способ утилизации магнийсодержащих твердых отходов

Формула изобретения

1. Способ утилизации магнийсодержащих твердых отходов, включающий измельчение твердого магнийсодержащего сырья, отличающийся тем, что проводят измельчение сырья, содержащего не более 1 мас.% влаги и не менее 14 мас.% магния в пересчете на элементарный магний, в шаровых мельницах до получения размера частиц не свыше 200 мкм, смешивают измельченное сырье с каустическим магнезитом в соотношении от 1×0,05 до 1×0,1, с последующим добавлением к смеси измельченных целлюлозных отходов в соотношении от 1×0,3 до 1×0,4 и затворяют полученную смесь водой в пределах 40-50% от состава с последующим формированием строительных конструкций.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве целлюлозных отходов используют опилки, измельченную кору, измельченную солому зерновых культур, измельченные стебли бобовых культур, измельченные стебли и кочерыжки кукурузы.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют целлюлозные отходы с размером частиц от 1 до 25 мм.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют твердые отходы переработки магнезита, доломита, карналлита, бишофита, каинита, оливина, а также бедных руд, содержащих указанные минералы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии и химической технологии переработки неорганических веществ и может быть использовано на предприятиях переработки магнийсодержащих руд, в частности переработке магнийсодержащих отходов производства, предпочтительно в виде твердых магнийсодержащих шламов.

Изобретение может быть использовано, в частности, для переработки различных твердых отходов производства таких магнийсодержащих минералов, как брусит, кизерит, магнезит, доломит, карналлит, бишофит, каинит, оливин, а также бедных руд, содержащих указанные минералы. При реализации способа желательно использовать исходное сырье (твердые отходы или бедные руды), содержащие не менее 14% магния (в пересчете на элемент магний), причем предпочтительно использовать сырье, содержащее магний в виде оксида и/или водорастворимых солей. По разработанному способу переработке подлежат сбросные шламы, в частности карналлитовые шламы, серпентинитовые отвалы, отходы переработки магнезита, отвальные шлаки, кеки и т.д.

Известен (SU, авторское свидетельство 1039912) способ получения цементного клинкера. Согласно известному способу сырьевую смесь обрабатывают хлормагниевым раствором, обработанным в магнитном поле и содержащим хлориды калия и натрия, с последующим ее обжигом.

Недостатком данного способа является дополнительная магнитная обработка хлормагниевых растворов.

Известен также (В.В.Тетерин и др. // Цветная металлургия, 1997, N 2-3. с.24-27) способ производства магнезиального вяжущего. Согласно известному способу прокаленный брусит смешивают с раствором хлорида магния плотностью 1,25 кг/м ³ при соотношении MgO:MgCl₂=2,6 с получением цемента Сореля.

Недостатком данного способа является необходимость использования хлорида магния реактивной чистоты.

Известен (RU, патент 2121987) способ изготовления строительных изделий на магнезиальном вяжущем, включающий смешение порошка магнезитового каустического, минерального наполнителя и водного раствора хлорида магния, формование изделий и их отверждение, причем минеральный наполнитель активируют совместным помолом с химической добавкой и/или минеральной добавкой до удельной поверхности частиц 1000-3500 см²/г, причем минеральная добавка представляет собой электротермофосфорный шлак или пиритные огарки, или их смесь, а химическая добавка представляет собой суперпластификатор или кремнийорганическую жидкость, или их смесь.

Недостатком известного способа следует признать его сложность, а также высокую себестоимость получаемой продукции.

Известен также (RU, патент 2155240) способ переработки отходов магниевого производства. Согласно известному способу отходы измельчают, измельченные отходы смешивают с водой, получая хлормагниевые растворы, содержащие 150-400 г/дм ³ MgCl₂, наполнителем и вяжущим, после чего смесь формуют или прессуют с образованием строительных конструкций.

В качестве отходов магниевого производства предпочтительно используют шламы карналлитовых хлораторов, содержащие хлорид и оксид магния, в качестве наполнителя - песок и отходы переработки древесины, а в качестве вяжущего - обожженный брусит или каустический магнезит.

Известный способ осуществляют следующим образом.

