Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Оценка вскрышных пород медно-никелевых и апатито-нефелиновых месторождений в качестве сырья для производства облицовочного камня

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Оценка вскрышных пород медно-никелевых и апатито-нефелиновых месторождений в качестве сырья для производства облицовочного камня"

ЛАЩУК Владимир Владимирович

ОЦЕНКА ВСКРЫШНЫХ ПОРОД МЁДНО-НИКЁЛЕВкх И АПАТИТО-НЕФЕЛЙНЬЙЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОБЛИЦОВОЧНОГО КАМНЯ

Специальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды

и рациональное Использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ЛАЩУК Владимир Владимирович

ОЦЕНКА ВСКРЫШНЫХ ПОРОД МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ И АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОБЛИЦОВОЧНОГО КАМНЯ

Спе11иальность 11.00.11 - Охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И.В. Тананаева Кольского научного центра Российской Академии наук

Научный руководитель: д.т.н. Макаров В. Н.

Официальные оппоненты:

член-корр.РАН, доктор геол.-минер. наук, профессор Митрофанов Ф. П.; старший научный сотрудник, кандидат техн.наук Грицай А. Л.

Ведущая организация - ВНИИПИИСтромсырье

Защита состоится « » 1998 г. в № часов

на заседании диссертационного совета Д200.65.01 при Институте химии и технологии редких элементов и минерального сырья им. И. В. Тананаева КНЦ РАН по адресу: 184200, Мурманская область, Апатиты, ул. Ферсмана,

26а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института химиии и технологии редких элементов и минерального сырья КНЦ РАН.

Реферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Горнопромышленный комплекс является крупнейшим источником промышленных отходов. Горнодобывающие предприятия создают огромные отвалы, которые нарушают сложившиеся инженерно-геологическое и экологическое равновесие. Воздействия на природу твердых отходов горнорудных предприятий наименее изучены, трудно контролируемы и устраняемы. Они имеют долговременный характер и могут сказываться и после прекращения работы предприятия. Особенно опасно нарушение экологического равновесия для Заполярья, которое отличается экстремальными климатическими условиями. В связи с истощением высококачественных первичных ресурсов актуальным становится более рациональное использование всей добываемой горной массы.

Строительная отрасль является крупнейшим потребителем нерудного сырья, поэтому естественно предположить, что ее обеспечение, хотя бы частично можно удовлетворить за счет переработки горнопромышленных отходов. Однако, степень использования минерального сырья рудных месторождений обычно составляет несколько процентов.

Вскрышные породы, как продукт попутной добычи, отличаются минимальными изменениями природных свойств, поэтому можно предположить возможность их применения для производства высококачественных природнокаменных материалов, например, декоративно-облицовочного камня. При положительном решении этого вопроса можно повысить комплексность использования исходного сырья, снизить экологическую нагрузку последствия ведения горных работ и, как следствие, отказаться от разработки новых специализированных камнедобывающих каръеров.

Основная идея работы - установить критерии, определяющие возможность использования вскрышных пород медно-никелевых и апатито-нефелиновых месторождений как сырья для производства строительных материалов, не уступающих по качеству традиционным видам природнокаменного сырья.

Цель работы.. Разработка научных принципов оценки качества вскрышных пород и технологии рационального их использования, уменьшение техногенного воздействия промышленных отходов на окружающую среду путем применения вскрышных пород горнорудных предприятий для производства природнокаменных строительных материалов, долговечных в экстремальных условиях Крайнего Севера.

Задачи исследований:

I. Изучение природных и техногенных факторов, определяющих эффективность использования вскрышных пород Пильгуярвинского медно-

никелевого и Хибинских апатито-нефелиновых месторождений для производства строительных материалов.

2. Разработка методов испытаний, моделирующих воздействие основных агрессивных факторов внешней среды на природнокаменные облицовочные материалы.

3. Изучение влияния минерального состава, структуры вскрышных пород на декоративность, прочность, обрабатываемость и долговечность полученных декоративно-облицовочных материалов.

4. Разработка методики комплексной оценки стойкости новых, нетрадиционных природнокаменных материалов, предназначенных для наружной облицовки.

5. Исследование влияния гидрофобизации для повышения долговечности облицовочного камня.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование комплексного метода оценки вскрышных пород горнорудных предприятий в качестве сырья для производства облицовочного камня и результаты его применения на объектах Мурманской области.

2. Результаты исследований долговечности новых, нетрадиционных видов облицовочного камня, полученных при переработке вскрышных пород медно-никелевых и апатито-нефелиновых месторождений.

