Опыт и перспективы переработки отходов камнедобывающих предприятий Кыргызской Республики

В настоящее время многие исследователи в мире озабочены проблемами скопления промышленных отходов и этот вопрос в некоторых случаях рассматривается даже в качестве одного из компонентов национальной безопасности. Решение проблемы ресурсосбережения в горной промышленности требует совершенствования и разработки новых технологий производства, позволяющих утилизировать любые виды отходов. Утилизация отходов горнодобывающей промышленности снижает нагрузку на природу, уменьшает изъятие земель для выемки горных пород и для складирования отходов, исключает загрязнение окружающей среды.

В Кыргызской республике по отчетным данным Инициативы прозрачности добывающих отраслей (ИПДО), ежегодно добывается более десяти миллионов тонн твердых полезных ископаемых, около 60% из которых после предварительной переработки попадают в отвалы и хвостохранилища. При этом значительную долю добычи в горнодобывающей отрасли обеспечивает камнедобывающая отрасль. Степень утилизации отходов камнедобывающей промышленности очень низкая и составляет всего около 10% от общего объема отходов [1].

Следовательно, вовлечение отходов камнедобычи и камнео-бработки в производство является весьма важной народно-хозяйственной задачей.

В настоящей работе обобщены результаты исследований технологических процессов переработки отходов камнедобывающей промышленности методами направленного раскола, механохимической активации и вибропрессования.

Объектом исследований являются среднегабаритные и малодисперсные отходы камнедобывающих предприятий (известняк-ракушечник, мрамор, гранит и др.). При этом среднегабаритные отходы представлят собой отходы распиловки блоков природного камня («корка», «подошва» и «околы», размерами не более 400х600 мм), а малодисперсные отходы-шлам от распиловки природного камня с размерами от 1 до 5 мм. Опытно- промышленные испытания разработанных технологий проводились преимущественно на крупнейшем месторождения известняков Сары-Таш, расположенного в Уз-генском районе Ошской области.

Анализ показателей отработки месторождений природного камня показывает, что из-за неблагоприятных горно-гео- логических условий и в силу технико-технологических причин большая часть добываемой горной массы превращаются в отходы [2].

Проведенные нами хронометражные наблюдения показали, что наибольшее количество отходов образуется при буровзрывном способе разработки (40-60% от объема добываемых блоков). Более прогрессивным является добыча блоков с помощью баровых камнерезных машин, где количество отходов составляет 20-40% от объема добываемых блоков.

Добытые блоки природного камня далее поступают в камнеобрабатывающий завод, где камню придают требуемую форму, размеры и фактуру лицевой поверхности. Данный процесс таке сопровождается образованием отходов, количество которых зависит от стадий обработки и характеристик камнерезного инструмента. Таким образом, в совокупности в процессах добычи и обработки блоков известняка-ракушечника более 60% добываемой горной массы превращается в отходы. В свою очередь, из общей массы отходов около половины (48%) относятся к крупногабаритным («негабариты», «корка» и «подошва»). Значительную часть отходов (примерно 27%) составляют среднегабаритные куски (околы, щебень и бут). Мелкодисперсные отходы (шлам) составляют 25% от всего объема отходов.

В химическом составе отходов известняка-ракушечника преобладает содержание CaO – находится в пределах от 46,0% до 53,4%, т.е. отходы карбонатного происхождения. Порода относительно мягкая, но достаточно прочная и очень плотная для известняка-ракушечника: предел прочности на сжатие составляет 40÷60 МПа, плотность 2,3 г/см ³ , хорошо обрабатывается, принимает полировку. Цвет известняков меняется от светлых желтовато-белых тонов до светло-серых, коричневатожелтых. Эти характеристики и хорошие декоративные качества отходов ракушечника «Сары-Таш» позволяют использовать их в различных отраслях как вторичное сырье.

