CC BY
31
УДК 691
doi 10.24411/2221-0458-2020-10043
РАЦИОНАЛЬНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ ГОК
«ТУВААСБЕСТ»
Очур-оол А.П.1, Манзырыкчы Х.Б.2, Зырянова В.Н.3 1 Тувинский государственный университет, г. Кызыл 2Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН, г. Кызыл 3Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин),
г.Новосибирск
RATIONAL USE OF TECHNOGENIC RAW AT MINING AND PROCESSING PLANT OF TUVAASBEST
A. P. Ochur-ool.1, K.B. Manzyrykchy2, V.N. Zyryanova3 1Tuvan State University, Kyzyl 2Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of the Siberian Branch of the RAS, Kyzyl 3Novosibirsk State University of Architecture and Civil Engineering (Sibstrin), Novosibirsk
В статье приведены результаты комплексной переработки промышленных отходов ГОК «Туваасбест» и создание инновационных технологических схем переработки минерального и техногенного сырья, которые были бы эффективны для развития строительного комплекса региона. Индустриальное развитие Республики Тыва в обозримой перспективе должно базироваться на освоении ее минеральных богатств, при соблюдении щадящего воздействия на природную среду. В то же время освоение минеральных ресурсов одним из наиболее капиталоемких. В настоящее время в России наблюдается тенденция увеличения темпов роста капитального и жилищного строительства. В условиях Республики Тыва этот процесс сдерживается вследствие дороговизны привозных строительных материалов. В то же время на территории Республики Тува насчитывается более ста разведанных месторождений глин, из них 19 месторождения учтены балансом. Одновременно на территории республики накоплены значительные объемы техногенных отходов: золотисто-шлаковых отвалов ТЭЦ, отходов кобальтового и асбестового производства, которые по своему составу являются перспективным сырьем для получения строительных и композитных материалов. Среди них особую ценность представляют отходы обогащения асбеста, состоящие в основном из серпентинитов. На предприятии ОАО «Туваасбест» отобрана проба (1000 кг) серпентинита из отвалов производства. Далее
активированный серпентинит перерабатывали по разработанной технологической схеме. В результате переработки были получены: оксид магния ( MgO), диоксид кремния ( SiO2), гипс полутораводный ( CaSO4 1,5 H2O), Fe-Cr-Ni концентрат ( Fe-44%: №-5,6%), раствор натрия хлористого, комплексная переработка техногенного сырья может обеспечить растущие потребности республики и строительных отходов на окружающую среду.
Ключевые слова: вяжущие; прочность; серпентинит; Ак-Довуракское месторождение; магнезиальные вяжущие; серпентинитовый цемент; гипсовые вяжущие; диоксид кремния «белая сажа»
This paper present the result of a comprehensive recycling industrial waste mine of Tuvaasbest at the creation innovative technological schemes of mineral raw materials and man-made, that would be useful the development of the building complex of the region. Industrial development of the Republic of Tuva in the foreseeable future should be based on the development of its mineral resources, while maintaining a sparing impact on the natural environment. At the same time, the development of mineral resources is one of the most capital-intensive. Currently, Russia has a tendency to increase the growth rate of capital and housing construction. In the Republic of Tuva, this process is hindered due to the high cost of imported construction materials. At the same time, on the territory of the Republic of Tuva, there are more than one hundred explored clay deposits, of which 19 deposits are accounted for by the balance sheet. At the same time, the Republic has accumulated significant amounts of man-made waste: gold-slag dumps of thermal power plants, waste from cobalt and asbestos production, which are promising raw materials for the production of construction and composite materials. Among them, asbestos enrichment waste is of particular value, consisting mainly of.
Keywords: binders; strength; serpentinite; Ak-Dovurakskoye field; magnesia binders; serpentinite cement; gypsum binders; silicon dioxide
Проблема комплексного
использования минерально-сырьевых
ресурсов является предметом
многочисленных исследований.
Специфичная особенность Тувы и сопредельных территорий Алтае-Саянского региона - это сочетание уникальных природных ресурсов и начальная стадия
формирования природного минерального и техногенного сырья.
Республика Тыва в промышленном отношении многократно отстает от уровня развития других областей, краев и республик Сибирского федерального округа и от среднего федерального уровня.
В последние годы для слаборазвитых регионов задача достижения приемлемого (среднероссийского) уровня социально-экономического развития стала важным приоритетом экономической политики государства, поэтому на современном этапе становится актуальным исследование экономического потенциала Республики Тыва для выбора «точек роста», выявления естественных конкурентных преимуществ территории, способных обеспечить ее ускоренное развитие.
