Исследование влияния температуры обжига на вещественный состав хвостов обогащения хризотил-асбеста

Перспективным сырьем для производства пропантов, а также огнеупорных строительных материалов, служат горные породы – серпентиниты. Особый интерес представляют хвосты обогащения после извлечения хризотил-асбеста, так как они уже прошли энергозатратные стадии дробления и измельчения. Рассмотрено исследование изменения вещественного состава хвостов обогащения после извлечения хризотил-асбеста Киембаевского месторождения. Установлено, что при температуре нагрева 820 ºС и выше весь исследуемый материал, крупность зерен которого не превышает 2–3 мм, переходит в форстерит, клиноэнстатит, периклаз, гематит и кварц. Основную долю в обожженном материале всегда занимает форстерит – 73,5–84,4 мас.%, в меньшем количестве – клиноэнстатит (9,7–19,6 мас.%). Содержание оставшихся в пробах минералов не превышает 10 мас.%. В зависимости от размера зерен изменение содержаний минералов в обожженных хвостах обогащения варьируется в пределах 9–10 мас.%. Такие значения связаны с неоднородным составом исследуемых хвостов обогащения. Для фракции пробы 0,1–0,25 мм при обжиге от 820 до 1000 ºС наблюдается тенденция роста содержания форстерита и уменьшения содержания клиноэнстатита. Содержание в пробах периклаза, гематита и кварца сначала плавно повышаются до 850–900 ºС, потом постепенно начинают падать. Таким образом, практически готовое огнеупорное сырье можно получить при температурах обжига 820–850 ºС. Для повышения качества указанного сырья рекомендуется повысить температуру обжига хвостов обогащения до 1000 ºС.

Федоров С. А., Давыдов С. Я., Попов М. П., Макаров В. Н., Уткина Г. М. Исследование влияния температуры обжига на вещественный состав хвостов обогащения хризотил-асбеста // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2024. – № 12-1. – С. 270–285. DOI: 10.25018/0236_1493_2024_121_0_270.

Исследование выполнено в соответствии с государственным заданием, выданным Минобрнауки РФ, на выполнение НИР для ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет» № 075-03-2024-132 от 17.01.2024 и в рамках реализации федеральной программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» (ФГБОУ ВО «Уральский государственный горный университет»).

Федоров Сергей Андреевич¹ — канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник; старший научный сотрудник, Институт металлургии Уральского отделения РАН, e-mail: saf13d@mail.ru, ORCID ID: 0000-0002-4201-5177,
Давыдов Станислав Яковлевич¹ — д-р техн. наук, главный научный сотрудник, e-mail: davidovtrans@mail.ru,
Попов Михаил Петрович¹ — канд. геол.-минерал. наук, доцент, старший научный сотрудник, e-mail: popovm1@yandex.ru, ORCID ID: 0000-0002-0527-8234,
Макаров Владимир Николаевич¹ — д-р техн. наук, доцент, профессор, e-mail: uk.intelnedra@gmail.com, ORCID ID: 0000-0002-3785-5569,
Уткина Галина Михайловна¹ — лаборант-исследователь, e-mail: gal.utk.2013@mail.ru, ORCID ID: 0009-0005-4773-2318,
¹ Уральский государственный горный университет.

Федоров С.А., e-mail: saf13d@mail.ru.

1. Перепелицын В. А., Яговцев А. В., Мерзляков В. Н., Кочетков В. В., Пономаренко А. А., Пономаренко З. Г., Колобови А. Ю. Перспективные техногенные минеральные ресурсы для производства огнеупоров // Новые огнеупоры. — 2019. — № 6. — С. 12—16. DOI: 10.17073/16834518-2019-6-12-16.

2. Klyuev S., Sevostyanov V., Sevostyanov M., Fediuk R., Sabitov L., Ageeva M., Fomina E., Klyuev A., Protsenko A., Goryagin P., Babukov V., Shamgulov R. Improvement of technical means for recycling of technogenic waste to construction fiber // Case Studies in Construction Materials. 2022, vol. 16, article 01071. DOI: 10.1016/j.cscm.2022.e01071.

3. Okereafor U., Makhatha M., Mekuto L., Mavumengwana V. Gold mine tailings: a potential source of silica sand for glass making // Minerals. 2020, vol. 10, no. 5, article 448. DOI: 10.3390/min10050448.

4. Ярусова С. Б., Сковпень А. В., Иваненко Н. В., Достовалов Д. В., Малышев И. В., Гордиенко П. С., Козин А. В., Буравлев И. Ю., Шлык Д. Х. Использование отходов бурения нефтегазовых скважин в мелкозернистом бетоне // Экологическая химия. — 2023. — Т. 32. — № 4. — С. 211—217.

5. Крамар Л. Я., Черных Т. Н., Орлов А. А., Прокофьева В. В. Применение серпентиновых отходов добычи хризотил-асбеста в производстве строительных материалов // Сухие строительные смеси. — 2011. — № 2. — С. 14—16.

