2.Заполнители, получаемые в процессе обогащения полезных ископаемых. Попутно добываемые породы.

Заполнители, получаемые в процессе обогащения полезных ископаемых.

Кроме вскрышных и сопутствующих пород, залегающих в месторождениях слоями и разрабатываемых отдельно, есть горные породы, которые не удается при разработке отделить от полезного ископаемого. Их добывают вместе с полезными ископаемыми, а потом различными способами отделяют в процессе его обогащения с выделением так называемой пустой породы. Пустая порода может быть в виде щебня или песка. Например, отходы горно-обогатительного комбината представляют собой железистые кварциты в виде щебня сухой магнитной сепарации, содержащего 70 % кремнезема и до 14…18 % железа и мелкого песка. По данным исследования использование этих отходов в качестве заполнителей позволяет получать высокопрочные и стойкие бетоны для ответственных конструкций.

В каменноугольных бассейнах страны отходы добычи и обогащения углей скопились в отвалах – терриконах. Они представляют собой пустую породу с некоторым содержанием угля. В результате возгорания угля в терриконах образуются так называемые горелые породы. Как показали исследования горелые породы в виде пористого щебня и песка с насыпной плотностью 800 – 1000 можно использовать в качестве дешевого местного заполнителя для легких бетонов с пределом прочности 10…20 МПа при умеренных расходах цемента.

В качестве сырья отходы углеобогащения применяются при производстве искусственного пористого заполнителя – аглопорита. Аглопорит можно получать и из глинистых пород, но при этом требуется значительный расход топлива ( каменного угля). Если же используются отходы углеобогащения, достигается экономия топлива, так как угля, содержащегося в отходах, вполне достаточно для процесса агломерации.

Попутно добываемые породы.

В ходе разработки месторождений полезных ископаемых часто приходится попутно разрабатывать различные каменные породы, чтобы открыть доступ к полезному ископаемому. Особенно велики объемы вскрышных работ при открытой разработке месторождений.

Часто объем полезного ископаемого составляет 10…15%, а объем вскрышной породы – до 90%, причем нередко попутно добываемые породы, являющиеся по существу также полезными ископаемыми, вывозятся в отвал.

Щебень, получаемый из попутно добываемых кварцитов одного из железорудных месторождений, вполне может заменить привозной гранитный щебень. Этот щебень целесообразно использовать в бетонах с пределом прочности до 30…35 МПа даже при неблагоприятной форме зерен, вызывающей перерасход цемента на 8…12%.

Среди пород, попутно добываемых при разработке месторождений различных полезных ископаемых, многие можно применять не в качестве заполнителей непосредственно, а в качестве сырья для их производства. В БГТИСМ доказана эффективность использования для получения керамзита попутно добываемых метаморфических глинистых сланцев Курской магнитной аномалии. Подобных примеров немало.

.

3. Природные пористые заполнители вулканического и осадочного происхождения: механизм образования пористости, свойства, способы обогащения по плотности.

Природные пористые материалы получают дроблением пористых горных пород и применяют в качестве заполнителей для легких бетонов и строительных растворов, а также для теплоизоляции. Характерной особенностью заполнителей является невысокая прочность и высокая пористость. Основным нормативным документом является ГОСТ 22263-76^* - Щебень и песок из пористых горных пород. Технические условия.

По крупности пористые заполнители делятся на пески и щебень 5-40 мм. Марка пористых заполнителей обозначается D и определяется по их насыпной плотности в сухом состоянии (кг/м³). Для песков определены марки 500-1400, для щебня 300-1200. регламентируется марка заполнителя по прочности, которая определяется при сдавливании в цилиндре и зависит от насыпной плотности заполнителя. ГОСТ устанавливает минимально допустимую марку по прочности для каждой из марок по плотности.

Коэффициент размягчения щебня из пористых горных пород должен быть не менее 0,6 при использовании в конструкционно-теплоизоляционных; не менее 0,7 – в конструкционных бетонах.

Щебень и песок могут быть получены из горных пород вулканического происхождения (пемза, шлаков, туфов, крупнопористых базальтов) и осадочного происхождения (пористый известняк, опока, известняк-ракушечник).