Научная новизна:

1. Впервые всесторонне изучены и комплексно оценены свойства вскрышных пород медно-никелевых и апатито-нефелиновых месторождений и доказана возможность эффективного использования этих нетрадиционных природнокаменных материалов для наружной облицовки зданий в климатических условиях Мурманской области.

2. Разработан метод моделирования условий эксплуатации и комплексной оценки долговечности облицовочного камня.

3. Выявлены и количественно оценены взаимосвязи минеральный состав вскрышных пород - декоративность, долговечность.

4. Установлены ряды относительной устойчивости породообразующих минералов и горных пород к воздействию агрессивных факторов в условиях Заполярья.

5. Выявлены и количественно оценены взаимосвязи важнейших технологических параметров абразивной обработки пильгуярвинских базит-гипербазитов с минеральным составом и структурой.

Практические результаты и реализация работы. Рекомендации по эффективному применению облицовочного камня, полученного из вскрышных пород горнорудных предприятий, приняты институтом "Мурманскгражданпроект" и использованы при проектировании и строительстве гостиницы "Арктика", универмага "Волна", при

благоустройстве и отделке зданий на проспекте Ленина (цоколь, лестницы Мурманобладминистрации), мемориала "Защитникам Советского Заполярья в годы Великой Отечественной войны 1941-1945 гг." и других гражданских сооружений Мурманска и городов области.

По результатам научно-исследовательских работ создано 5 камне-обрабатывающих предприятий, выпускающих облицовочные изделия из местного природнокаменного сырья, в том числе из вскрышных пород горнорудных предприятий.

Апробация. Основное содержание работы опубликовано в 21 работе, в том числе - в одной монографии, докладывалось на всесоюзных совещаниях: "Безотходная технология переработки полезных ископаемых" (22-24 октября 1979 г., М., ИПКОН АН СССР), "Проблемы производства и использования полевошпатового сырья" (12-14 февраля 1980 г., Апатиты, ГОИ КНЦ РАН), на научной конференции "Химия и технология переработки комплексного сырья Кольского полуострова" (22-24 апреля 1996 г., Апатиты, ИХТРЭМС КНЦ РАН), на международной конференции "Малый горный бизнес на северо-западе России и международный опыт" (19-23 сентября 1995 г.,Петрозаводск, Карел.НЦ РАН).

Объем работы. Диссертация состоит из 6 глав, введения и заключения, изложена на 164 страницах машинописного текста, включая 13 рисунков, 32 таблицы, 2 приложения и список литературы из 2/К наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Общее состояние проблемы использования вскрышных пород для производства строительных материалов (литературный обзор)

Идея комплексного использования минерального сырья, выдвинутая в начале 30-х годов акад. А.Е.Ферсманом, получила свое развитие в новом научном направлении по созданию безотходной технологии переработки минерального сырья. Большое значение для создания концепции безотходной технологии сыграли труды Б.Н.Ласкорина, Н.В.Мельникова, Е.М.Сергеева, К.Н.Трубецкого, В.А.Чантурия и др.

Анализ многочисленных литературных источников по проблеме хранения и использования горнопромышленных отходов показывает, что все они оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Объем горнопромышленных отходов соизмерим с потребностями стройиндустрии в минеральном сырье. Однако, ряд особенностей таких отходов препятствует их использованию в производстве строительных и технических материалов без предварительных исследований и подготовки. Одной из особенностей вторичного сырья является

присутствие в нем ряда рудных и околорудных минералов, которые могут оказать влияние не только на физические свойства полученного материала, но и на его долговечность. Исследования в этой области изложены в работах И. Гиршвальда, А. Кислингера, Р. Ж. Шаффера, Б. В. Залесского, Б. П. Беликова, 3. А. Ацагорцяна.

Горнопромышленный комплекс Мурманской области является крупнейшим источником промышленных отходов и вторичного загрязнения окружающей среды. Нарушение экологического равновесия особенно опасно в условиях Заполярья, которое отличается экстремальными климатическими условиями. Рудные месторождения Печенги и Хибин характеризуются ежегодными объемами вскрыши, составляющими соответственно 17.0 и 22.7 млн.м3 при минимальной степени ее использования - 0.5 и 1.3%.