Наиболее существенные резервы с точки зрения утилизации отходов камнедобывающей промышленности имеет переработка направленным расколом. При помощи данного способа получают так называемые «колотые» изделия (брусчатка, бордюр, бортовые камни, плиты …), применяемых в архитектурном, дорожном и гидротехническом строительстве. Перспективность обработки камня расколом обусловлена малой энергоемкостью и относительно низкой себестоимостью получаемых изделий в сравнении с резанием и абразивной обработкой. В Кыргызской республике имеются благоприятные условия для внедрения технологии производства колотых изделий: есть большие запасы месторождений природного камня; разработаны и созданы типоразмерный ряд камнекольных прессов ПКА «Аскатеш», позволяющие механизировать процесс раскола. Несмотря на это, удельный вес колотых изделий в общем объеме производства облицовочных изделий из природного камня остается мизерным, причиной которого, на наш взгляд, является несовершенство существующих технологий и отсутствие новых архитектурных решений по их применению. Для реализации технологии направленного раскола создан передвижной технологический модуль камнекольного пресса ПКА-800п. Передвижное устройство технологического модуля, оснащенное подъемно-подающим механизмом позволяет обрабатывать крупногабаритные отходы камня непосредствено на месте их залегания, то есть в карьерных отвалах и речных поймах. В качестве исходного сырья служат некондиционные блоки, «корка» и «подошва» вырезанных блоков, а также булыжные камни с размерами в поперечном сечении не более 30 сантиметров.

Таблица 1

Основные технические характеристики модуля ПКА-800П

Способ передвижения	на салазках, с помощью тягача или гусеничного трактора
Тип энергоснабжения	автономный, от ДЭС мощностью 30 кВт
Мощность генератора, кВт	16
Грузоподъемность подъемно-подающего устройства	1 т
Производительность, м 2 за смену	8
Габаритные размеры, (В х Ш х Д)	3510х2750х4500
Масса, кг	5700

Технологии и получаемые колотые строительные изделия из отходов камня успешно апробированы на практике и обеспечили значительный экономический эффект [6].

В результате хронометражных наблюдений, проведенных в камнеобрабатывающем заводе АО «Ош-Акташ» установлено, что из общей массы отходов камнедобычи мелкодисперсные техногенные образования (шлам) занимают почти четверть всего объема добываемого блока природного камня. Это объясняется тем, что как и в процессе добычи так и в переработке широко используется обработка резанием.

Анализ научно-технической и патентной информации позволил определить, что шламы производства могут быть использованы в строительной отрасли для производства и получения [3, 4, 5]:

• –    вяжущего (в силикатном кирпиче, кладочном растворе, тощих бесцементных бетонах, ячеисто-бетонных изделиях, древесно-цементных материалах);

• –    минеральных заполнителей (в стеновых материалах, асфальтобетонных смесях);

• –    комплексных добавок.

Лабораторией «Природный камень и техногенное сырье» Института природных ресурсов Национальной акаемии наук Кыргызской республики разработана технология получения стеновых материалов из малодисперсных отходов известняка-ракушечника методом полусухого вибропрессования. В качестве вяжущего использован белый портландцемент производства АО Шуровский марки 1-ДО 500, в качестве гидрофо-бизатора – жидкое стекло. Проведенные экспериментальные работы показали, что ячеистые камнебетонные блоки, получаемые из малодисперсных отходов известняка-ракушечника характеризуются более низким удельным весом, повышенной прочностью и водостойкостью по сравнению с натуральным камнем (табл. 2). Как видно из рис. 1 в искусственных блоках, полученных из отходов камня наблюдается снижение пористости.

Лабораторные испытания получаемых образцов проведены в лаборатории Южного регионального управления Республиканского Центра сертификации и стандартизации в строительстве (ЮРУ «Стройстандарт»). Предел прочности кубиков (70х70 мм) изготовленных из отходов распиловки известняка-ракушечника после отмучивания составила 490...510 кгс\см ² (для сравнения: предел прочности природного известняка-ракушечника в воздушно-сухом состоянии колеблется в пределах 400...600 кгс\см ² ). Испытания образцов на морозостойкость выдержала 25 циклов замораживания. Эти показатели вполне удовлетворяют требования стандартов, предъявляемых стеновым камням, предназначенным для промышленно-гражданского строительства. В целях промышленнной апробации

Результаты испытаний образцов камнебетонного блока из шлама известняка-ракушечника

Таблица 2

№ п/п	Технологические параметры изготовления		Геометрические размеры образца, см			Усилие разрыва, кН	Плотность, г/см 3	Предел прочности к сжатию, кгс/ см 2
	% содержание цемента	Давление прессования, кгс	X	Y	Z	F	ρ	σ сж.
1	10	15	0,71	0,73	0,75	14,3	1,62	275,9
2	10	25	0.76	0.71	0.75	14,6	1,74	266,5
3	15	15	0.74	0.72	0.74	19,5	1,76	353.2
4	15	25	0.74	0.70	0.74	27,6	1.77	527,8

Примечание: формовка осуществлена способом механопрессования. Образцы сушились в течение 28 дней.