6. Ashimov U. B., Bolotov Y. A., Arykbaev R. K., Shipkov N. V. Thermal analysis of serpentinites // Refractories. 1989, vol. 30, no. 7-8, pp. 491—494.

7. Попов Ю. В., Жабин А. В., Пустовит О. Е. Минеральный состав серпентинитов тектонического меланжа Даховского кристаллического выступа (Большой Кавказ) // Геология и геофизика юга России. — 2019. — Т. 9. — № 4. — С. 38—48. DOI: 10.23671/VNC.2019.4.44487.

8. Okamoto A., Tanaka S., Uno M., Dandar O., Yoshida K. Characterization of serpentinization in olivine–orthopyroxene–H2O system revealed by thermogravimetric and multivariate statistical analyses // Island Arc. 2024, vol. 33, no. 1, article 12519. DOI: 10.1111/iar.12519.

9. Научно-технический прогресс в асбестовой промышленности СССР / Под ред. Б.А. Сонина. — М.: Недра, 1988. — С. 10—13.

10. Артемов В. Р., Кузнецова В. Н. Киембаевское месторождение хризотил-асбеста. — М.: Недра, 1979. — 239 с.

11. Кашанский С. В., Домнин С. Т., Щербаков С. В., Плотко Э. Г., Коган Ф. М., Ванчугова Н. Н., Суставов С. Г. Оценка токсичности отходов, образующихся при разработке Киембаевского месторождения хризотил-асбеста / Мониторинг окружающей среды и здоровья населения в зонах техногенного загрязнения: Сборник научных трудов. — Екатеринбург, 1997.

12. Федоров С. А., Давыдов С. Я., Макаров В. Н., Попов М. П., Уткина Г. М. Вещественный состав и термические свойства хвостов обогащения хризотил-асбеста Киембаевского месторождения // Новые огнеупоры. — 2024. — № 3. — С. 8—13.

13. Masoud M. A., El-Khayatt A. M., Shahien M. G., Bakhit B. R., Suliman I. I., Zayed A. M. Radiation attenuation assessment of serpentinite rocks from a geological perspective // Toxics. 2022, vol. 10, no. 11, article 697. DOI: 10.3390/toxics10110697.

14. Kremenetskaya I. P., Ivashevskaya S. N., Ivanova T. K., Semenov V. G., Ilyina V. P. Structural and phase transformations in the course of antigorite thermolysis // Russian Journal of Applied Chemistry. 2023, vol. 96, no. 9, pp. 827—837. DOI: 10.1134/S107042722309001X.

15. Bai Z., Li G., Zhao F., Yu H. Tribological performance and application of antigorite as lubrication materials // Lubricants. 2020, vol. 8, no. 10, article 93. DOI: 10.3390/lubricants8100093.

16. Carmignano O. R. D., Vieira S. S., Brandão P. R. G., Bertoli A. C., Lago R. M. Serpentinites: Mineral structure, properties and technological applications // Journal of the Brazilian Chemical Society. 2020, vol. 31, pp. 2—14. DOI: 10.21577/0103-5053.20190215.

17. Liu T., Wang D., Shen K., Liu C., Yi L. Kinetics of antigorite dehydration: Rapid dehydration as a trigger for lower-plane seismicity in subduction zones // American Mineralogist. 2019, vol. 104, no. 2, pp. 282—290. DOI: 10.2138/am-2019-6805.

18. Földvári M. Handbook of thermogravimetric system of minerals and its use in geological practice. Budapest: Geological Institute of Hungary. 2011, 180 p.

19. Altomare A., Corriero N., Cuocci C., Falcicchio A., Moliterni A., Rizzi R. QUALX2.0: a qualitative phase analysis software using the freely available database POW_COD // Journal of Applied Crystallography. 2015, vol. 48, pp. 598—603.

20. Иванова Т. К., Кременецкая И. П. Влияние режима гранулирования на физические свойства гранул из термоактивированного серпентина // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. — 2022. — № 19. — С. 127—132. DOI: 10.31241/FNS.2022.19.024.

21. Пашкеев А. И., Пашкеев Ю. И., Михайлов Г. Г. К вопросу о комплексной переработке хромовых руд массива Рай-Из // Вестник ЮУрГУ. — 2010. — № 13. — С. 24—31.

22. Du Breuil C., Pasquier L. C., Dipple G., Blais J. F., Iliuta M. C., Mercier G. Impact of particle size in serpentine thermal treatment: Implications for serpentine dissolution in aqueous-phase using CO2 in flue gas conditions // Applied Clay Science. 2019, vol. 182, article 105286. DOI: 10.1016/j. clay.2019.105286.

23. Селиванов Е. Н., Белоусов М. В., Гуляева Р. И. Кинетика термического разложения природного брусита // Химическая технология. — 2020. — Т. 21. — № 2. — С. 64—70. DOI: 10.31044/1684-5811-2020-21-2-64-70.

24. Turvey C. C., Wynands E. R., Dipple G. M. A new method for rapid brucite quantification using thermogravimetric analysis // Thermochimica Acta. 2022, vol. 718, article 179366. DOI: 10.1016/j. tca.2022.179366.