Проблемы обогащения низкосортного глинистого минерального сырья в производстве тонкой строительной керамики

Буянов Ю. Сердюк Б. Проблемы обогащения низкосортного глинистого минерального сырья в производстве тонкой строительной керамики // Строительные материалы. 2003 . №2. C. 34-36

В современных условиях в керамическом производстве все больше актуальными становятся проблемы улучшения качества и однородности минерального сырья.

Основными причинами этого являются:

? определяющее влияние качества глинистого минерального сырья на качество керамических изделий;

? невозможность компенсации низкого качества подготовки сырья в последующих технологических процессах (формования, сушки, обжига и др.) производства керамических изделий;

? ограниченные запасы в России глинистого минерального сырья высокого качества, так как значительная часть месторождений каолинов, тугоплавких и огнеупорных глин в результате распада СССР оказалась в ближнем зарубежье;

? повышение степени автоматизации основных технологических процессов керамического производства, вызывающее необходимость стабилизации показателей качества сырья.

Эффективное решение проблем повышения качества глинистого минерального сырья, сокращения объемов и дальности его перевозок возможно лишь на основе совершенствования техники и технологии обогащения.

Основным видом минерального сырья для производства тонкой строительной керамики являются тугоплавкие и огнеупорные глины, которые до настоящего времени поставляются на керамические предприятия России в необогащенном виде и нестабильность состава которых является одной из основных причин брака. В 80-е годы XX в. около 70% российских предприятий, выпускающих тонкую строительную керамику, в соответствии с проектными технологиями применяли глины месторождений России лишь в смеси с высококачественными природными глинами месторождений Украины, которые вводили в сырьевую шихту в количествах, обеспечивающих ее приемлемые керамические свойства.

В 1982 г. суммарный объем потребления тугоплавких и огнеупорных глин месторождений Украины керамическими предприятиями Минстройматериалов РСФСР составлял 53% от общего объема потребления глин. В 1990 г. предприятия ТОПО ?Стройкерамика? ввозили с месторождений Украины 31,2% от общего объема потребляемых глин. В настоящее время глины месторождений Украины применяются на предприятиях России лишь в производстве санитарных керамических изделий и для изготовления фритты, глазурей и ангобов.

Значительное сокращение объемов потребления глин украинских месторождений привело к снижению качества и конкурентоспособности готовой продукции предприятий России, выпускающих тонкую строительную керамику. Объясняется это тем, что эквивалентная замена глин, ввозимых с месторождений Украины, глинами местных месторождений возможна лишь при условии обогащения глин эксплуатирующихся месторождений России, поскольку большинство из них содержит вредные примеси (кварц, карбонаты, пирит, уголь и др.).

Решение этой проблемы возможно двумя путями.

Первый путь предусматривает вовлечение в эксплуатацию вновь разведанных месторождений высококачественных глин России, например Ульяновского месторождения в Калужской области. Этот путь требует больших капиталовложений и не исключает необходимости проведения полного комплекса исследований обогатимости и технологических испытаний глин этих месторождений в составах керамических масс для производства различных видов строительной керамики.

Второй путь заключается в разработке технологии обогащения и создании специальных обогатительных установок для повышения качества природных глин разрабатываемых месторождений России. Это позволит наиболее полно и эффективно решить рассматриваемую проблему, поскольку создание обогатительных установок в узловых точках потребления тугоплавких глин обеспечит существенное сокращение транспортных расходов, превышающих в настоящее время отпускную цену привозных глин в 1,5?2 раза.

По заданию Управления стройиндустрии Госстроя России институтом ВНИПИИстромсырье с участием АООТ НИИстроймашкерамика разработана технология обогащения тугоплавких глин месторождений России взамен импортируемых для выпуска тонкой строительной керамики. Установлена принципиальная возможность полной замены импортируемых глин Андреевского месторождения Украины обогащенными глинами Владимировского (Ростовская обл.), Лукошкинского (Липецкая обл.) и Кудиновского (Московская обл.) месторождений.

Основной операцией технологии обогащения глин является гидроциклонная классификация глинистых суспензий, получаемых в результате мокрой дезинтеграции исходного глинистого сырья. Режимы гидроциклонной классификации определяются по результатам экспериментальной оценки обогатимости. Специалистами ВНИПИИстромсырье разработана и успешно применяется методика лабораторной оценки обогати-мости пробы глинистого минерального сырья массой до 25 кг. Стоимость оценки обогатимости по этой методике в 100-500 раз ниже стоимости применяемой в современной мировой практике методики оценки обогатимости глинистого минерального сырья по результатам полупромышленных испытаний [1].

На рис. 1 представлены результаты оценки обогати-мости глин Владимировского месторождения. На рис. 2 представлены результаты оценки обогатимости глин Лукошкинского и Кудиновского месторождений.

Рис. 1

Рис. 2

Анализ результатов оценки обогатимости показывает, что при уменьшении граничной крупности классификации эффективность гидроциклонного обогащения возрастает. В результате обогащения содержание Al2O3 в глинах возрастает в 1,4-1,6 раза, а содержание свободного кварца снижается в 1,9?2,8 раза.

Испытания концентратов лабораторного обогащения показали, что изменяется не только химический состав глин, но и улучшаются их физико-механические и керамические свойства: число пластичности увеличивается в 1,2-1,4 раза, дисперсность (содержание частиц размером менее 1 мкм) возрастает в 1,2?1,8 раза, температурный интервал спекания расширяется на 100?120?С.

