Вспучивающиеся материалы

Вспучивающиеся материалы – это горные породы, которые, будучи в раздробленном состоянии, после нагревания резко увеличивают свой объем. К вспучивающимся материалам относятся разные по своей природе горные породы – перлит и вермикулит.

Перлит – кислые вулканические (эффузивные) водосодержащие породы, имеющие стекловатое сложение. Собственно перлит – это вулканическое стекло. Помимо него для получения вспучивающихся материалов могут быть использованы другие кислые вулканические породы – обсидиан, липарит. После дробления и фракционирования, при нагревании стекло размягчается, а содержащаяся в нем вода переходит в пар, вспучивая породу. Вспучивание перлитов происходит при температуре 600−700 ºС, а обсидианов – 950−1000ºС.

Общераспространенных требований к вулканическим стеклам не существует, однако основные требования к сырью могут сводиться к следующему – содержание SiО₂ не менее 65 %, оптимальное содержание воды 0,5−3,0 %.

Вермикулит – водный алюмосиликат сложного химического состава. Это вторичный минерал, связанный с комплексами ультраосновных и щелочных пород, измененных карбонатных пород и метаморфических пород (слюдяных гнейсов). Он образуется в результате процессов гидратации, обменных реакций и других изменений первичных магнезиальных железистых слюд биотит-флогопитового ряда, которые сами образуются за счет преобразования амфиболов и пироксенов. Промышленным свойством вермикулита является его способность вспучиваться при нагревании с увеличением в объеме в 15−25 до 40 раз. При нагревании (800−1000 ºС) вермикулита вода, заключенная между спайными листочками, переходит в пар, резко увеличиваясь в объеме и раздвигает при этом листочки, остающиеся в таком положении и после охлаждения.

В Свердловской области, да и на Урале в целом, открытых месторождений перлита и вермикулита нет. Однако при необходимости они могут быть найдены и обеспечат потребности строительного комплекса во вспучивающихся материалах.

ПРИРОДНЫЕ СОРБЕНТЫ

К сорбентам природным относят горные породы и минералы, обладающие высокими адсорбционными, ионообменными, каталитическими и фильтровальными свойствами.

По характеру кристаллической структуры и проявлению адсорбционных и других свойств природных сорбентов подразделяются на две группы: с кристаллической структурой слагающих их минералов и с аморфной гелево-пористой структурой. К первой относятся цеолиты, глаукониты, бентонитовые и пылгорскитовые глины, вермикулит. Ко вторым – диатомиты, трепел, опока, т.н. опал – кристобалитовые породы и перлит.

Одни виды природных сорбентов относят к минеральным образо-ваниям с поверхностно-активными свойствами, с расширяющейся слоистой структурой, другие – вступают непосредственно в реакцию на ос-нове катионного обмена как ионообменники (цеолиты, глаукониты, бентониты, палыгорскиты).

Одним из главных показателей оценки природных сорбентов является характер пористости (сорбционная способность), которая меняется от ультрапористости (на уровне молекулярных сит) у цеолитов, палыгорскитов до макропористости – диатомиты, перлиты. Наибольшая сорбционная способность свойственна цеолитам, меньше у бентонитов и палыгорскитов, самая низкая у опалкристобалитовых пород (диатомиты, трепел, опока).

Природные сорбенты как сырье находит широчайшее применение в строительстве, промышленности, в сельском хозяйстве, в охране природной среды. Природные сорбенты представляют достаточно однородную смесь частиц составляющих их минералов.

Цеолиты – эффузивно-осадочная порода светлых окрасок, сложенная до 70 % и более минералами группы цеолитов – водными алюмосиликатами щелочных и щелочноземельных металлов, так называемые цеолитизированные туфы.

Характерное свойство цеолитов – способность к ионному обмену и обратимой дегидратации наряду с сорбционной способностью определяет применение цеолитов для очистки нефтяных, растительных масел, жиров; для сероочистки нефтяных газов, мазута, фильтрации пищевых жидких продуктов (вина, пива и др.), очистки воды, бытовых и промышленных отходов, в целях экологической реабилитации территорий.

Опалкристобалитовые породы – диатомиты, трепел, опоки. Оса-дочные породы морского происхождения, сложенные кремневым панцирем организмов и представляют равномерную природную смесь опалового кремнезема, глинистого и обломочного материала. Это легкие, светлые, высокодисперсные породы (исключение опоки – полускальные грунты), обладающей высокой пористостью: 60−75 %. Как природные сорбенты эти породы широко применяются для отбелки масел и жиров, сероочистке нефтяных газов, мазута, как хороший фильтрующий элемент, при очистке воды, бытовых и промышленных отходов. Широчайшее применение они находят в строительной промышленности – для получения жидкого стекла, строительного кирпича, добавок к цементу, активных наполнителей в бумагу, резину, пластмассу, как теплоизоляционный материал, и т.д.

Бентониты – тонкодисперсные, плотные, жирные на ощупь глинистые породы (глины), сложенные преимущественно глинистым материалом монтмориллонитом (бейделлитом). Сорбционная активность бентонитов основана на ионообменной способности. Это хорошо разбухающие породы. Поэтому основная сфера применения их – экологическая реабилитация (захоронение отходов, реабилитация почв, очистка воды прудов и водоемов). В чисто строительном деле бентониты находят большое применение для производства высококачественного керамзита. Геологически, бентониты большей частью являются осадочными морскими породами.