Идея использования вскрышных пород для производства облицовочных материалов, выдвинутая в начале 70-х годов Д.Д.Теннером, получила развитие в работах Макарова В.Н., Мазаника В.Н., Алексеева Г.В. Крашенинникова О.Н., Белогуровой Т.П., Бибикова Б.И. и др. Эти исследования показали, что вскрышные породы Печенги и Хибин отличаются от традиционных видов природнокаменного сырья наличием нехарактерных минералов и неоднородностью состава и свойств. Поэтому необходимо специальное исследование этих горных пород как нетрадиционного минерального сырья стройиндустрии и, прежде всего, поведения минералов-примесей в процессе эксплуатации материала.

Для оперативной комплексной оценки вскрышных пород в качестве природнокаменного сырья необходимо установить взаимосвязи декоративности и долговечности облицовочных материалов с минеральным составом и структурой облицовочного камня.

2. Методы исследований

При исследовании вскрышных пород рудных месторождений использовался комплекс методов, применяемых при оценке традиционного природнокаменного сырья: изучение декоративности, физических и механических свойств по стандартным методикам (ГОСТ 9479-84, ГОСТ 8267-93 и др.), а также минералого-петрографические и физико-химические исследования. Специальные исследования включали определения спектро-фотометрических характеристик, пористости, структуры, коррозионной стойкости, натурные обследования и испытания облицовочного камня, оценку долговечности по методу Гиршвальда. Для обработки экспериментов, характеризующихся значительным количеством показателей . и параметров применены методы многомерной математической статистики.

Для обоснования условий эксплуатации и разработки режимов экспериментов использованы и обработаны данные Метеорологического ежегодника за десятилетний период: проанализированы температуры, влажность воздуха, пробы дождевых осадков, отобранных в районе интенсивного загрязнения воздуха, установлены основные факторы климата и атмосферы, оказывающие агрессивное воздействие на облицовочный камень.

Долговечность нетрадиционных декоративно-облицовочных материалов изучалась при помощи разработананного комплексного метода, в котором особое место занимают экспериментальные исследования, включающие натурные обследования, испытания коррозионной стойкости к воздействию агрессивных факторов климата и загрязнения атмосферы Мурманской области.

Экспериментальные данные обрабатывались корреляционным и регрессионным методами, и с помощью факторного анализа методом главных компонент. Впервые по результатам экспериментов оценивалась долговечность облицовочного камня методом экспертной квалиметрии.

Сроки службы облицовки из нетрадиционных видов природно-каменного сырья определялись путем сравнения и интерполяции полученных результатов с аналогичными показателями, установленными для промышленных аналогов кольского облицовочного камня и известных видов облицовочного камня Карелии и Урала.

3. Особенности вещественного состава, структуры, физико-технических свойств вскрышных пород

В этой главе приведены результаты комплексных испытаний, включающих минералого-петрографические, петрохимические и геохимические исследования, определение физических (плотность, пористость) и механических характеристик (прочность при сжатии, ударная прочность, истираемость, динамический модуль упругости), технологических показателей (производительности алмазно-дисковой и алмазно-штрипсовой распиловки, шлифуемость и полируемость) по 36 пробам из массивов Пильгуярви (Печенгское рудное поле), Хибинского (Расвумчорр, Коашва, Айкуайвенчорр). Для сопоставления изучены также 12 проб массива Мончетундра.

На основе анализа минералого-петрографических особенностей пород Пильгуярвинского и Хибинского массивов, процессов их метаморфизма и гипергенеза и изучения их свойств установлено, что базит-гипербазиты характеризуются более высокой прочностью, лучше обрабатываются абразивным инструментом. Нефелиновые сиениты отличаются высокой декоративностью (таблица 1) и меньшей устойчивостью к выветриванию.

Между механическими свойствами, минеральным составом и структурой существует четкая взаимосвязь, которая может быть апроксимированна в следующем виде:

у = а+Ьх!-сх2 (1),

где у - прочность при сжатии, МПа; X] - содержание пироксена, масс.%; х2 - средний размер минеральных зерен, мм; а, Ь, с, - безразмерные коэффициенты.

Высокая плотность, низкая пористость и водопоглощение при высоких прочностных характеристиках камня позволяют предполагать, что в процессе выветривания таких облицовок физическая стойкость будет играть второстепенную роль. Главную роль должна играть химическая стойкость минералов. В пильгуярвинских базит-гипербазитах она будет зависить от содержания пироксена, в хибинских нефелиновых сиенитах -от содержания нефелина.

