CC BY
51
УДК 622.27 Е.А. Ермолович
УТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ ВАНАДИЕВОГО
ПРОИЗВОДСТВА В ПЛОТНЫХ СМЕСЯХ
ДЛЯ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
Рассмотрена возможность сокращения расхода цемента при изготовлении твердеющих закладочных паст, содержащих алюмотермический шлак и отходы обогащения железистых кварцитов. Обосновано применение суперпластификатора.
Ключевые слова: твердеющие закладочные смеси, отходы обогащения железистых кварцитов, алюмотермический шлак, суперпластификатор.
^ акладочные смеси повышенной плотности 1800-2200 кг/м3 в зависимости от содержания воды и вида заполнителя можно подразделить на два типа. Смеси первого типа представляют собой однородную плотную пульпу с содержанием воды 25-30 %, а второго -пасту с содержанием воды 20-23 %. Подвижность пульпообразных плотных смесей определяют осадкой конуса СтройЦНИИЛа по ГОСТ 5802, подвижность пастовой смеси - осадкой или расплывом конуса по ГОСТ 10181.
В пастообразном закладочном материале вода содержится в минимальном количестве, необходимом для обеспечения его транспортабельности. Это способствует сокращению повышенного расхода вяжущего и повышению прочности искусственного массива, так как излишки воды, необходимой для перемещения закладочной пульпы по трубопроводу, приводят к ее расслоению, вымыванию вяжущего и неравномерности закладочного массива. Применение пастообразных твердеющих смесей предотвращает возможность прорыва в горные выработки зашламованной воды из выработанного пространства [1-4].
В работе [3] выделены следующие достоинства пасты по сравнению с тра-
диционной твердеющей закладкой:
- снижение общего расхода цемента и других вяжущих на 15-25%;
- сокращение времени цикла очистной выемки за счет быстрого схватывания и твердения закладочной смеси в начальный период после укладки в выработанное пространство и принятия нагрузки очистного оборудования;
- снижение затрат на строение перемычек на горизонтальных горных выработках, сопрягающихся с выработанным пространством;
- снижение на 40-55% объема откачиваемой дренажной воды и, как следствие, уменьшение потерь вяжущего и загрязнения горных выработок, улучшение структуры закладочного массива.
К недостаткам исследователи отнесли более сложную доставку густой минеральной массы в выработанное пространство и меньшую прочность техногенного массива из-за превышения количества мелкодисперсных фракций.
Автор данной статьи постаралась сохранить преимущества и преодолеть указанные недостатки при создании пастового состава закладочной смеси. В задачу входило использование побочного продукта ванадиевого производства,
Таблица 1
Химический состав алюмотермического шлака
Массовая доля, %
СаО MgO А12Оз SiO2 V2O5 МпО ТЮ2 FeO Прочее
19,35 10,15 65,33 0,23 1,18 0,14 до 0,3 до 0,5 2,82
снижение расхода цемента при сохранении прочности закладочного массива и увеличение объемов утилизируемых техногенных отходов для существенного улучшения экологической среды региона Курской магнитной аномалии.
Химический состав аллюмотермиче-ского шлака - побочного продукта электрометаллургического производства ОАО "Ванадий" приведен в табл. 1.
Побочный продукт ванадиевого производства, измельченный до содержания частиц: менее 1 мкм - 4,2 %, менее 3 мкм- 12,4, менее 5 мкм - 15,9%, смешали с цементом ПЦ400 Д20, с отходами обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов, содержащими частицы: менее 1 мкм - 3,4 %; менее 3мкм- 12,6; менее 5 мкм - 17,2 % и затворили водой, в которую предварительно добавили суперпластификатор СП-1. Окончательную смесь перемешали до однородной консистенции. Из полученной смеси приготовили образцы размером 70х70х70 мм. После достижения распалубочной прочности расформо-ванные образцы поместили в климатическую камеру для дальнейшего твердения, в которой поддерживалась температура 20 +20 0С и относительная влажность 9095 %. Предел прочности на сжатие определяли в возрасте 28 и 90 суток. В табл. 2 приведен исходный валовой состав смеси и результаты испытаний механической прочности образцов, приготовленных из нее.
