Минерального сырья

Целью модуля является ознакомление студентов с основными видами природного и техногенного минерального сырья, требованиями промышленности к качеству минерального сырья в соответствии с ГОСТами и ТУ (сырье для производства нерудных строительных материалов, цементное сырье, сырье для производства стеновых материалов и прочие виды минерального строительного сырья). Техногенные ресурсы можно разделить на две группы: минеральные (неорганические) и органические. Наибольшее значение для производства строительных материалов имеют минеральные продукты, которые составляют большую часть всех отходов, производимых добывающими и перерабатывающими отраслями промышленности. Эти продукты в большей мере изучены, чем органические.

П.И. Боженов предложил классифицировать побочные промышленные продукты в момент выделения их из основного технологического процесса на три следующих класса: А - продукты, не утратившие природных свойств; Б - искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов; В - продукты, образовавшиеся при длительном хранении в отвалах.

Продукты класса А (карьерные остатки и остатки после обогащения на полезное ископаемое) имеют химико-минералогический состав и свойства соответствующих горных пород. Область их применения обусловлена агрегатным состоянием, фракционным и химическим составом, физико-механическими свойствами. Преимущественно минеральные продукты класса А применяются как заполнители бетонов, а также как исходное глинистое, карбонатное или силикатное сырье для получения разнообразных искусственных строительных материалов (керамики, извести, автоклавных материалов и др.).

Продукты класса Б получают в результате физико-химических процессов, протекающих при обычных или чаще высоких температурах. Диапазон их возможного применения шире, чем продуктов класса А. Особенно эффективно использование этих отходов там, где продуктивно реализуются затраты топливно-энергетических ресурсов и рабочей силы на их получение. Применение продуктов этого класса рационально, прежде всего, при производстве цементов, материалов автоклавного твердения, где повышенная реакционная способность исходного сырья дает высокий экономический эффект. Так, при использовании доменного шлака для изготовления шлакопортландцемента почти в два раза снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции, а себестоимость уменьшается на 25-30 %.

Продукты класса В образуются в результате физико-химических процессов, протекающих в отвалах (самовозгорание, распад шлаков и образование порошка и др.). Типичными представителями сырьевых материалов этого класса являются горелые породы.

Добыча, переработка и распределение минерального сырья, применяемого в строительной индустрии, имеют ряд специфических особенностей. Одной из таких особенностей являются крупные масштабы потребления, достигающие в настоящее время в СНГ 3 млрд. т. Эта особенность определяет необходимость добывать сырье как можно ближе к потребителю и обусловливает высокие суммарные затраты на добычу и переработку. Стоимость минерального строительного сырья существенно влияет на общую эффективность производства строительных материалов, постольку ее доля в цене конечной продукции отрасли довольно высока. Так, в цементной промышленности, где переработка сырья относительно сложная и дорогостоящая, затраты на сырье составляют 25-30 %, в стекольной уже 35-40 %, а в производстве нерудных строительных материалов, асбоцементных изделий они достигают 75 % и более. Другая особенность минерального строительного сырья - взаимозаменяемость различных его видов: вместо огнеупорной глины в строительной керамике успешно используются (или могут использоваться) бентонит, волластонит, тальк; вместо кварцевых песков в стекольной промышленности - перлит, липарит, опал кристобалитовые породы; вместо керамзитовых глин в производстве пористых заполнителей - глинистые сланцы, опоки, золы и шлаки ТЭЦ и т.д. Отсюда - широкие возможности для использования новых, нетрадиционных, в том числе техногенных, видов сырья взамен старых, что позволяет значительно улучшать качество строительных материалов, расширять ассортимент и снижать себестоимость (табл. 1.1).

Цветной металлургии

ТЕХНОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Металлургического производства

Топливно-энергетической индустрии

Химической отрасли

Обогащение

Переработка

Добыча

Отвалы горных предприятий

Шламо- и хвостохранилища

Шлакоотвалы

Шламоотвалы

Шлакозольные отвалы ТЭС

Шламо-, шлако- и т.д. отвалы

Вскрыша

Чёрной металлургии

Цветной металлургии

Забалансовые руды

Отвалы разработки россыпных месторождений

Горнодобывающей промышленности

Вмещающие породы

Рис. 1 Классификация техногенных месторождений.

Характерной особенностью минерального строительного сырья является также многоотраслевое использование: известняки применяются в производстве цементов, строительной извести, щебня, минеральной ваты, стеклоизделий, соды; огнеупорная глина - в производстве алюмосиликатных огнеупорных изделий, строительной керамики для изготовления литейных форм и т.д. При существующей системе хозяйствования в условиях, когда строительные материалы нужны всем отраслям и каждое ведомство стремится организовать собственную добычу, это значительно усложняет рациональное использование, особенно высококачественных разностей.

Своеобразие минерального строительного сырья, большие объемы добычи, наличие многочисленных, не поддающихся учету мелких карьеров их концентрация в густонаселенных районах - все это создает сложные экологические проблемы.

В настоящее время для производства строительных материалов в СНГ используется главным образом природное сырье - различные горные породы, специально добываемые из недр для этих целей (табл.1.2).

Таблица 1.1

Использование основных видов минерального строительного сырья (млн.т) в СНГ

Вид сырья	Специализированная добыча	Попутная добыча и горнопромышленные отходы
		Вскрышные, вмещающие породы и отходы обогащения	Золошлако-вые отходы	Металлурги-ческие шлаки
Сырье для производства нерудных строительных материалов			4,9	31,7
Сырье для производства стеновых материалов			1,2	-
Цементное сырье			1,2	27,2 (гранулированные шлаки)
Сырье для производства пористых заполнителей			0,2	1,7
Сырье для производства строительной извести		учтено вместе с цементным сырьем	-	-
Стекольное кварцсодержащее сырье		0,1	-	-
Прочие виды (керамическое сырье, облицовочные материалы и др.)			-	0,4
Итого			8,2	61,0

Производство строительных материалов предъявляет к их вещественному составу и свойствам жесткие требования, лимитируемые государственными, отраслевыми стандартами и техническими условиями. Этими нормативными документами для разных видов строительных материалов строго лимитируются физические (плотность, объемная масса, пористость), химические, механические (прочность, твердость, истираемость), технологические свойства, радиоактивность, теплопроводность, морозостойкость, декоративность и т.д. Несоблюдение требований ГОСТов, ОСТов и ТУ ведет, по меньшей мере, к повышению ресурсоемкости производства, а в худшем случае приводит к катастрофам (обрушение зданий, мостов и т.д.).