Диссертация (1141513), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Высушенный продуктможет быть использован (без измельчения) непосредственно для приготовлениязакладочных смесей при дополнительном введении добавок катализаторовтвердения. В случае производства ангидритового вяжущего сухой CaSO4подвергается дополнительному измельчению.41Таким образом, в результате приведенных лабораторных исследованийразработана принципиально новая технология получения синтетическогоангидрита сульфата кальция посредством взаимодействия при повышенныхтемпературах концентрированной серной кислоты с молотым известняком врежиме непрерывного технологического процесса.
Полученный ангидрит послепромывки водой и сушки возможно использовать в качестве ангидритовоговяжущего в соответствии с ТУ 21-028475-1-90 «Вяжущие гипсовые иангидритовые».1.6 Требования к закладочным смесям и опыт разработкизакладочных смесей на основе отходов промышленностиОсновным требованием к закладочному массиву является обеспечениеустойчивостизакладкивобнаженияхгорнойвыработки,котораяобеспечивается ее механической прочностью, способностью восприниматьстатические и динамические нагрузки.Вкачествеосновнойхарактеристикидлязакладочныхсмесейпринимается предел временного сопротивления при одноосном сжатии,определимый по стандартным методикам.В практике ведения закладочных работ на рудниках различаютнормативную, марочную, расчетно-фактическую и фактическую прочностьзакладки.Нормативная прочность закладки – прочность, при которой возможнобезопасное обнажение закладочного массива горной выработки заданныхразмеров (проектная характеристика, рассчитываемая в проекте для каждогоконкретного случая).Марочная прочность закладки – прочность образцов кубов закладочнойсмеси в возрасте 180 суток.Расчетно-фактическаяпрочностьзакладки–определяетсяпорезультатам контрольных испытаний образцов кубов в промежуточном42возрасте 3, 7, 28 суток, путем интерполяции по набору прочностиопределенного вида закладки по формуле вида:(1.1)где Rt – прочность закладки в расчетном сроке, МПа; R180 – прочность закладкив возрасте 180 суток, a и b эмпирические коэффициенты для определенноговида составов закладочных смесей.Фактическая прочность закладки определяется путем испытанийобразцов отобранных непосредственно из массива закладки.Таблица 1.6 – Требования к прочности закладочных смесейВысота обнажения закладки в стенеНормативная прочность закладки,выработки, мМПадо 101до 201,5до 302до 402,5до 503Таблица 1.7 – Требования к прочности закладочных смесейНормативная прочностьзакладки, МПадо 42до 63до 84до 106Таблица 1.8 – Требования к прочности закладочных смесейШирина пролета выработки, мШирина пролетаНормативная прочность Нормативная прочностьвыработки, м(коэф.запаса 3), МПа(коэф.запаса 2), МПа42,52532,56437548659761087Нормативная прочность закладки, определяемая расчетными методами,зависит от условий работы закладочного массива, его размеров и окружающегопространства.
В качестве базовых требований по прочности разрабатываемыхзакладочных смесей были приняты ориентировочные данные, основанные на43реализованныхпроектахзакладочныхработнаНорильскомгорно-металлургическом комбинате, приведенные в таблицах 1.6…1.8 [182].В качестве возможных вариантов закладочных смесей применяют:цементно-песчаные,цементно-щебеночные,ангидритошлакоцементные(АЩЦ), ангидритошлакоцементные со щебнем (АШЦЩ), шлакоцементные(ШЦ), шлакоцементные со щебнем (ШЦЩ), клинкерношлакоангидритовые(КША) и пр. При этом различные виды закладочных смесей различают помаркам М10, М20, М40, М60, М80, М100 (марка обозначает марочнуюпрочность состава в кгс/см2, или 0,1 МПа).
К наиболее распространённымзакладочным смесям относят АШЦ и АШЦ и АШЦЩ марок М40 и М100 [182].Кроме нормативных требований по прочности, получаемые закладочныесмеси должны обладать технологическими свойствами, обеспечивающими ихтранспортировку и укладку.Обычно регламентируются следующие технологические параметрызакладочных смесей (без крупного заполнителя или с содержанием мелкогозаполнителя): осадка эталонного конуса (полное погружение) 9,0-14,0 см;растекаемость смеси из вискозиметра Суттарда 13-20 см; коэффициентрасслаиваемости не более 1,3; схватывание смеси не раньше 2 ч с моментазатворения; водоотдача от закладочного массива не более 2%. Также, впрактике производства закладочных работ используются и смеси с меньшейподвижностью.В связи с тем, что в качестве вяжущего материала для изготовлениязакладочных смесей одним из компонентов является синтетический ангидрит,дополнительным параметром, определяемым для данных смесей являетсяводостойкость - отношение прочности при сжатии водонасыщенных образцов,и образцов в состоянии естественной влажности.
Контроль данного параметраобусловлен условиями эксплуатации закладочных смесей. Сегодня при добычеподземных ископаемых в связи с углублением горных пород и усложнениемгорно-геологических условий широко применяются твердеющие закладкивыработанного пространства.44Общиетребованиякзакладочнымсмесям,которымдолжныудовлетворять разрабатываемые составы, приведены в таблице 1.9.Таблица 1.9 − Требования предъявляемые к закладочным смесям№п/Наименование характеристикиЗначениеп1Марочная прочность в возрасте, МПа180 суток1…1028 суток0,5…57 суток0,3…32Осадка конуса, см:- для мелкозернистых составов9-14- для составов с крупным заполнителемОт 15 см3Растекаемость, для мелкозернистых составов, смОт 134Коэффициент расслаиваемости,Не более 1,35Схватывание смеси,Не ранее 2 ч.6Водоотделение, %До 2Наиболее актуально применение лежалых отходов промышленности длязакладкивыработанныхфункционированияпространств,горнойтакпромышленностикакихзамногиескопилосьгодыогромноеколичество.Был выполнен значительный объем исследований направленных нарешение данной проблемы, а также разработан ряд решений по оптимизациисоставов закладочных смесей, включающих отходы промышленности.Одним из предложенных способов является использование эффектаактивации вяжущих и инертных материалов путем выбора режима ихизмельчения и перемешивания в шаровых мельницах [175].Также проводились исследования по рациональным режимам работы исоответствующим энергетическим и геометрическим параметрам сгустителей исмесителей-активаторовопределяемымвзакладочныхзависимостиоткомплексовобъемнойгорныхпредприятий,концентрацииинертногонаполнителя в закладочной смеси, ее реологических свойств и заданнойпрочности искусственного массива [176].Проводилось исследования особенностей и технологических принциповпроизводства бесцементной твердеющей закладочной смеси из техногенного45промышленного сырья на основе активированных отходов сталеплавильногопроизводства (на примере шлаков ООО «Сталь НК» и ОАО «ЗСМК»), которыеранее не использовались, и накапились в отвалах предприятий в объемах,превышающих десятки миллионов тонн [180].Разрабатывались составы и технологии формирования закладочныхмассивов на основе лежалых и текущих сульфидосодержащих отходовобогащениясиспользованиемгель-технологиидлянейтрализацииразупрочняющего воздействия сульфидов на закладку[188].Проводились исследования по использованию полной фракции текущиххвостов (отходов) обогащения медно-никелевых руд Талнаха в качествезаполнителя при изготовлении твердеющей закладочной смеси типа ХЦ(хвосты+цемент) в водной среде, по результатам которых рекомендованы дляопытно-промышленных испытаний и последующего освоения оптимальныекомпонентныесоставысмесиХЦ,обеспечивающиепослетвердениянеобходимую прочность закладочного массива.
Новая технология изготовлениятвердеющей смеси ХЦ, включает предварительное смешение компонентов споследующей гомогенизацией и активацией смеси путем гидроударнокавитационного воздействия на нее в смесителе [190].Рассматривалась возможность получения закладочных смесей на основекомпозиционного вяжущего с использованием цемента, отходов железистыхкварцитов, доменных гранулированных шлаков и добавок [191].Производиласьразработкаэффективныхзакладочныхсмесейсиспользованием композиционных вяжущих на основе цемента, техногенногосырья курской магнитной аномалии и добавок [192].1.7 Выводы по ГЛАВЕ 1Проблеме разработке строительных материалов на основе ангидритапосвящены многочисленные работы российских и зарубежных исследователей.Проведен значительный объем научных исследований, в которых установлены46общие принципы и подходы к активации природного и техногенного ангидритадля получения на их основе вяжущих веществ с заданными свойствами.При этом, установлено, что в зависимости от происхождения и составаисходного ангидрита требуется подбор специальных видов добавок итехнологии их введения, при котором могут быть достигнуты максимальныесвойства получаемого вяжущего.Результаты анализа проведенных исследований в области получениявяжущихнаосновеангидрита,современныхтехнологийполучениясинтетического ангидрита из промышленных отходов, а также обобщенныетребования к свойствам закладочных смесей позволили сформулироватьрабочую гипотезу исследования, согласно которой повышение свойстввяжущего на основе синтетического ангидрита, полученного из промышленныхотходовможетбытьдостигнутопутемнаправленногорегулированияструктуры в процессе гидратации за счет оптимизации вида и количествамодифицирующих добавок, вводимых при помоле.1.8 Цель и задачи исследованияЦелью диссертационной работы является разработка эффективныхзакладочных смесей на основе синтетического ангидрита.Задачи исследования:1.