Эффектное экономическое и социальное развитие территорий пионерного освоения может быть обеспечено в процессе формирования горнопромышленного комплекса,
позволяющего вовлекать в глубокую переработку минеральное сырье и выпускать продукцию высокой
технологической готовности.
Согласно утвержденной Концепции устойчивого развития, индустриальное развитие Республики Тыва в обозримой перспективе должно базироваться на освоении ее минеральных богатств, при соблюдении щадящего воздействия на природную среду. В то же время освоение минеральных ресурсов является одним из наиболее капиталоемких направлений.
В настоящее время в России наблюдается тенденция увеличения темпов роста капитального и жилищного строительства. В условиях Республики
Тыва этот процесс сдерживается вследствие дороговизны привозных строительных материалов. В то же время на территории Республики Тува
насчитывается более ста разведанных месторождений глин, из них 19 месторождений учтены балансом. По состоянию на 1993 г. запасы-глинистого сырья по промышленным категориям составляют (тыс. т): Шуйское месторождение - 1664; Холчукское -1655,6; Сосновское - 2892 [1, С. 42].
Одновременно на территории республики накоплены значительные объемы техногенных отходов: золотисто-шлаковых отвалов ТЭЦ, отходов кобальтового и асбестового производства, которые по своему составу являются перспективным сырьем для получения строительных и композитных материалов. Разработка и внедрение в горнодобывающую и перерабатывающую промышленность новых технологических решений, обеспечивающих выпуск качественных конечных продуктов, приобретает актуальность и
востребованность и современных условиях.
Вопрос о возведении полученных продуктов и различные отрасли промышленности с дальнейшим
внедрением в производство приобретает особую актуальность.
Среди них особую ценность представляют отходы обогащения асбеста,
состоящие в основном из серпентинитов: Mg6 [(OH) 8(Si4O10)], основными примесями являются: хромит- FrCr2O4, магнетит- FeFe2O4.
Ак-Довуракское месторождение хризотил-асбеста находится на территории Барун-Хемчикского района Республики Тыва и расположено на северном склоне долины реки Хемчик (приток реки Енисей), в 4 км в 1964 г. было основано само крупное предприятие республики -тувинский асбестовый горно-
обогатительный комбинат «Туваасбест». Асбестовая обогатительная фабрика предназначена для переработки миллионов тонн, что в перерасчете на годовую продукцию составляет 3 миллиона 370 тысяч тонн асбеста. За длинные волокна и высокую прядильную способность тувинский асбест называют «горным льном». Кроме того, это месторождение характеризуется отсутствием следов тяжелых металлов в асбестовой руде. В настоящее время горные работы на комбинате ведутся открытым способом с подготовкой рудной массы в выемке буровзрывными работами. При обогащении асбеста применяется сухой
гравитационный метод. В процессе дробления руды происходит разрушение по слабым контактам жил хризотил-асбеста с вмещающей породой, т.е отделение асбеста от пород, распушка волокон асбеста. Обогащение асбестовых руд на грохотах с
отсасыванием основано на различии скоростей витания в воздушной среде распушенного волокна и зерен пустой породы [2, С. 58].
В рудном потоке производится дробление, грохочение руды с извлечением вскрытого асбеста и получением черновых концентратов. В перекисном потоке черновые концентраты обеспыливаются, обезглавливаются. Волокна асбеста классифицируются по длине, в результате чего получают готовые марки асбеста, в соответствии с требованиями стандарта.
Отходы процесса обогащения высокосортных руд представлены механической смесью частиц вмещающих породы размером менее 12 мм и асбеста (90-95%), в основном представленного короткимволокном непромышленной
длины (менее 0,4 мм). Количество хвостов (отходов производства) составляет 92,9% от исходной в цехе руды. Хвосты всех переделов обогащения высокосортной руды собираются в бункер, из них хвосты выгружаются и вывозятся на отвал. На горно-обогатительном комбинате
«Туваасбест», годовой выход скальных вскрышных пород 2.9 млн м куба, отходов обогащения асбеста 3 млн т. [3, С. 44].
Отвалы комбината представлены: вскрышными породами, преимущественно серпентинитами зеленого цвета и серо-зеленого цвета, которые вывозятся непосредственно из карьера и
ISSN 2077-6896
складируются промышленными отходами пустой породы в виде щебня, складируются промышленными отходами обогащения асбестовой руды светло-серого цвета, и которые содержат в своем составе мелкие частицы низкосортного асбеста.