Испытания проведены согласно ГОСТ 7025-91, ГОСТ 10180-90, ГОСТ 12730.3-78 в соответствии с требованиями ГОСТ 6133-99 «Камни стеновые. Технические условия», ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия», гост 25820-83 «Бетоны легкие. Технические условия», ГОСТ 17608-91 «Плиты тротуарные. Технические условия», ГОСТ 6665-91 «Камни бортовые бетонные и железобетонные. Тех. условия».

дм/шцщцшп (шцш™11 дач» •• - • ••- '^<™^,i^fi

12 3 1 5 6 7 .9 tllll 11 1,3 " ч ‘*

Рисунок 1 – Сравнение структуры получаемых изделий: 1) блок из отходов распиловки (шлама известняка-ракушечника); 2) бетонный блок; 3) натуральный камень (известняк-ракушечник)

эксплуатационных показателей.

Таким образом, проведенные исследования показали, что с позиции малых энергозатрат мелкие отходы горной промышленности (шлам, штыб) целесообразно перерабатывать методами механохимической активации, а крупногабаритные отходы -методом направленного раскола.

Результаты настоящих исследований способствуют развитию в промышленности стройматериалов и горнодобывающей промышленности Кыргызской республики нового направления производства – переработки отходов. Разработанные технологии позволяют утилизировать отходы камнедобывающей промышленности путем переработки на различные архитектурностроительные изделия и позволяют эффективно использовать ценное природное сырье, исключить их потери.

ЛИТЕРАТУРА разработанной технологии с помощью вибропресса ВП-10 получена опытная партия пустотелых стеновых камней с размерами 400х200х150 мм.

Дальнейшие перспективы совершенствования технологии переработки мелкодисперсных отходов связаны с применением метода механохимической активации. Активационные технологии получения строительных материалов представляют собой новое прогрессивно развивающееся научное направление в материаловедении [3]. Сущность активационной технологии материалов заключается в интенсивном повышении физикохимической активности их компонентов на границах раздела фаз, что реализуется в различных технологических пределах. Установлено, что все материалы, независимо от их природы и агрегатного состояния, являющиеся в нормальных условиях химически пассивными, при определенных режимах обработки могут стать химически активными. Это позволяет использовать малоактивное дешевое кремнеземистое сырье и техногенные отходы производства для создания на их основе прочных композиционных материалов.

Вовлечение отходов камня в производство обеспечивает сокращение трудозатрат и затрат на энергию за счет ликвидации операций распиловки, шлифовки, полировки; позволяют уменьшить в 10 и более раз удельные капитальные вложения за счет сокращения или полного отказа от камнеобрабатывающего оборудования. Основным преимуществом искусственных облицовочных материалов-заменителей природного камня являются низкая радиоактивность, меньший вес и улучшение

• 1.    Калдыбаев Н.А. Инновационные технологии переработки отходов камнедобывающей промышленности // Инновации в науке. 2012 . № 9. С. 25-30.

• 2.    Калдыбаев Н.А., Cултаналиев А., Самиева М. Результаты исследования естественной трещиноватости массива на месторождении известняков-ракушечников «Сары-Таш» // Известия вузов. 2009 . № 5.

• 3.    Худякова Л.И., Войлошников О.В., Котова И.Ю. Влияние механической активации на процесс образования и свойства композиционных вяжущих материалов // Строительные материалы. 2015 . № 3. С. 37-41.

• 4.    Калдыбаев Н.А. Геоэкологические и техногенные аспекты развития камнедобывающей промышленности Кыргызской республики // Материалы V Межд. науч. конф. «Геоэкологические проблемы современности». ВГУ. г. Владимир, 2013 . С. 234-241.

• 5.    Калинина Е.В. Утилизация шламов карбоната кальция в производстве товарных продуктов строительной отрасли // Вестник ПНИПУ. Урбанистика. 2012 . № 1. С. 97-113.

• 6.    Мамасаидов М.Т., Мендекеев Р.А., Калдыбаев Н.А. Результаты промышленной апробации опытного образца прицепного технологического модуля камнекольного пресса ПКА-800 // Сб. науч. трудов Кыргызско-Узбекского университета. Вып. 2. Ош: КУУ, 2001 . С. 242-247.

• 7.    Мамасаидов М.Т., Мендекеев Р.А., Калдыбаев Н.А. Способ изготовления колотых строительных изделий из природного камня . Патент КР №546 от 31.01. 2003 г.