Рациональное использование отходов горнодобывающей промышленности

Л.И. Худякова, О.В. Войлошников, И.Ю. Котова
Байкальский институт природопользования СО РАН,
г. Улан-Удэ

Одной из важнейших задач социально-экономического развития регионов является эффективная экологическая политика, предполагающая снижение негативного воздействия хозяйственной деятельности на окружающую среду, что обусловливает внедрение ресурсо- и энергосберегающих технологий. Республика Бурятия обладает значительными запасами минерально-сырьевых ресурсов. В то же время большая часть ее территории входит в Байкальскую природную территорию, что предопределяет более высокие требования к разработке месторождений. При освоении новых месторождений увеличивается количество отходов горнодобывающей промышленности, что приводит к необходимости развития методов их максимального использования.

Среди отходов горных отраслей промышленности ультраосновные породы занимают огромное место и формируют экологически небезопасные отвалы. Наиболее эффективное решение проблемы их использования – создание безотходных технологий, что рассмотрено на примере использования ультраосновных пород Северо-Байкальской рудной зоны. Данные породы представлены дунитами и верлитами следующего химического состава (таблица 1). В свою очередь, дуниты представляют собой не только массивные породы, но и рыхлую кору механического выветривания с хорошо сохранившейся структурой исходных дунитов.

Таблица 1

Химический состав ультраосновных пород, масс. %

Одной из основных отраслей, использующей отходы, является отрасль стройиндустрии. Поэтому изучалась возможность использования ультраосновных пород в производстве бетонов.

Известно, что до 80 % объема бетонов составляют песок и щебень, и от того, какого качества используются данные заполнители, будет зависеть качество получаемого бетона. Стоимость бетона также зависит от стоимости заполнителей. Поэтому применение вместо традиционных видов заполнителей отходов горнодобывающих производств дает большой экономический эффект.

Первым этапом исследований являлось установление пригодности использования отходов горнодобывающих предприятий в качестве крупного и мелкого заполнителя при производстве бетонов. Испытания щебня проведены по ГОСТ 8269.0-97 “Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленного производства для строительных работ. МИ” и ГОСТ 8267-93 “Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. ТУ”.

Проведенные испытания показывают, что щебень из дунитов и верлитов фракции 5-40 мм по основным показателям не уступает гранитному щебню. Он соответствует требованиям ГОСТ и может применяться для изготовления бетона марок “100-400”. Наличие вредных компонентов и примесей в исследуемых породах не выявлено.

Была проведена радиационно-гигиеническая оценка пород. Значения суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов А_эфф для дунита составляет 85,69 Бк/кг, для верлита – 107,89 Бк/кг. По радиационным показателям представленные образцы не превышают нормируемых значений СанПиН 2.6.1.2523-09 “Нормы радиационной безопасности” (НРБ-99/2009) и согласно ГОСТ 8267-93 могут использоваться для всех видов строительных работ.

При изучении пригодности дунитового песка в производстве строительных материалов выявлено следующее. Ситовой анализ показал, что 68,4 % песка представлено частицами крупнее 0,63 мм. По модулю крупности (М_кр=2,72) и полному остатку на сите № 0,63 он относится к группе крупных песков. Содержание в песке пылевидных и глинистых частиц составляет 5 %, что не удовлетворяет требованиям ГОСТ 8736-93 “Песок для строительных работ. Технические условия”. Поэтому требуется дополнительное просеивание песка. Содержание органических примесей в песке, согласно ГОСТ 8735-88 “Песок для строительных работ. Методы испытаний”, находится в пределах допустимых значений.

Для дунитового песка значение суммарной удельной эффективной активности естественных радионуклидов А_эфф составляет 94,45 Бк/кг, что согласно ГОСТ 8736-93 устанавливает возможность его применения в строительстве.

Для изучения влияния щебня из ультраосновных пород на технологические свойства бетонных смесей были проведены испытания по подбору состава бетонов на четырех видах щебня. Расход щебня всех видов в составе бетонов оставался равным по массе. В качестве мелкого заполнителя использовались: кварцевый песок с модулем крупности М_к=2,5 и дунитовый песок с М_к=2,72. Подвижность бетонных смесей во всех случаях составляла 1-4 см при соотношении массы песка к общей массы заполнителей, равном 0,4. Расход портландцемента при подборе состава бетона оставался постоянным. Вода для затворения бетонных смесей во всех случаях соответствовала ГОСТ 23732 “Вода для бетонов и растворов. Технические условия”.

Изучалось влияние вида щебня на темпы твердения и прочность бетонов. При проведении физико-механических испытаний бетона руководствовались ГОСТ 10180-90 “Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам”. Исследования проводились в возрасте 7 и 28 суток нормально-влажностного твердения. Полученные результаты представлены в таблице 2.

Таблица 2

Механические показатели бетона в зависимости от вида заполнителей

Полученные в ходе экспериментов данные показывают, что основной набор прочности происходит в первые 7 суток твердения бетона (более 50 %), далее набор прочности замедляется и достигает максимального значения к 28 суткам твердения в нормально-влажностных условиях.

Вид крупного заполнителя оказывает влияние на прочностные характеристики бетонов. Самые низкие показатели имеют бетоны, где в качестве крупного заполнителя используется гравий. Лучшие показатели имеют бетоны с использованием ультраосновных пород. Установлено, что для бетонов на щебне из верлита и дунита прочность отличается от прочности бетонов на гранитном щебне на 4,87 – 5,99 % соответственно.

Мелкий заполнитель также оказывает влияние на прочностные характеристики бетонов. Замена кварцевого песка на дунитовый сопутствует повышению их прочности.

Полученные бетоны обладают повышенной водостойкостью и сульфатостойкостью. Их можно использовать для изготовления фундаментных блоков, внутренних стеновых панелей.

Таким образом, в результате проведенных исследований установлено, что отходы горнодобывающей промышленности в виде ультраосновных пород можно использовать в качестве крупного и мелкого заполнителей при производстве бетонов. При этом можно не только получить новые виды строительных материалов высокого качества и низкой себестоимости, а также решить вопросы создания экологически чистого горнодобывающего предприятия.

Работа выполняется по программе ОХНМ РАН № 5.5.2 “Получение новых видов материалов с высокими эксплуатационными характеристиками из отходов горнодобывающей промышленности”. 

Назад к списку