Изучение технологических свойств карбонатных пород

58. Технологические свойства карбонатных пород, как правило, изучаются в лабораторных и полупромышленных условиях на минералого-технологических, малых технологических, лабораторных, укрупненно-лабораторных и полупромышленных пробах. При имеющемся опыте переработки аналогичного сырья в промышленных условиях допускается использование аналогии, подтвержденной результатами лабораторных исследований.

59. Отбор проб для технологических исследований на разных стадиях геологоразведочных работ следует выполнять в соответствии с Методическими рекомендациями № 102 «Отбор технологических проб при геологоразведочных работах на рудные полезные ископаемые», утвержденные НСОМТИ ВИМС протокол № 1 от 31.10.2014 г [18].

60. Для выделения технологических типов и сортов полезного ископаемого проводится геолого-технологическое картирование, при котором сеть опробования выбирается в зависимости от числа и частоты перемежаемости разновидностей полезной толщи. При этом рекомендуется руководствоваться стандартом Российского геологического общества — СТО РосГео 09–002–98 «Твердые полезные ископаемые и горные породы. Геолого-технологическое картирование». [19].

61. Минералого-технологическими и малыми технологическими пробами, отобранными по определенной сети, должны быть охарактеризованы все природные разновидности карбонатных пород, выявленные на месторождении. По результатам их изучения проводится геолого-технологическая типизация с выделением промышленных (технологических) типов и сортов, изучается пространственная изменчивость вещественного состава, физико-механические и технологические свойства сырья в пределах выделенных промышленных типов и составляются геолого-технологические карты, планы и разрезы.

62. Технологические исследования в лабораторных условиях осуществляются на лабораторных и укрупнено-лабораторных пробах. Лабораторные пробы отбираются по одной-две из каждой разновидности карбонатных пород, имеющей промышленное значение. Укрупнен-лабораторные пробы характеризуют промышленные (технологические) типы карбонатного сырья. Эти пробы отбираются из различных природных разновидностей в соотношении, отвечающем среднему составу данного промышленного типа сырья для месторождения.

Масса проб для лабораторных технологических испытаний составляет 2–15 кг. Обычно для технологический исследований берут 1 м керна диаметром не менее 40 мм (со столбиками не менее 10 см) или один–два штуфа размером 15´15´15 см.

63. Полупромышленные технологические испытания проводятся по программе, согласованной недропользователем с проектной организацией и подразделением, выполняющим геологоразведочные работы.

Пробы для полупромышленных технологических испытаний должны характеризовать промышленные сорта или смеси сортов в соотношениях, отвечающих объему их совместной добычи и переработки на фабрике. Программой определяется направление, характер, объем полупромышленных технологических испытаний и масса проб. При этом должны быть уточнены технологические операции переработки карбонатного сырья и соответствие полученного в результате испытаний продукта требованиям государственных стандартов и технических условий.

Укрупненно-лабораторные и полупромышленные технологические пробы должны быть представительными и отвечать среднему составу отдельных технологических типов или всего месторождения.

64. Прослои некондиционных карбонатных пород, а также прослои и жилы других пород, материал карстовых заполнений и различные включения (кремнистый и прочий материал), которые нельзя исключить при разработке (в зависимости от схемы добычи), должны входить в состав технологических проб.

При отборе проб необходимо учитывать изменчивость качества карбонатных пород по простиранию и на глубину для наиболее полной характеристики технологических свойств кондиционного сырья на всей площади его распространения.

Для оценки технологических свойств пород глубоких горизонтов, труднодоступных для отбора лабораторных и полупромышленных проб большой массы, следует использовать выявленные закономерности в изменении качества сырья верхних изученных горизонтов.

65. По результатам лабораторных и полупромышленных технологических исследований выясняются технологические свойства всех выделенных промышленных типов и сортов карбонатного сырья, определяющие возможности их промышленного использования для основного и других назначений. В тех случаях, когда карбонатные породы по своему качеству в природном состоянии не отвечают требованиям промышленности, следует рассмотреть целесообразность и возможность их обогащения и при необходимости провести соответствующие исследования.

66. Требования к качеству отдельных видов карбонатных пород регламентируются соответствующими стандартами и ТУ (Приложение 3).

Технология переработки карбонатных пород зависит от направлений его использования.