Пемза. Это пористое стекло, образовавшееся результате вспучивания и затвердения магмы, происходивших условиях резкого снижения давления и температуры при выходе ее на поверхность.

При снижении давления растворимость газов снижается и в магме образуются пузырьки газов, ранее растворенных в ней при температуре 1600-2000 ⁰С, за счет того, что при контакте с атмосферой происходит резкое снижение температуры магмы, на ней образуется пленка не позволяющая выходить газам, остывание приводит к фиксации пузырьков.

Пемза встречается в виде залежей смеси песка и щебня, а также крупных обломков. Технология производства заключается в разработке природных карьеров, дроблении и сортировке.

По химическому составу пемзы относятся к кислым стекловидным породам, содержание кислотных оксидов более 50%.

Размер пор в пемзе до 3 мм, форма пор – сферическая или вытянутая.

Суммарная пористость до 85 %, насыпная плотность песка из пемзы 600-1100 кг/м³, средняя плотность зерен 0,5-0,97 г/см³, прочность на сжатие до 40 МПа.

Вулканические шлаки.

Образовались аналогичным образом при вспучивании и застывании жидкой магмы основного состава СаО+МgО>50%.

Насыпная плотность песка из вулканических шлаков 650-1300 кг/м³, щебня 400-850 кг/м³.

Область применения – производство легких жаропрочных растворов.

Вулканические туфы.

Это мелкопористые породы, образовавшиеся из вулканического пепла с разной степенью спекания и уплотнения.

Туфы залегают массивами и используются для производства стеновых панелей и крупных блоков, образующиеся при производстве отходы подвергаются дроблению и сортировке и используются в качестве легких пористых заполнителей. Насыпная плотность щебня 600-800кг/м³, песка – 700-1000 кг/м³.

4.Влияние заполнителей на реологические свойства и долговечность бетона. Промывание заполнителей и способы обезвоживания. Классификация дробильного оборудования: типы дробилок и их кинематические схемы; схемы дробления материала.

При проектировании состава бетона исходят из возможности получения максимальной прочности и плотности при минимальном расходе вяжущего. в идеальном случае расход вяжущего зависит от пустотности смеси крупного и мелкого заполнителей и равен ей. В реальном случае цементное тесто расходуется на обмазку всех зерен заполнителя, поэтому зерна заполнителя не соприкасаются друг с другом, а разделены тонким слоем цем. теста. это приводит к увеличению расхода вяжущего на 15-30 %, что при проектировании состава бетона учитывается коэффициентом раздвижки.

Расход цемента увеличивается с увеличением удельной поверхности и с уменьшением крупности зерен заполнителя (мелкозернистый и песчаный бетон расход цемента всегда больше) и расход цемента всегда больше на щебне, чем на гравии.

Вид заполнителя влияет не только на расход цемента, но и на его качество, так как заполнители связывают часть воды затворения, этим снижают его подвижность и удобоукладываемость.

В зависимости от свойств заполнителей выбираются технология их дозирования. Заполнителя из плотных тяжелых пород дозируется по массе весовыми дозаторами. Легкие пористые заполнители дозируются по объему объемными дозаторами.

Интенсивность перемешивания и продолжительность для получения однородной бетонной смеси зависит от крупности заполнителя, формы его зерен и шероховатости поверхности.

Условия и интенсивность твердения бетона зависят от свойств и качества заполнителя. При твердении в естественных условиях рационально применять пористые заполнители, которые в начальный период забирают часть воды, а затем отдают ее назад, предотвращая высыхание бетона. Тяжелый бетон на плотных заполнителях при твердении на воздухе необходимо увлажнять. Реакция твердения цемента является экзотермической. При этом 1 кг цемента выделяет 200 кДж тепла. Заполнитель, содержащийся в бетоне рассеивает выделяющееся тепло, предотвращая тем самым появление микротрещин и термических напряжений.

Прочность бетона зависит от адгезии растворной части с крупным заполнителем. Адгезия зависит от формы зерен заполнителя, шероховатости его поверхности, наличия загрязняющих веществ. Особенно сильно снижают адгезию глинистые примеси, которые обвалакивают поверхность заполнителя пленкой и препятствуют образованию прочного сцепления (допускается не более 3% примесей).