Установлено, что при гидроциклонном обогащении глин 2-го и 3-го сортов Владимировского месторождения выход концентрата 1 -го сорта может составить до 39,2 % от общего объема запасов глин Владимировского месторождения, что в 2,1 раза превышает запасы природной глины ВК-1 1-го сорта.

Институтом НИИстроймашкерамика проведены технологические испытания концентратов лабораторного обогащения глины Тимоховского участка Кудиновского месторождения и изготовлены опытные образцы керамических плиток для внутренней облицовки стен и для полов, не уступающие по своим физико-механическим свойствам плиткам на основе глин Андреевского месторождения Украины.

Эффективное применение глин месторождений России для производства тонкой строительной керамики возможно при условии промышленного освоения разработанной институтом ВНИПИИстромсырье технологии обогащения тугоплавких глин.

С применением этой технологии создана опытная установка обогащения глин в массозаготовительном отделении цеха фасадной плитки Кудиновского комбината керамических изделий. Результаты испытаний опытной установки подтвердили эффективность технологии обогащения тугоплавких глин. Опытная установка обеспечивает эффективное обогащение глины Призаводского участка Кудиновского месторождения и рекомендована к опытно-промышленной эксплуатации в массозаготовительном отделении цеха фасадной плитки Кудиновского комбината керамических изделий. Глина Призаводского участка Кудиновского месторождения, обогащенная на опытной установке, может быть использована для производства фасадной плитки взамен привозной глины Артемовского месторождения Украины.

Выявлено достаточно близкое совпадение результатов химического анализа проб продуктов, отобранных при испытаниях опытной установки, со значениями, определенными по результатам лабораторной оценки обогатимости пробы глины Призаводского участка Кудиновского месторождения. Это позволяет рекомендовать разработанную институтом ВНИПИИстромсырье методику лабораторной оценки обогатимости глин для широкого практического применения при разработке технологии обогащения глинистого минерального сырья эксплуатируемых и вновь осваиваемых месторождений.

С учетом положительных результатов работ, подтвердивших высокую технико-экономическую эффективность технологии обогащения тугоплавких глин, необходимо активизировать исследования в этом направлении и в первую очередь провести технологические испытания обогащенных тугоплавких глин основных месторождений России (Владимировского, Лукошкинского, Печорского и Ульяновского) в составах керамических масс для производства различных видов изделий тонкой строительной керамики.

Следует также оценить целесообразность создания централизованных массозаготовительных заводов на базе наиболее перспективных месторождений тугоплавких глин России для обеспечения готовыми керамическими ?массами расположенных в близлежащих регионах заводов, выпускающих тонкую строительную керамику.

После распада СССР Россия осталась без сырьевой базы качественных каолинов. Потребности российских предприятий в обогащенных каолинах составляют около 800 тыс. т в год, из которых в настоящее время около 700 тыс. т импортируется из Украины и Казахстана и лишь около 100 тыс. т производится в России. Эксплуатируемые месторождения каолинов Российской федерации расположены в основном на Урале (Кыштымское, Еленинское, Журавлиный Лог).

Одним из основных потребителей каолина являются заводы тонкой строительной керамики, значительное число которых размещено в центральных регионах России. Потребности этих заводов в каолине могут быть частично удовлетворены в результате применения разработанной институтом ВНИПИИстромсырье технологии для обогащения каолиносодержащих песков месторождений Воронежской области.

На рис 3 представлены результаты оценки обогати-мости каолиносодержащих песков Сухоярского участка (Воронежская обл.).

Рис. 3

Разработанная институтом ВНИПИИстромсырье технология может быть использована и для решения задачи обогащения бентонитовых глин. Объемы добычи высококачественных бентонитовых глин в Российской Федерации не обеспечивают потребностей промышленных предприятий. Значительная часть потребности в качественных бентонитовых глинах удовлетворяется за счет глин месторождений Украины.

В условиях СССР бентонитовые глины поставлялись в Россию также из Азербайджана, Грузии, Узбекистана и Туркменистана. Некоторые заводы масложировой промышленности работали с применением активированных бентонитовых порошков, поставлявшихся из Чехословакии, Италии и Венгрии.

Вместе с тем Российская Федерация обладает значительными запасами бентонитовых глин, которые сосредоточены в девяти месторождениях, из которых разрабатывается пять. В результате решения задачи обогащения бентонитовых глин имеющаяся сырьевая база позволит не только полностью обеспечить потребности предприятий России в высококачественных бентонитовых глинах, но и экспортировать эти глины, пользующиеся спросом на мировом рынке.

Одним из наиболее ценных видов глинистого минерального сырья являются палыгорскитовые глины, широко применяющиеся в зарубежной практике под названием ?аттапульгиты, или фуллеровы земли?. Добыча палыгорскитовых глин в США уже более 10 лет сохраняется на уровне 0,8?1 млн т в год при цене на различные виды готовой продукции от 200 до 500 USD за 1 т. Особенности кристаллического строения и связанные с ним специфические физико-химические свойства палыгорскита (высокая степень дисперсности и гидрофильноcти, удельная поверхность не менее 900 м2/г, цеолитовый тип первичной пористости и др.) обусловливают его адсорбционные, молекулярно-сотовые, каталитические свойства и высокую поглотительную способность в отношении молекул разнообразных веществ. В процессах обезвоживания в области высокой влажности палыгорскитовые глины адсорбируют до 64% влаги от собственной массы, то есть существенно превосходят синтетические цеолиты, адсорбирующие около 35 %.

В России выпуск палыгорскитовых порошков для буровых растворов, особенно эффективных при проходке скважин в соленосных толщах, осуществляется только в г. Серпухове Московской области на базе Калиново-&#