Одним из самых широких использований карбонатных пород является получение портландцемента. Портландцемент — гидравлическое вяжущее вещество, получаемое путем совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса и твердеющее в воде и на воздухе. Важнейшими технологическими операциями при получении портландцемента являются: а) приготовление сырьевой смеси; б) превращение ее путем сильного обжига в клинкер; в) помол последнего в тонкий порошок с небольшим количеством некоторых добавок. Сырьевая смесь состоит в основном из известняка и глины (75–80: 25–20 %). Сырьевую смесь готовят мокрым или сухим способом. В первом случае смешение и измельчение сырьевых материалов производят с добавкой значительного количества воды. Получающаяся смесь имеет вид сметанообразной жидкости, называемой шламом. При сухом способе сырьевые материалы перед смешением и измельчением подвергают высушиванию. Для обжига клинкера применяют в основном вращающиеся и шахтные печи различных систем. Температура обжига для получения портландцемента составляет 1450 °С. Помол клинкера в настоящее время производится в основном в шаровых мельницах. К клинкеру при его измельчении необходимо добавлять гипс. Кроме этого, разрешается вводить при помоле активные минеральные добавки в количестве не более 15 % от веса готового продукта, а также небольшое количество специальных добавок, не ухудшающих качества цемента, но необходимых, например, для интенсификации процесса помола или для других целей: гидрофобизации цемента, уменьшения его водопотребности и т.д.

Следующее направление использования — это производство строительной извести. В зависимости от характера последующей обработки обожженного продукта воздушная известь делится на негашеную (комовую и молотую) и гашеную — гидратную (пушонку и тесто). В зависимости от пластичности получаемого продукта, зависящего от содержания глинистых и песчаных примесей, различают жирную и тощую извести. Жирная известь быстро гасится, выделяя при этом много тепла, и дает после гашения пластичное жирное на ощупь тесто. Тощая известь гасится медленно и дает менее пластичное тесто, в котором прощупываются мелкие зерна. В заводских условиях температура обжига известняка находится обычно в пределах 1000–1200 °С. Она изменяется в зависимости от свойств сырья (плотности, наличия примесей, размеров кусков) и конструкции печи, причем под температурой обжига понимается температура обжигаемого материала.

В черной металлургии используются известняки и доломиты. Известняки, а также получаемая из них известь, применяются в качестве флюса при производстве чугуна, стали и ферросплавов для извлечения и перевода в шлаки балластных и вредных примесей руды и золы топлива. В доменном производстве используются известняки, доломитовые известняки и доломиты, в сталеплавильном и ферросплавном — известняки и известь. Мел из-за недостаточной прочности и большой влажности применяется только изредка в литейном деле.

В химической промышленности, для производства кальцинированной соды раствор поваренной соли насыщают углекислым газом и аммиаком и получают бикарбонат натрия и хлористый аммоний. Бикарбонат натрия прокаливанием разлагают на кальцинированную соду и углекислый газ. Хлористый аммоний для регенерации аммиака обрабатывают известковым молоком. Отходом производства является хлористый кальций. Углекислый газ и известь для образования известкового молока получают обжигом известняка или мела.

В сельском хозяйстве, как и во многих других областях, применяются известняковая (доломитовая) мука, получаемая измельчением карбонатных пород или отсевов их дробления при производстве щебня.

В конвертерном производстве доломит используется в виде безобжиговых магнезито-доломитовых и доломитовых огнеупорных изделий, применяемых для футеровки кислородных конвертеров. Технические требования, предъявляемые к доломиту для производства конвертер­ных огнеупоров, регламентированы ТУ 14-8-232-77.

В стекольной промышленности используется кусковой доломит крупностью от 20 до 300 мм. Технические требования к кусковому доломиту оговорены ГОСТ 23672-79.

Для получения извести для агломерационного производства применяются известняки кальциевого состава и мел. Технические требования, предъявляемые к извести для агломерационного производства, регламентированы ОСТ 14 35–78.

В сталеплавильном и ферросплавном производствах применяют кальцитовые и доломитизированные известняки в качестве флюса, а также как сырье для производства извести, используемой в качестве флюсующей добавки и составляющей шихты в процессах выплавки сталей и ферросплавов. Технические требования, предъявляемые к флюсовым известнякам для сталеплавильного и ферросплавного производств, регламентированы ОСТ 14 64–80, а к извести — ОСТ 14 16–165–85.

В стекольной промышленности применяется кусковой известняк крупностью от 20 до 300 мм. Технические требования к кусковому известняку для стекольной промышленности регламентированы ГОСТ 23671-79.

Для пищевой, парфюмерно-косметической, медицинской, резинотехнической промышленностей используется обогащенный (химически осажденный) мел, отвечающий требованиям ГОСТ 8253-79.

Технические требования к мелу для резиновой, кабельной, лакокрасочной и полимерной промышленностей регламентированы ГОСТ 12085-88.

67. Технологические свойства карбонатных пород должны быть изучены с детальностью, обеспечивающей получение исходных данных, достаточных для проектирования технологической схемы переработки с наиболее рациональным и комплексным использованием полезного ископаемого.

68. Карбонатным породам должна быть дана радиационно-гигиеническая оценка в соответствии с действующими «Нормами радиационной безопасности» (СанПиН 2.6.1.2523-09 (НРБ 99/2009)) [19].