Материал: 1790

Согласно генетической классификации промышленных типов магнезиального сырья А.И. Шевелева, породы, пригодные для получения магнезиального цемента, – это кристаллические магнезиты древних осадочных толщ, пелитоморфные магнезиты коры выветривания ультрабазитов, бруситы – магматические породы низкотемпературногообразования,атакжесоли,полученныеизморскойводыирассолов.

В России в настоящее время разрабатываются Саткинское и Киргитейское месторождения кристаллических магнезитов древних осадочных толщ, Кульдурское месторождение бруситов и ОрскоХалиловское месторождение «аморфного» магнезита. Саткинская свита, в которой залегает магнезит, представлена черными и темносерыми сильно перекристаллизованными битуминозными доломитами, мергельными сланцами, кварцевыми и мергелистыми доломитами, а также черными глинистыми сланцами. Ниже толщи этих пород залегают сильно кремнистые, тонкозернистые доломиты. Магнезит и толщу вмещающего его доломита прорезают диабазовые дайки. Залегания магнезита тянутся узкой полосой (50 – 150 м) общей длиной около 8 км от горы Волчьей на юго-запад. Мощность пласта доходит до 40 метров и более. Вне этой полосы есть залегания у березового моста и на реке Сарайке. Магнезит Саткинского месторождения представляет собой кристаллическую породу белого, серовато-белого и голубовато-серого цветов. Структура магнезита – от мелкозернистой (до 5 мм) до грубозернистой (10 и более мм).

Халиловское месторождение аморфного магнезита приурочено к западной части большого змеевикового массива. Магнезит залегает по трещинам наиболее рыхлой части этого массива, жилами и гнездами мощностью от 10 до 60 см, реже до 1 и 3 метров. Рудоносная толща 0,4

– 15 м. Форма и направление жил неправильные. Халиловский магнезит состоит из мельчайших зерен карбоната магния размером около 0,001 мм и пропитан опаловидной аморфной кремнекислотой, содержание которой в некоторых случаях доходит до 12 %. В табл. 5 приводится химический состав магнезита основных месторождений [3].

23

Таблица 5

Химический состав магнезитов

24

3.2. Доломит, бруситовый мрамор, змеевики и серпентины

Вместо магнезита в качестве сырья может быть использован доломит, обожженный ниже температуры диссоциации карбоната кальция, но выше температуры разложения карбоната магния (650 – 800 оС). Доломит – карбонатная порода, состоящая из карбонатов кальция и магния с примесями кварца, кальцита и гипса. Чистый доломит содержит 21,8 % MgO, 30,4 % СаО и 45,8 % СО2. Вяжущие свойства цемента, изготовленного из доломита, ниже, чем из чистого магнезита. Причина, по которой доломит используется в качестве сырья для производства магнезиального цемента – широкая распространенность этого минерала. Недостатком данного минерала при использовании его в качестве сырья для производства магнезиального цемента является непостоянство химического состава, даже в пределах одного месторождения.

В результате геологических процессов доломит разлагается на кальцит и периклаз, который гидратируется и образует брусит Mg(OH)2. Такая бруситово-кальцитовая порода получила название бруситовый мрамор. Она широко используется как для получения жженной магнезии, так и для получения извести – пушонки [12]. После обжига породы для отделения извести используется ее большая растворимость в воде. Промышленные месторождения бруситового мрамора находятся в Канаде (провинции Онтарио и Квебек) и в России в районе Центрального Алдана (Якутия).

Еще один сырьевой минерал – силикатные породы: змеевики и серпентины общим составом 3MgO·2SiO2·2H2O. Такую породу сначала обрабатывают серной кислотой, в результате чего оксид кремния переводят в нерастворимый остаток. Далее раствор обрабатывают содой, осадок карбоната магния отделяют, промывают, сушат и прокаливают. Основные месторождения змеевиков находятся на Кавказе, на Урале и в Казахстане.

Высокомагнезиальное сырье, в основном, идет на производство огнеупоров, а для производства строительных материалов остаются породы третьего сорта, с большим количеством примесей. В качестве сырья также используют отход производства огнеупоров – пыль-унос из вращающихся печей обжига в производстве периклаза [13].

Условия образования магнезиальных горных пород влияют не только на вид породообразующего минерала, но и на химический состав примесей. Все породы содержат примеси кальцита и доломита,

25

их содержание не должно превышать 8 %, с тем, чтобы в обожженном сырье примесь оксида кальция не была более 4,5 %. Состав других примесей сильно зависит от происхождения минерала. Кристаллические магнезиты древних осадочных толщ обязательно содержат «уг- листо-хлоритовое» или графитистое вещества, которые наполняются железосодержащими минералами (пиритом, оксидами железа). Пелитоморфные магнезиты коры выветривания древних ультрабазитов и бруситы, кроме примесей доломита и кальцита, обязательно содержат в разных количествах (до 20 %) серпентиниты (гидросиликаты магния). Для производства огнеупоров породы с высоким содержанием силикатов непригодны, а для производства магнезиального вяжущего присутствие серпентинитов даже полезно, так как повышает водостойкость цементного камня [2, 14].

3.3. Основные этапы переработки сырья

Технология производства каустического магнезита всегда включает стадию обжига, так как из магнезита необходимо удалить углекислый газ, из бруситов, серпентинитов, морской и озерной рапы – кристаллизационную воду. Обжиг сырья – основная и наиболее ответственная стадия производства магнезиального цемента. При нагревании до 700 – 800 оС магнезит теряет углекислоту и превращается в аморфный оксид магния (α-форма), который называется каустическим магнезитом. Если проводить обжиг при более высокой температуре, оксид магния кристаллизуется в виде периклаза (β-форма). Такой продукт еще называют спекшимся магнезитом. Аморфный оксид магния растворим в воде (особенно содержащей углекислый газ) и кислотах. Кристаллический периклаз отличается большей кислотоупорностью. Он также плохо растворим в воде. Доломит при температуре 735 оС начинает распадаться на СаСО3 и MgCO3, при этом происходит декарбонизация MgCO3. Полное разложение доломита при атмосферном давлении заканчивается при 905 оС. В условиях реального производства температура обжига может несколько отличаться в зависимости от природы и количества примесей, а также от условий разложения (например, разложение может происходить в токе углекислого газа или на воздухе). С целью увеличения скорости реакции разложения обжиг обычно проводят на 100 – 150 оС выше расчетной температуры. При недостаточном нагреве часть карбоната магния остается неразложившейся, при пережоге образуется периклаз. В обоих случаях

26

доля активной магнезии (MgO) снижается. Кроме того, при высокой температуре обжига доломита начинается активное разложение карбоната кальция, образуется свободная известь, снижающая качество магнезиального цемента.

А.П. Ваганов [3] предлагает в качестве показателя, определяющего температуру обжига магнезиального сырья, взять удельный вес образующегося оксида магния. Оптимальный удельный вес находится в диапазоне 3,2 – 3,3 г/см3, что соответствует температуре обжига 680 – 900 оС. Э. Кемпбелл [3] приводит данные зависимости сроков гидратации каустического магнезита в зависимости от температуры обжига (рис. 3). Каустический магнезит, полученный в результате обжига при 1100 оС, полностью гидратируется в течение трех месяцев, тогда как после обжига при 1200 оС гидратация даже через год прошла только на 92 %, через два года – на 95 % и только после трех лет – на 100 %. При температуре обжига 1300 – 1400 оС даже через шесть лет гидра-

тация не была за-

чностные свойства цемента на его основе. Установлено, что при обжиге брусита в интервале температур от 350 до 700 оС образуется

27