СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА БАЗЕ МАГНЕЗИАЛЬНОГО СЫРЬЯ
Строительная промышленность и ее база - производство строительных материалов
потребляют огромное количество минерального сырья различного состава и свойств.
Содержание свободного оксидf магния в сырье, предназначенном для изготовления
материалов (цемента, бетона и др.), строго нормируется ГОСТом и составляет 2-5%.
Это резко ограничивает сырьевые возможности для производства строительных материалов.
Как показали исследования, одним из перспективных видов сырья для производства
строительных материалов могут быть изверженные горные породы ультраосновного
состава (попутные продукты обогащения руд), содержащие силикаты магния.
Получаемые в результате переработки месторождений многих полезных ископаемых
измельченные минеральные массы - попутные продукты (порошки, пески, щебень)
складируются и хранятся в отвалах (хвостохранилищах), ухудшают экологическую
обстановку в ряде районов страны: Кольского полуострова, Урала, Сибири и Дальнего
Востока. Запасы этого сырья велики: по отдельным массивам магнезиальных ультраосновных
горных пород насчитывается более 75 млрд.т (на глубину 100м); ежегодный дебет
подобных по составу попутных продуктов добычи и обогащения руд более 100 млн.т,
а запасы, накопившиеся в отвалах, исчисляются сотнями млн.т. Например, количество
заскладированного магнийсодержащего сырья только по некоторым горнообогатительным
предприятиям (Ковдорский, Донской, Коршуновский, Качканарский и др. ГОКи) составляет
более 3 млрд.т., для хранения которого занято более 150 кв.км земельных угодий.
Затраты, связанные с транспортированием и обслуживанием хранилищ магнезиальных
попутных продуктов, составляют порядка 40370,6 тыс.руб. в год (в ценах 1989
года). Поэтому использование этого сырья имеет экономическое, экологическое
и социальное значение. Составлен кадастр сырья, содержащего силикаты магния,
на территории Российской Федерации. Наряду с этим решается проблема замены импортного
сырья для промышленности строительных материалов, ввозимого из Украины. Казахстана
и других стран СНГ. Строительные материалы, созданные на основе нетрадиционного
сырья, - экологически чистые и имеют пониженную радиационную проницаемость,
что улучшает условия среды обитания человека.
Работа проводилась в соответствии с планом ряда программ по важнейшей тематике
научно-исследовательских работ разного уровня, в том числе была включена в государственную
научно-техническую программу “Стройпрогресс” Министерства науки и технической
политики России.
Структурно-кристаллические закономерности магнезиальных силикатов, генетические
особенности, высокие технические свойства и их распространенность в природе
являются основанием для проведения исследований по сырью и разработке научно-технических
основ ресурсосберегающих технологий производства новых видов вяжущих веществ,
стекла, керамики и др. полидисперсных материалов. С позиции их промышленной
переработки в полезный продукт предложена классификация магнезиальных силикатов
и разработаны научные методы конструирования различных строительных материалов:
автоклавный синтез (давление паро-газовой среды, температура) - силикато-бетон,
газосиликат, пирогенный синтез (обжиг при температурах в интервале 800-1500
С) - керамика, цемент, керамические пигменты, стекло и др., управление макроструктурой
искусственного камня - смешивание с цементирующей минеральной и органической
матрицей - заполнители, наполнители (см. рис.). Выявлены критерии использования
сырья в материалах различного назначения, а также исследован механизм управления
структурой и эксплуатационными свойствами полученных материалов; выполнены работы
по оптимизации полидисперсных составов и сертификации полученных изделий. Как
показали исследования, магнийсодержащее сырье и полученные на его основе изделия
отличаются пониженной радиационной проницаемостью. Выявлено: силикаты магния
в результате механической или термической обработки могут быть использованы
в производстве смешанных и клинкерных вяжущих веществ, для изготовления плотных
и ячеистых бетонов. Магнезиальные силикаты (техногенное сырье Ковдорского, Качканарского
и др. ГОКов) были использованы в качестве активной структурирующей добавки для
изготовления вяжущих марок 50-300, отличающихся замедленным твердением в ранние
сроки, повышенной стойкостью в агрессивных средах и др., которые могут быть
рекомендованы для изготовления автоклавных материалов, низкомарочных растворов,
бетонов и других общестроительных работ. Установлена возможность получения магнезиального
цементного клинкера из магнезиального и карбонатного сырья при изготовлении
за счет модифицирующего действия силикатов магния на сырьевую смесь, понижается
вязкость расплава и снижается температура обжига в среднем на 100-1500 С по
сравнению с обычным портландцементом.
По данным рентгеноструктурного анализа отмечалось образование клинкерных фаз
С2S и аС2S, монтичеллита, мервенита и вьюстита. Результаты изучения процессов
клинкерообразования свидетельствуют о весьма сложном химизме, обеспечивающем
получение цементного клинкера из сырья, содержащего до 18% MgO. Примесь оксида
фосфората в попутных продуктах (Ковдорский ГОК) более 2% снижает образование
в цементном клинкере алитовой фазы. Оксиды железа, магния и др. образуют твердые
полиминеральные растворы среди клинкерных минералов. Оксид магния имеет мелкокристаллическую
структуру, равномерно распределенную между клинкерными минералами,ч то обеспечивает
равномерное изменение объема цемента. Тонкодисперсная смесь С4AF и псевдомагнезиального
браунмиллерита позволяет увеличить содержание MgO в клинкере. Ряд модифицирующих
добавок, исследованных при изучении клинкеров, также позволил устранить магнезиальное
расширение, вызывающее неравномерность изменения объема цемента. Получен магнезиальный
цемент марок 300 и выше, медленно твердеющий.
Разработаны основы технического синтеза различных автоклавных строительных материалов
на базе силикатов магния. Изучена кинетика фазообразования в системах (MgFe)2SiO4-CaO-H2O
и (CaMg)Si2O6-CaO-H2O в условиях автоклавного синтеза при давлении парагозовой
среды от 0.9 до 100 Мпа. Рентгенофазовым, термическим, петрографическим анализами
выявлен сложный физико-химический процесс превращения с образованием комплексных
агрегатных соединений, состоящих из гидросиликатов магния, типа антигорита,
лизардита, юрупаита, тремолита и пр., а также минералов группы гидросиликатов
кальция и кальциево-магниево-железистых силикатов. Силикаты магния обладают
сорбционными свойствами, что способствует химическому взаимодействию с оксидом
кальция и получению прочного материала. Автоклавная обработка в сочетании силикатов
магния (попутных продуктов) с кальцийсодержащей добавкой является основным технологическим
приемом получения высокопрочных и долговечных строительных материалов плотной
и ячеистой структуры.