В ТувИКОПР СО РАН производятся научные исследования по комплексной переработке отходов асбеста горнообогатительного комбината «Туваасбест» с целью извлечения различных видов товарных продуктов: диоксида кремния, оксида магния, гипса, силиката натрия, соли хлорида натрия и железно-хромового кека. Полученные продукты могут являться сырьем для изготовления строительных материалов, таких как магнезиальные вяжущие, гипсовые вяжущие, силикатный кирпич, цемент Сореля, различные композиционные материалы, сухие строительные смеси.
Данная цель достигается за счет использования эффективных методов интенсификации механохимической
активации серпентинита. В качестве базового варианта разложения принято сернокислотное вскрытие серпентинита. Оптимальными условиями
сернокислотного выщелачивания
серпентинита являются: Т: Ж=1: t=95-1000C, т=4ч. Твердый осадок после выщелачивания представляет собой черновой диоксид кремния. Для получения SiO2 высокой чистоты использовали
вариант растворения осадка в растворе NaOH с последующим осаждением из раствора кремниевой кислоты. Из раствора силиката натрия кремний осаждали раствором HCI в виде кремневой кислоты. Влажный осадок высушивали и прокладывали при температуре 800 градусов с получением диоксида кремния ( SiO2). Получаемый после перечистки диоксид кремния представляет собой продукт, который используется в производстве косметике и средств гигиены, качественных пластмасс и
резинотехнических изделий и т.п.
В результате цикла получения диоксида кремния остается сернокислый раствор, содержащий: 8-12 г/л Feобщ (7-20 г/л Fe3+), 18-22 г/л 0,1-0,4 г/л №, Сг. Технология переработки сернокислых растворов заключается в их предварительной очистке от примесей путем селективного осаждения Fe, Сг, № и выделении из раствора чистого карбоната (гидроксида) магния.
Магний из раствора осаждали в виде гидромагнезита. Осаждение проводили раствором соды, после сушки осадок прокаливали при 800С с получением оксида магния ( MgO). Маточные растворы от осаждения магния являются практически чистыми растворами сернокислого натрия. Для их утилизации использовали выделение из них сульфата магния ( CaSO4*nH2O)3, после прокали которого
получали высокочистый гипс ( CaSO4*1,5H2O), используемый в медицине и строительстве.
Разработанная технологическая схема переработки серпентинитов была опробована в опытно-промышленном масштабе, на опытно-технологическом участке
(ТИКОПР СО РА Н), в состав которого входят отделения пробоподготовки, дробления, измельчения, механоактивации, гидрометаллургических переделов и печной зал.
На предприятии ОАО «Туваасбест» отобрана проба (1000 кг) серпентинита из отвалов производства. Далее активированный серпентинит перерабатывали по разработанной технологической схеме. В результате переработки были получены:
Библиографический список 1. Создание технологий и оборудования высокоэффективной экологической безопасной переработки минерального сырья и техногенных отходов (на примере объектов горнопромышленной агломерации Тувы и сопредельных регионов): Сводный отчет по конкурсному проекту СО РАН № 28.4.8 (2004-2006) / Научный рук-ль к.т.н Ю. Д. Каминский; отв. ред. д.г.-м.н В. И. Лебедев. Кызыл: ТувИКОПР СО РАН, 2006- С.116.
ISSN 2077-6896
оксид магния ( MgO), диоксид кремния (SiO2), гипс полутораводный ( CaSO4 1,5 H2O), Fe-Cr-Ni концентрат ( Fe-44%: Cr, Ni-5,6%), раствор натрия хлористого. Вывод оксидов кремния и магния из 1т сырья составил 390 кг и 300 кг соответственно, Fe- концентрат - около 180 кг, состоящего в основном из оксидов железа, обогащенного хромом, никелем, титаном. Вывод гипса ( CaSO4 1,5 H2O) при переработке 1 т серпентинита составляет -560 кг. [4, С. 119; 5, С. 192].
Таким образом, комплексная переработка техногенного сырья может обеспечить растущие потребности республики и строительных отходов на окружающую среду [2].
2. Капинос А. В. Отчет по Ак-Довуракскому месторождению хризотил-асбеста за период с 1 июля 1952 г. по январь 1954г. С подсчетом запасов на 1 января 1954г.- Красноярск, 1954.
3. Зырянова В.Н., Бердов Г.И., Верещагин В.И., Лыткина Е.В., Очур-оол А.П. Серпентинитвые магнезиальные вяжущие вещества на основе техногенного сырья // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2019. № 9 (729). С. 43-51.