Глаукониты – слоистые низкотемпературные магнезиально-желе-зистые слюды. В природе наблюдаются в виде скоплений микроконкреционных агрегатов, содержание которых в т.н. кварцево-глауконитовых песках 60−80 %. Внешне это мелко- и среднезернистые глинистые пески зеленоватых тонов. Адсорбционная активность глауконита связана с его ионообменными свойствами. Сфера применения глауконитов – отбелка масел и жиров, но главное, как и у бентонитов – экологическая реабилитация.

Кроме того, в качестве природных сорбентов используются верми-кулиты и перлиты, свойства которых рассмотрены в разделе, посвященном вспучивающимся материалам. Наибольшие перспективы обнаружения и использования перечисленного сырья, имеют осадки верхнего мела – палеогена, широко развитых на востоке Свердловской области. Запасы их практически не ограничены.

5. ТЕХНОГЕННЫЕ ОТХОДЫ – СЫРЬЕ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Техногенным сырьем называются отходы различных производства, которые могут использоваться в качестве минерального сырья в строи-тельстве и при производстве строительных материалов. Техногенное сырье образуются в горнодобывающей, металлургической, топливно-энерге-тической и химической промышленностях. По способу образования выделяют три типа техногенных месторождений: сухие отвалы; гидроотвалы, хвосто- и шламохранилища; комбинированные отвалы.

Наибольшее количество отходов образуется в горнодобывающей промышленности. Годовой объем ежегодно изымаемых из недр и вывозимых в отвалы вскрышных и вмещающих пород в месторождениях в России превышает 3 млрд. т. Годовое образование хвостов обогащения составляет около 500−600 млн. т.

Среди отходов металлургической, топливно-энергетической и химической промышленностей наибольшее значение имеют металлургические шлаки, золошлаковые отходы тепловых электростанций и др. Годовой выход шлаков черной и цветной металлургии около 55 млн. т, золошлаковых отходов – 50 млн. т, фосфогипса – 10 млн. т и т.д.

Техногенное сырье представляет собой колоссальный резерв минерально-сырьевой базы страны. Особую ценность техногенное сырье представляют как сырье для промышленности строительных материалов и изделий. Кроме того, использование их позволяет существенно улучшить экологическую обстановку в этих районах.

Техногенное сырье условно подразделяется:

− вскрышные и вмещающие породы, отходы сухой переработки и сухого обогащения полезных ископаемых. Это сырье используют практически в тех же направлениях, что и природное. Его качественную оценку производят по методикам и нормативным документам, разработанным для природного сырья. Основной вид продукции – разнообразный щебень, строительные смеси и наполнители;

− отходы мокрых способов обогащения, металлургические шлаки и шламы, золотошлаковые отходы тепловых электростанция, некоторые отходы химической промышленности. Особенностями этих отходов является разнообразие их химического и вещественного состава, зависящего как от исходного сырья, так и способов его первичной переработки. Поэтому для такого техногенного сырья нет единых требований и условий, рекомендующих применение их в качестве стройматериалов. Они, эти требования, устанавливаются в каждом конкретном случае. Одной из наиболее перспективных областей исследования этого вида техногенного сырья в строительной индустрии является производство портландцементов и его разновидностей, а также гипсовых и других ведущих. Причем, они могут применяться и как сырье для получения цементного клинкера, например, доменные шлаки, золошлаковые отходы, так и в качестве минеральных добавок в цемент, например, фосфогипс (для установления сроков схватывания цемента). Тот же фосфогипс, наряду с борогипсом и фторогипсом, могут применяться и для получения гипсовых растворов.

Для производства строительных растворов, силикатных изделий применимы доменные тонкомолотые шлаки, отходы флотации руд.

Широкие возможности использования техногенного сырья имеются в производстве керамических материалов (кирпича, керамзита и др.). Наиболее перспективно использование в них золы и золошлаковых смесей. Золы снижают пластичность глин, уменьшают их чувствительность к сушке, повышают прочность керамических изделий.

Металлургические шлаки, отходы углеобогащения, золошлаковые отходы ТЭС, хвосты обогащения широко могут использоваться в дорожном строительстве, в качестве шлакового щебня и смесей. Причем такие материалы имеют определенные преимущества перед щебнем из природного камня − они более шероховаты и морозостойки.

Из металлургических шлаковых расплавов (огненно-жидких шлаков) можно получать шлаковую вату и пемзу, а также литые изделия.

Естественно, что перечисленные направления использования техногенного сырья в строительстве далеко не исчерпывающи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сведения о применении горных пород в производстве строительных материалов, приведенные в данной работе, естественно, не охватывают весь спектр использования тех или иных природных минеральных образований в строительной промышленности.

Изложенная информация относится, главным образом, к Уральскому региону, как геологической структуре. С другой стороны, появление новых технологий в строительном материаловедении, зачастую с привлечением производственного опыта западных стран, открывает новые возможности применения горных пород в данной отрасли промышленности, что потребует вовлечения более широкого ряда пород, как источников сырья.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: