ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ ОТХОДОВ КАМНЕДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Калдыбаев Нурланбек Арзымаматович

канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт природных ресурсов Национальной Академии наук Кыргызской республики

E-mail: nurlan67@mail.ru

INNOVATION TECHNOLOGIES FOR PROCESSING WASTE INDUSTRIAL STONE MINING

Nurlanbek Kaldybaev

Ph.D., senior scientist, Institut of Natural Resources National Academy of Kyrgyz Republic

Аннотация

В настоящей статье приведены результаты исследований по переработке отходов добычи природного камня на месторождении известняков-ракушечников Сары-Таш

Abstract

This article presents the results of studies on waste production in the field of natural stone shell limestone Sary-Tash

Ключевые слова: природный камень; отходы; переработка; направленный раскол; механохимическая активация

Keywords: natural stone; waste processing; directional split; mechanochemical activation

В Кыргызской республике 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. Вовлечение отходов камнедобычи и камнеобработки в производство является весьма важной народно-хозяйственной задачей.

Из-за специфики технологических процессов получения облицовочных изделий, где продукция должна иметь прямоугольную форму, более половины добываемой горной массы в камнедобыче превращаются в отходы. Это связано с тем, что добыча и обработка природного камня носит многостадийный характер, где последовательно выполняются несколько операций (оконтуривание блоков резанием или буровзрывными работами, откол и погрузка, распиловка в крупные плиты, распиловка в более мелкие плиты, окантовка, шлифовка и полировка).

В настоящей работе приводятся результаты исследования отходов природного камня с целью обоснования рациональных параметров технологического процесса изготовления строительных изделий из отходов (на примере отходов известняка-ракушечника месторождения «Сары-Таш»).

Месторождение известняков-ракушечников «Сары-Таш», расположенное в Узгенском районе Ошской области является одним из крупнейших месторождений природного камня в Кыргызской республике. Месторождение эксплуатируется начиная с 1978-года, в настоящее время балансовые запасы оцениваются в объеме 14 млн м³. К настоящему моменту добычные работы ведут 6 предприятий, которые в совокупности добывают ежегодно более 20000 м³ товарных блоков известняка-ракушечника. Товарные блоки обрабатываются на камнеобрабатывающих предприятиях, расположенных в городах Ош, Жалал-Абад и Токмок. Полированные и пиленые плиты известняков-ракушечников «Сары-Таш» использованы при облицовке важнейших зданий в г. Бишкек (аэропорт «Манас», кардиологический центр и др.), на объектах г. Ош и других городов Кыргызстана, а также городов СССР. В последние годы облицовочные плитки, изготовленные из известняка-ракушечника месторождения «Сары-Таш» экспортируются в Россию, Казахстан и Китай.

Интенсивные добычные работы на месторождении привели к образованию значительного количества отходов. В результате применения буровзрывной технологии добычи с 1979 по 1995 гг. на северо-западном участке карьера «Сары-Таш» накопилось большая масса отходов.

Несмотря на то, что, начиная с 1996 года камнедобывающие предприятия, эксплуатирующие месторождения, стали применять щадящие, безвзрывные технологии добычи, процесс неизбежно сопровождается образованием мелкодисперсных отходов. Постоянными отходами на карьере «Сары-Таш» являются штыб и шлам, представляющие собой мелкие продукты разрушения с размерами частиц до 5 мм, образующиеся при пилении камня камнерезными машинами. Реже появляются негабаритные блоки, бесформенные глыбы, околы и др., образованные из-за трещиноватости массива и поломки блоков при выемке (отрыве от массива) после резания оконтуривающих щелей. Отходы, образующиеся в процессе добычи, так называемые «негабариты» имеют различные размеры и геометрические формы, которые не эффективны для обработки их на традиционных типовых камнераспиловочных станках [1]. Образование негабаритов во многом обусловлено природными трещинами массива, которые не всегда совпадают с плоскостями отделения блоков, а также несовершенством применяемой технологии добычи [2].

Таким образом, в настоящее время на карьерах Кыргызстана при добыче блоков камня образуются все известные виды отходов, в том числе отходы в виде щебня и бута – кусков камня ограниченного размера, длинная сторона которых составляет от 5 до 500 мм.