Обосновать возможность повышения активности синтетическогоангидрита.2. Обосновать выбор катализаторов.3.Разработатьспособыповышенияактивностисинтетическогоангидрита.4. Разработать технологию получения модифицированного вяжущего наоснове синтетического ангидрита и комплексной добавки.475. Установить основные зависимости свойств закладочных смесей наоснове синтетического ангидрита от тонкости помола и состава комплекснойдобавки.6. Разработать рекомендации по производству закладочных смесей намодифицированном вяжущем на основе синтетического ангидрита.48ГЛАВА 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ2.1 Применяемые материалы2.1.1 АнгидритДля проведения сравнительных исследований применяли тонкомолотыйприродный, обожженный и синтетический ангидриты, химический составкоторых приведен в таблице 2.1.Таблица 2.1 –Химический состав сырьяПоказателиПриродныйангидритОбожженныйангидритПотери при сушке0,09(40оC),%Потери припрокаливании0,27o(350 C),%Потери припрокаливании2,21o(950 C),%SO3,%55,6CaO,%41,2SiO2,%0,9MgO,%1,0Al2O3,%0,1Na2O,%0,08K2O,%0,02Cl,%0,014Fe2O3,%0TiO2,%0Na2O,%0,04(в сумму не входит)K2O,%0,01(в сумму не входит)Природный ангидрит был получен путемСинтетическийангидрит0,020,030,070,160,711,0057,141,40,80,10,200,020,0060,10,0156,441,90,60,10,10,010,040,0010,20,0100,0100,02помола природного камня, чтообуславливает содержание в его составе доломита (CaMg(CO3)2) в небольшихколичествах.49Термический ангидрит был получен путем обжига, при которомобразуется определенное количество СаО и SO3 (в газообразной форме).
Окиськальция может в дальнейшем вступать в реакцию. В термическом ангидритеобразуется небольшое количество кальцита (СаСО3) и кварца (SiO2).Синтетический ангидрит был получен по методу Саккетта путем реакциинейтрализации отхода производства - серной кислоты обожженной известью.Продуктом реакции являются сульфат кальция, фосфат, а также двуокиськальция (при избытке извести), что обуславливает наличие в синтетическомангидрите наличие флюорита (СаF2) и извести Са(ОН)2.Физические свойства различных видов ангидрита приведены в таблице2.2.Таблица 2.2 – Физические свойства ангидритовСвойстваПриродныйангидрит2,941,044275Обожженныйангидрит2,931,094310Синтетический ангидрит2,930,955895Истинная плотность, г/см3Насыпная плотность, г/см3Удельная поверхность(по Блейну), см2/ гУдельная поверхность1018136741156572(по методу БЭТ), см / гСледует отметить, что удельная поверхность, определенная по методуБЭТ, термического ангидрита существенно выше этого показателя для другихангидритов,чтоформирующейсяобъясняетсявпроцессеболееразвитойтермическойповерхностьюобработки.частиц,Остальныехарактеристики разновидностей ангидрита (истинная и насыпная плотности,удельная поверхность по Блейну) сопоставимы, что позволяет проводить ихсравнительные исследования.На рисунках 2.1 и 2.2 приведен гранулометрический состав частицангидрита различного происхождения, который был определен методомлазерной дифракции.Обобщенные характеристикигранулометрическогосостава ангидрита различного происхождения приведены в таблице 2.3.50Таблица 2.3 – Результаты гранулометрического анализаВеличиныПриродныйангидрит12,99,4919,8Средние размеры dm, мкмМедиана d50, мкмМодальное значение dmod,мкмКривые рассева (рисунки2.1,Термическийангидрит31,626,041,72.2)Синтетическийангидрит17,83,842,11исследованныхангидритовсущественно отличаются.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