Для дробления горных пород применяют дробильное оборудование:

-щековые дробилки

-конусные дробилки

- валковые

-дробилки ударного действия.

В зависимости от крупности исходной и дробленой породы различают следующие виды дробления:

1) крупное дробление (125-250)

2) среднее дробление (20-125)

3) мелкое дробление (до 20 мм).

Щековые дробилки: работают по принципу раздавливания и частичного изгиба между двумя щеками, одна из которых обычно неподвижна, а другая подвижная. По кинематической схеме бывают двух типов: с простым качанием подвижной щеки и со сложным качанием подвижной щеки.

Кинематическая схема щековой дробилки с простым движением щеки

Степень измельчения у щековых дробилок составляет в среднем 3-6, с двумя подвижными щеками до 8. максимальная крупность дробленого продукта, как правило превышает в два раза ширину разгрузочного отверстия.

Щековые дробилки, как правило, применяются для крупного и среднего дробления, то есть на 1 и2 стадии дробления. Важной характеристикой является угол захвата щековой дробилки – это угол между подвижной и неподвижной щеками в момент их наибольшего сближения. Α=18-20⁰. чем больше α, тем больше степень измельчения.

Применяют щековые дробилки для дробления прочных абразивных г/пород с прочностью до 300 МПа, максимальная производительность до 500 тонн в час.

Маркировка: Щ – щековая

К,С, М – крупное, среднее, мелкое дробление

Д – дробилка

С, П – со сложным или простым качанием

9х12 –размер загрузочного отверстия дробилки в мм или дм

125 – размер разгрузочного отверстия, мм.

Типоразмерный ряд:

250х400

400х600

600х900

900х1200

12001500

1500х2100

Конусные дробилки:

Конусная дробилка состоит из двух конусов, один из которых подвижный, а второй неподвижный. Дробление происходит за счет давления вращающегося конуса на неподвижный. Конусные дробилки устанавливают на 2 и 3 стадии дробления. Углом захвата называется угол между подвижным и неподвижным конусом в момент их наибольшего сближения. Максимальная величина угла захвата =27⁰. с уменьшением α степень измельчения уменьшается. У конусных дробилок степень измельчения составляет 3-6, при работе в закрытом цикле до 8. максимальная производительность дот 2000м³/час. Применяется для дробления твердых г/пород с прочностью до 200 МПа. Конусные дробилки не применяют для дробления влажных мягких материалов.

Кинематическая схема конусной дробилки

Маркировка:

К- конусная,

К, С, М – крупное, среднее, мелноке дробление

Д – дробилка

1500 – максимальный диаметр дробящего конуса в мм (750, 1000, 1250, 1500, 1750, 2000, 2500)

Гр, Т, Ст – грубое, тонкое, сверхтонкое.

Валковые дробилки:

Предназначены для дробления вязких влажных материалов (глина, мел, мергель, известняк). Основными рабочими органами являются 2 валка, которые вращаются навстречу друг другу и раздвинуты на расстояние, определяемое максимальным размером дробимого продукта.

Кинематическая схема валковой дробилки а - с одним подвижным валом б - с подвижно установленными подшипниками

Валки могут быть гладкими, ребристыми или зубчатыми. Диаметр от 400 до 1500 мм, ширина валков 0,4-1 от их диаметра.

Окружная скорость вращения 4-6 м/с, диаметр валков должен быть в 20 раз больше максимального диаметра дробимого материала. Степень измельчения 3-12, производительность до 100 т/ч.

Дробилки ударного действия:

Имеют высокую степень дробления 15-30 и малые энергозатраты. Эти дробилки применяются для крупного и мелкого дробления хрупких мягких пород, со средней прочностью до 120 МПа. Делятся на молотковые и роторные.

В молотковых дробилках молотки подвешены шарнирно, а в роторных закреплены жестко.

Степень измельчения и производительность зависят от частоты вращения ротора и массы молотков.

Серийно выпускаются двухроторные молотковые дробилки, степень дробления в которых достигает 40.

Кинематическая схема ударно-щековой дробилки 1 – неподвижная щека 2 – подвижная щека 3 – ролик 4 – эксцентриковый вал 5 – выходное отверстие