Шлам карналлитовых хлораторов измельчают и смешивают с водой для получения раствора хлорида магния с массовой концентрацией 150-400 г/дм³ MgCl ₂. Природный брусит (или магнезит) обжигают при температуре 450-500°С (700-800°С) в течение 2 ч и измельчают. В полученный хлормагниевый раствор вводят наполнитель, перемешивают до однородной массы, а затем вводят вяжущее. Полученную массу формуют или прессуют с получением бруса, строительных блоков и др.

Недостатком известного способа следует признать его технологическую сложность, а также достаточно высокую себестоимость получаемых изделий.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в создании простой технологии утилизации твердых отходов, содержащих магний в форме оксида и/или водорастворимых солей, с получением строительных конструкций.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного технического решения, состоит в улучшении экологической обстановки вблизи промышленных предприятий, перерабатывающих магнийсодержащее сырье, при одновременном получении строительных конструкций с низкой себестоимостью.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать измельчение твердых магнийсодержащих отходов, содержащих не более 1 мас.% влаги и не менее 14 мас.% магния в пересчете на элементарный магний, в шаровых мельницах до получения частиц размером не свыше 200 мкм, смешение измельченного шлама с каустическим магнезитом в соотношении от 1×0,05 до 1×0,1, смешение с измельченными целлюлозными отходами в соотношении от 1×0,3 до 1×0,4 и затворение полученной смеси водой в пределах 40-50 мас.% от массы смеси с последующим формированием строительных конструкций. В качестве целлюлозных отходов можно использовать опилки, измельченную кору, измельченную солому зерновых культур, измельченные стебли бобовых культур, измельченные стебли и кочерыжки кукурузы. В качестве магнийсодержащих твердых отходов могут быть использованы карналлитовые шламы, серпентинитовые отвалы, отходы переработки магнезита, а также любые твердые отходы переработки магнийсодержащих минералов (магнезит, доломит, карналлит, бишофит, каинит, оливин), а также бедные руды, содержащие не менее 14 мас.% магния (в пересчете на элементарный магний) в виде оксида магния и/или водорастворимых магниевых солей.

При содержании в шламе влаги свыше 1 мас.% происходит самопроизвольное соединение хлорида магния и оксида магния с образованием типа цемента Сореля, что уменьшает вяжущие свойства магнийсодержащих твердых отходов. При содержании в шламе магния менее чем 14 мас.% (в пересчете на элементарный магний) получаемое магнезиальное вяжущее не обеспечивает надежного соединения строительных элементов, а также не обеспечивает прочности строительных элементов, в состав которых входит полученное вяжущее. При измельчении шламов с размерами частиц свыше 200 мкм получаемое магнезиальное вяжущее не обеспечивает прочности строительных элементов, в состав которых входит полученное вяжущее. При содержании в строительных конструкциях измельченных целлюлозных отходов менее чем в пропорции 1×0,3 получают композитные материалы с удельной массой более 1000 кг/м³, а назначение разработанного технического решения - создание легких композитных материалов с удельным весом менее 1000 кг/м³. При содержании измельченных целлюлозных отходов более чем 1×0,4 получают композитный материал с высоким водопоглощением (более 20%), что делает его малопригодным в производстве строительных материалов и конструкций. Желательно использование целлюлозных отходов размерами не менее 1 мм и не более 25 мм, увеличение размера целлюлозных отходов ведет к уменьшению прочности на сжатие композитных материалов.

При дисперсности измельченного шлама в пределах 50-200 мкм, композитная смесь работает в интервале соотношений основных компонентов, участвующих в образовании магнезиальных цементов, с получением магнезиального цемента, начало схватывания которого происходит не ранее, чем через 25 минут, а окончание схватывания не позднее 5,5 часов при массовой доле влаги не более 1%.

В дальнейшем сущность разработанного технического решения будет раскрыта с использованием примеров реализации.