ISSN 2077-6896
4. Зырянова В.Н., Лыткина Е.В., Очур-оол А.П. Влияние механохимической активации на свойства композиционного магнезиального вяжущего // В книге: Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии. Материалы Международной научно-технической конференции. Редколлегия: М.Е. Лустенков [и др.]. 2020. С. 118-119.
5. Зырянова В.Н., Очур-оол А.П. Использование техногенного сырья Тывы для производства строительных материалов // В сборнике: ПРОЕКТИРОВАНИЕ И СТРОИТЕЛЬСТВО. сборник научных трудов 3-й Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов, магистров и бакалавров. Юго-Западный государственный университет, Московский государственный машиностроительный университет. 2019. С. 191-193.
References
1. Sozdanie tehnologij i oborudovanija vysokoj effektivnoj j ekologicheskoj
bezopasnoj pererabotki mineral'nogo sy r'ja i tehno gennyh othodov (na pri mere ob#ektov gornopro myshlennoj aglomeracii Tu vy i sopred el'nyh regionov): Svo dnyj otchet po konku rsnomu proektu SO RAN № 28. 4.8 (2004-2006) [Creation of technologies and equipment for highly
efficient and safe processing of mineral raw materials and man-made waste (using the example of mining agglomeration facilities in Tuva and neighboring regions): Summary report on the competitive project of the SB RAS № 28.4.8 (2004-2006)]. Kyzyl, Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of the Siberian Branch of the RAS, 2006, p. 116. (In Russian)
2. Kapinos A.V. Ot chet po Ak-Dovu rakskomu mestorozhdeniju hrizotil -asbesta za per iod s 1 iju lja 1952 g. po janv ar' 1954g. S pods chetom zapasov na 1 janv arja 1954g. [Report on the Ak-Dovurak Deposit of chrysotile asbestos for the period from July 1, 1952 to January 1954. With stock counts as of January 1, 1954]. Krasnoyarsk, 1954. (In Russian)
3. Zyryanova V. N., Berdov G. I., Vereshchagin V. I., Lytkina E. V., Ochur-ool A. P. Serpentinitvye magnezial'nye vjazhushhie veshhestva na osnove tehnogennogo syr'ja [Serpentinite magnesian binders based on technogenic raw materials]. Izvestiya of Higher Educational Institutions. Construction. 2019, no. 9 (729), p. 43-51. (In Russian)
4. Zyryanova V. N., Lytkina E. V., Ochur-ool A. P. Vlijanie mehanohi micheskoj aktivacii na svojstva kompozicionnogo magnezial'nogo vjazhushhego [Influence of mechanochemical activation on the properties of a composite magnesia binder]. Materials, equipment and resource-saving
technologies. Materials of the International scientific and technical conference. Editorial Board: M. E. Lustenkov [et al.]. 2020, p. 118-119. (In Russian) 5. Zyryanova V. N., Ochur-ool A. P. Ispol'zovanie tehnog ennogo syr'ja Ty vy dlja proizv odstva stroitel'nyh materialov [The Use of technogenic raw materials of Tuva for production of construction
materials]. DESIGN AND
CONSTRUCTION. Collection of scientific papers of the 3rd International scientific and practical conference of young scientists, postgraduates, masters and bachelors. South-Western State University, Moscow, State Machine-Constructing University, 2019, p. 191-193. (In Russian)
Очур-оол Аржана Петровна - старший преподаватель кафедры общеинженерных дисциплин Тувинского государственного университета, Кызыл, e-mail: [email protected]
Манзырыкчы Херелмаа Борисовна - заведующая сектором физико-химических исследований ТувИКОПР СО РАН, Кызыл, e-mail: [email protected]
Зырянова Валентина Николаевна - профессор, д.т.н. кафедры строительные материалы, стандартизация и сертификация НГАСУ (Сибстрин), Новосибирск, e-mail: [email protected]
Arzhana P. Ochur-ool - Senior Lecturer at the Department of General Engineering, Tuvan State University, Kyzyl, e-mail: [email protected]
Kherelmaa B. Manzyrykchy - head of Physikal-Chemical Studies Section of Tuvinian Institute for Exploration of Natural Resources of the Siberian Branch of the RAS, Kyzyl, e-mail: [email protected]
Valentina N. Zyryanova - Professor, Doctor of Technical Sciences, Department of Construction Materials, Standardization and Certification of NGASU (Sibstrin), Novosibirsk, email: [email protected]
Статья поступила в редакцию 15.08.2020
