного керамзита, безобжигового и обжигового зольного гравия. Для получения аглопорита целесообразно применять золы с температурой размягчения выше 1200°С, характеризующиеся интервалом размягчения более 100^о С и содержащие углерода до 12 %. Удельная вязкость зол должна составлять не менее 2000 см³/г. Установлено, что большая часть золы-уноса, образующейся при сжигании углей в СНГ, по химическому составу соответствует требованиям технологии производства аглопоритового щебня и гравия. Исключение составляют лишь высоко-кальциевые золы углей Канско-Ачинского бассейна.

При изготовлении глинозольного керамзита зола применяется в качестве добавки, вводимой в глину (10-30 %), а также как основной компонент шихты (50 % и более). Наиболее пригодна для этих целей зола-унос с содержанием кремнезема 33-57 % и глинозема 14-37 %. Количество углерода в золе не должно превышать 17 %. Применяемая технология позволяет использовать только золы из отвалов гидроудаления. Сухая зола-унос для производства глинозольного керамзита непригодна.

Для получения зольного гравия можно использовать как золошлаковые смеси из отвалов гидроудаления, так и в отдельных случаях золу-унос. В ней должно содержаться не менее 7 % Fe₂О₃ и более 8 % СаО + МgО. Строго регламентируется содержание углерода в золе (не более 1 %).

Отходы углеобогащения относятся в основном к невспучивающимся или слабовспучивающимся породам, поэтому их целесообразно использовать прежде всего для производства аглопорита. Предпочтительны для этого отходы гравитационного обогащения углей. От обычных глин отходы углеобогащения отличаются более высокой прочностью и меньшей влажностью.

В настоящее время разработан целый ряд технологий производства пористых заполнителей из различных промышленных отходов: из золы с небольшой добавкой отходов флотации углей, из шламов глиноземного производства и др. Такие технологии позволяют организовать производство пористых заполнителей практически в любом промышленном районе страны. Требуемые для этого большие энергетические затраты могут быть компенсированы высокой эффективностью применения пористых заполнителей (облегчение строительных конструкций и сокращение теплопотерь в зданиях).

Практический интерес могут представлять гидратированные слюды - отходы обогащения, скопившиеся в отвалах разрабатываемых месторождений электротехнических мусковитов в Мамско-Чуйском районе и на Алдане. Однако пока еще отечественное производство пористых заполнителей базируется в основном на природном сырье.

Разведанные запасы всех видов природного сырья составляют 4,4 млрд. м³, из них по видам: керамзитовые и аглопоритовые глины 2,8; пемзы, туфы и другие породы, пригодные в качестве природных пористых заполнителей 0,8; перлиты 0,3; опал-кристобалитовые породы, пригодные для производства термолита и трепелозита, - 0,4 млрд. м³, вермикулит - 25 млн. т. Около половины учтенных балансом месторождений мелкие (менее 1 млн. м³).

Добывается ежегодно для производства пористых заполнителей 35 млн. м³, в том числе керамзитовых глин 20, трепелов 4,5, перлита 3,5, пород с естественной высокой пористостью 7, шунгизитовых сланцев 0,2 млн. м³, вермикулита - 0,1 млн.т.

Географически запасы и добыча распределяются неравномерно. В силу геологических особенностей наиболее распространенное керамзитовое сырье имеется почти на всей территории страны. Однако некоторые районы (Тверская, Ярославская, Курская, Смоленская, Липецкая области, Азербайджан, Таджикистан, Туркменистан) обеспечены им недостаточно, хотя и здесь имеются перспективы обнаружения новых месторождений.

Другие виды природного сырья для производства пористых заполнителей распространены более локально. Пемзы, туфы и другие породы с высокой естественной пористостью, а также вспучивающиеся вулканические стекла и эффузивы (перлит, обсидиан, липарит) тяготеют к складчатым, преимущественно молодым областям (Закавказье, Восточная Сибирь, Дальний Восток, Украина и др.). Опал-кристобалитовые породы локализуются на платформах (Центральный, Поволжский, Волго-Вятский экономические районы). Вермикулит и шунгизит приурочены к выходам древних комплексов пород в Карелии и Мурманской области.

В целом обеспеченность существующего и намечаемого производства пористых заполнителей высокая. Тем не менее, некоторые предприятия не имеют достаточно надежной сырьевой базы.

Ряд заводов работает на неразведанном или неоцененном для производства пористых заполнителей сырье. К ним относятся Бескудниковский и Лосиноостровский в Московской, керамзитовые заводы в Тюменской, Певекский в Магаданской, Буйский в Костромской, Артемовский в Свердловской областях и др. Некоторые предприятия, в частности, Азаровский в Калужской, Кировский в Кировской, Комбинат железобетонных изделий-80 в Тульской области, Витебский в Белоруссии и другие по состоянию на тот же период были обеспечены разведанными запасами менее чем на 10 лет.

Таким образом, состояние обеспеченности производства пористых заполнителей природным минеральным сырьем нельзя считать благополучным. В то же время расширение использования различных видов техногенного сырья, освоение новых технологий позволили бы значительно увеличить выпуск пористых заполнителей, улучшить их качество, разнообразить ассортимент и создать в каждом промышленном районе собственное производство.

Дата добавления: 2014-12-24