Тонкодисперсные составляющие композита обеспечили нормативную
Таблица 2
Состав смеси и результаты испытания на прочность при сжатии
прочность образцов, а введение пластифицирующей добавки позволило увеличить транспортабельность смеси с предельным напряжением сдвига, не превышающим 200 Па. Общий объем утилизации отходов производства составил 93,8 мас. % в пересчете на сухое вещество.
В то же время попытка создать шлакощелочной бетон, заменив цемент молотым до крупности цемента доменным гранулированным шлаком 3 сорта в количестве 12 % от массы смеси,не оправдала расчеты. Прочность образцов в возрасте 90 суток не превысил 3,5 МПа. Однако при необходимости возможно применение такого композита при условии набора прочности искусственным массивом в течение более длительного времени, не менее 180 суток. В этом случае объем утилизации отходов производства составит 100 мас. % в пересчете на сухое вещество. Кроме того, положительным моментом является возможность использования в качестве заполнителя лежалых отходов обогащения и мелких песков, содержащих глинистые фракции. Образующиеся при взаимодействии доменного и алюмотермического шлаков щелочные гидроалюмосиликаты обладают вяжущими свойствами. От того обычно вредные глинистые фракции в песке в этом случае не ухудшают, а улучшают физико-механические свойства бетона.
Расход компонентов (масс. %) при изготовлении закладочных смеси Предел прочности при сжатии в возрасте 28 суток, МПА Предел прочности при сжатии в возрасте 90 суток, МПА Объем утилизации отходов произ-во-дства, масс. % на сухое вещество
Це- мент Алюмотер- мический шлак Отходы обогащения мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов СП-1, % от цемента Вода
4,85 14,5 60,2 1,0 20,4 4,5 6,35 93,8
Возможно дальнейшие исследования в этом направлении, связанные с механическим активированием доменного гранулированного шлака 3 сорта, позволят получить из закладочной шлакощелочной пасты искусственный массив требуемой прочности. Задача интересна еще и тем, что шлакощелочные компоненты придают композитам водонепроницаемость, морозостойкость и лучшую устойчивость к действию агрессивных сред, в частности, к сульфатной и углекислотной коррозии. Несомненно, что данные качества востребованы в технологии
1. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. - М.: Недра, 1984. - 224 с.
2. Ломоносов Г.Г., Полоник П.И., Абда-лах Х. Совершенствование технологии очистных работ на основе применения пастообразных закладочных материалов // Горный журнал. - 2000. - № 2. - С. 21-23.
3. Ляшенко В.И., Дятчин В.З., Тархин Ю.Н. Научно-технические основы повыше-
подземной разработки месторождений с закладкой выработанного пространства.
Исследования выполнены с использованием оборудования Центра коллективного пользования научным оборудованием БелГУ «Диагностика структуры и свойств наноматериалов» при проведении поисковой научно-
исследовательской работы в рамках реализации ФЦП «Научные и научнопедагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (проект П-1077).
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ния безопасности жизнедеятельности в уранодобывающем регионе // Науковий вюник НГУ-2010. - № 2. - С. 7-14.
4. Гусев Ю.П., Березиков Е.П., Крупник Л.А. и др. Ресурсосберегающие технологие добычи руды на Малеевском руднике Зырянов-ского ГОКа (АО «Казцинк) // Горный журнал. -2008. -№11. -С. 29-22. ЕШ '
— Коротко об авторе ---------------------------------------------------------------
Ермолович Елена Ахмедовна - кандидат технических наук, Национальный исследовательский университет «БелГУ», доцент кафедры инженерной геологии и гидрогеологии, e-mail: elena. [email protected]