1. При изготовлении по разработанному способу строительных блоков, применяемых для возведения зданий малоэтажного строительства, предварительно в шаровой мельнице с использованием металлических шаров измельчили 200 кг карналлитового шлама, содержащего 0,8 мас.% влаги и 14,5 мас.% магния в пересчете на элемент магний, до величины частиц в среднем 180 мкм, смешали в стандартном смесителе объемом 0,5 м³ с горизонтальным расположением шнеков, измельченный шлам с каустическим магнезитом, взятым в количестве 25 кг при среднем размере частицы каустического магнезита 100 мкм, через 0,1 ч после начала смешения добавили опилки хвойных пород деревьев со средним размером частицы 2,8 мм в количестве 57 кг, соломы со средним размером частиц 25 мм в количестве 30 кг, после перемешивания в течение 5 мин затворили смесь водой, взятой в количестве 80 кг, и после перемешивания в течение 5 мин сформировали блоки - кирпичи размером 20×30×60 с удельным весом 900-1000 кг/м³. Полученные блоки перед укладкой в несущую стену двухэтажного дома выдерживали в течение 10 суток. Полученные блоки имеют характеристики, соответствующие требованиям (ГОСТ, ОСТ, ТУ).

2. При изготовлении по разработанному способу теплых шламовых полов, предварительно в шаровой мельнице с использованием металлических шаров измельчили 200 кг серпентинитовых отвалов, содержащих 0,7 мас.% влаги и 19,7 мас.% магния в пересчете на элемент магний, до величины частиц в среднем 180 мкм, смешали в стандартном смесителе объемом 0,5 м³ с горизонтальным расположением шнеков, измельченный шлам с каустическим магнезитом, взятым в количестве 27 кг при среднем размере частицы каустического магнезита 120 мкм, через 0,12 ч после начала смешения добавили опилки лиственных пород деревьев со средним размером частицы 2,2 мм в количестве 59 кг, кусковые отходы размером до 30 мм в количестве 25 кг, после перемешивания в течение 5 мин затворили смесь водой, взятой в количестве 80 кг, и после перемешивания в течение 5 мин, сформированную смесь укладывают на подготовленное основание пола.

3. При изготовлении по разработанному способу пеноблоков, применяемых для возведения зданий малоэтажного строительства предварительно в шаровой мельнице с использованием металлических шаров, измельчили 200 кг отходов переработки магнезита, содержащего 0,6 мас.% влаги и 22,6 мас.% магния в пересчете на элемент магний, до величины частиц в среднем 140 мкм, смешали в стандартном смесителе объемом 0,5 м³ с горизонтальным расположением шнеков, измельченные отходы с каустическим магнезитом, взятым в количестве 31 кг при среднем размере частицы каустического магнезита 130 мкм, через 0,16 ч после начала смешения добавили опилки хвойных пород деревьев со средним размером частицы 3,3 мм в количестве 61 кг, измельченную солому злаковых культур со средним размером частиц 21 мм в количестве 32 кг, после перемешивания в течение 4 мин затворили смесь водой, взятой в количестве 80 кг с последующим добавлением пенного концентрата в количестве 250 литров и перемешиванием в течении 5 мин. Затем сформировали пеноблоки размером 30×20×60 с удельным весом 700 кг/м ³, технологические характеристики которых соответствуют ТУ на блоки из пеноблоков.

4. При изготовлении по разработанному способу бетона, применяемого для монтажа полов, изготовления фундаментных блоков предварительно в шаровой мельнице с использованием металлических шаров измельчили 200 кг карналлитового шлама, содержащего 0,7% влаги и 22,1% магния в пересчете на элемент магний, до величины частиц в среднем 190 мкм, смешали в стандартном смесителе объемом 0,5 м³ с горизонтальным расположением шнеков, измельченный шлам с каустическим магнезитом, взятым в количестве 30 кг при среднем размере частицы каустического магнезита 100 мкм, через 0,15 ч после начала смешения добавили песчано-гравийную смесь в количестве 600 кг (250 кг песка, 350 кг щебня), после перемешивания в течение 0,09 ч затворили смесь водой, взятой в количестве 100 кг и после перемешивания в течение 5 мин сформировали фундаментные блоки. Плотность полученного бетона составляет примерно 2300 кг/м³.

Полученные блоки перед укладкой в несущую стену двухэтажного дома выдерживали в течение 10 суток. Полученные блоки имеют характеристики, соответствующие требованиям (ГОСТ, ОСТ, ТУ).

Использование предлагаемого способа позволяет улучшить экологическую обстановку вблизи промышленных предприятий, перерабатывающих магнийсодержащее сырье, за счет ликвидации полигонов отходов при одновременном получении строительных конструкций с низкой себестоимостью (примерный 52% от себестоимости материалов, изготовленных с использованием портландцемента).