На карьере «Сары-Таш» в количественном отношении преобладают отходы среднего габарита размерами 0,5х1х0,8 м . При этом общие потери сырья, т. е. суммарные отходы в процессе добычи составляют 30...45 % от объема добываемой горной массы.

В процессе обработки товарных блоков, где камню придают требуемую форму, размеры и фактуру лицевой поверхности, количество отходов возрастает. Процентные соотношения конечной продукции и отходов по операциям для облицовочных плит известняка-ракушечника толшиной 20 мм представлены на рис. 1 (данные получены по результатам хронометражных наблюдений в камнеобрабатывающем цехе АО »Ош-Акташ»).

Рис. 1. Структура распределения отходов при распиловке блоков известняка-ракушечника

Как видно из диаграммы, львиную долю отходов в процессе распиловки занимает шлам (25 %). Второе место по объему занимает «корка и подошва» (16 %), часть которой используется для изготовления памятников.

Процессы разборки-сортировки, шлифовка и окантовка в совокупности дают около 12 % отходов от исходного объема распиливаемого блока.

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 СаО - 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/см³, хорошо обрабатывается, принимает полировку. Цвет известняков меняется от светлых желтовато-белых тонов до светло-серых, коричневато-желтых. Эти характеристики и хорошие декоративные качества отходов ракушечника «Сары-Таш» « позволяют использовать их в различных отраслях как вторичное сырье.

На основе изучения характеристик отходов и мирового опыта их утилизации нами разработана технология переработки плоских околов на архитектурно-строительные (накрывочные, тротуарные плитки) и дорожно-строительные (брусчатка, бортовой камень) изделия путем направленного раскола крупных негабаритов на облицовочные плитки и ритуальные изделия [3, 4]. Для реализации технологии создан передвижной технологический модуль камнекольного пресса ПКА-800п [3]. Технологии и получаемые изделия из отходов успешно апробированы на практике и обеспечили значительный экономический эффект.

Как показали результаты исследований, наибольшую долю отходов камнеобработки составляют малодисперсные отходы, то есть шлам, образующийся в процессе рапиловки блока на плиты. Нами разработана и апробирована в лабораторных условиях технология получения стеновых материалов из малодисперсных отходов известняка-ракушечника методом вибролитья. Для этих целей из промышленной площадки камнеобрабатывающего завода «АО Ош-Ак-Таш» осуществлен отбор технологических проб общим весом 800 кг. Затем проводилось отмучивание шлама. В таблице 1 приведены усредненные результаты отмучивания пробы из отходов известняка-ракушечника, полученные из навески исходной массой 2,0 кг в ходе предварительных исследований.

Таблица 1

Фракционный состав малодисперсных отходов камнеобработки

после процесса отмучивания

Из полученной смеси методом вибролитья изготовлены кубики размером 7х7 см, а также цилиндрические изделия диаметром 50 мм. В качестве вяжущего в первом варианте использован белый портландцемент производства АО Шуровский марки 1-ДО 500, во втором варианте -жидкое стекло. Для изготовления стеновых материалов признана оптимальной следующая рецептура: портландцемент белый -8 %; наполнитель: отходы известняка-ракушечника фракции 1 мм –80....85 %; жидкое стекло -1 %; вода: 11...15 %.

Для переработки среднедисперсных отходов камнедобычи на наш взгляд является перспективным метод механохимической активации [5]. Для механохимической активации (МХА) исследуемых отходов известняка-ракушечника предполагается использование мельниц центробежно-планетарной периодического действия «М-3», вибрационной и винтовой. Оптимальный режим и рецептура будут определены путем экспериментальных исследований.

Таким образом, 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 эксплуатационных показателей.

Список литературы:

1.Волуев И.В., Сычев Ю.И., Ткач В.Р. Безотходная технология добычи и обработки блочного природного камня. – М.: Недра, 1994. – 192 с.

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

3.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 унив-та. Вып.2. –Ош: КУУ, 2001. –С. 242—247.

4.Мамасаидов М.Т., Мендекеев Р.А., Калдыбаев Н.А. Способ изготовления колотых строительных изделий из природного камня. Патент КР № 546 от 31.01.03 г.

5.Федоркин С. И. Новые направления переработки известняковых отходов камнедобычи. [электронный ресурс] - Режим доступа. - URL: www.fedorkin.openua.net/extra.php - Украина.