Таблица 1

Декоративные свойства вскрышных пород Печенги и Хибин

Облицовочный камень, месторождение Цвет Длина волны, нм Насыщ. цвета, р,% Светлота, св., % Блеск, бл„ % Декоративность, Д, балл

Базит-гипербазиты Пильгуярви

Габбро серый, темно-серый 535 7 6-12 155 21-23

Пироксенит черный 520 2 2-4 165 26-30

Перидотит серпентинизи-рованный черный 530 4 3-4 145 26-28

Нефелиновые сиениты

Уртит, Расвумчорр серо-зеленый 570 17 9-14 170 28-30

Уртит, Коашва серо-зеленый 565 14 12-13 160 26-28

Уртит шпреуш-тейнизирован-ный, Коашва красный, красно-коричневый 585 20-30 10-16 150 27-33

4. Исследование долговечности нетрадиционных видов облицовочного камня

Сравнительный анализ климатических показателей Санкт-Петербурга, где имелась возможность многолетних наблюдений поведения облицовочного камня в зданиях и сооружениях, и Мурманска показали, что в условиях Заполярья продолжительное увлажнение в сочетании с сильными ветрами, периодами высокой влажности воздуха, многочисленными заморозками, оттепелями и воздействием техногенных примесей, является основным фактором атмосферной коррозии строительных материалов. По степени коррозионности жесткие условия агрессивности атмосферы установлены в поселке Никель, в городах Заполярном и Мончегорске (8-10 баллов).

Как известно, экономически целесообразна облицовка зданий природным каменным материалом в том случае, когда она не требует ремонта в течение 80 -100 лет. Натурными обследованиями каменных облицовок установлено, что в условиях промышленных городов, с выбросами промышленных предприятий и транспорта, традиционный облицовочный материал - мраморы характеризуются низкой стойкостью: из-за потери декоративности они требуют обновления поверхности уже через 5-10 лет эксплуатации. В этих же условиях отмечена высокая стойкость интрузивных пород силикатного состава (рис. 1). В наружной облицовке граниты, габбро, в том числе - печенгские, не требуют ремонта весь срок службы (65 лет).

По результатам изучения состояния каменных зданий города Кировска сделан вывод о том, что хибинит также является достаточно стойким природным каменным материалом, пригодным для наружной облицовки в климатических условиях Заполярья.

Установлено, что долговечность изученных горных пород определяется содержанием минералов, которые по степени стойкости агрессивному воздействию внешней среды образуют следующий ряд: пироксены —» оливин полевые шпаты амфиболы -» титаномагнетит —> сфен —> нефелин, слюды, цеолиты —> сульфиды. '

Изучена морозостойкость и солестойкость горных пород. Установлено, что разрушение образцов происходит по механизму физического выветривания. Морозостойкость и солестойкость определяются, главным образом, пористостью, текстурой и структурой (размерами минеральных зерен и агрегатов) породы. Пильгуярвинские породы, для которых характерна мелко-среднезернистая структура (0.27-0.60 мм), выдерживали более 135 циклов испытаний солестойкости, тогда как средне-крупнозернистые (0.76-1.04 мм) расвумчоррские и коашвинские уртиты, выдерживали только 25-50 циклов. Зависимость солестойкости от среднего размера минеральных зерен имеет следующий вид:

у = а + Ьх2 ± с (2),

где у - количество циклов испытаний солестойкости при которых потеря массы образца составляет 1%; а, Ь - безразмерные коэффициенты; с - верхние и нижние границы прогнозируемых значений у.

Потеря блеска полированных образцов базит-гипербазитов, нефелиновых сиенитов и мраморов, испытанных в атмосферных условиях г. Мончегорска.

ВРЕМЯ, МЕС.

Рис.1

Условные обозначения:

Б аз ит-гипербаз иты:

Г - габбро (Мончетундра), Гп - габбро (Пильгуаярви), Пе -перидотит (Пильгуярви), Пер - перидотит рудный (Пильгуярви), Пи - пироксенит (Пильгуярви).

Нефелиновые сиениты : Л - луяврит (Аллуайв), Лш - луяврит шпреуштейнизированный (Аллуайв), У -уртит (Коашва), X - хибинит (Айкуайвенчорр).

Мраморы : М - мрамор (Белая гора, Карелия)

Исследования водостойкости в аппарате Сокслета показали, что облицовочные камни Кольского полуострова в процессе эксплуатации в сооружениях под воздействием атмосферных осадков будут хорошо сохранять свои декоративные свойства.

Базит-гипербазиты Пильгуярвинского медно-никелевого месторождения по водостойкости сопоставимы с гранитами.

Нефелиновые сиениты хибинских апатито-нефелиновых месторождений отличаются меньшей водостойкостью (относительный коэффициент составляет 1.3-2.9). Однако, их водостойкость выше, чем известных белогорского и коелгинского мраморов, и поэтому они признаны как достаточно долговечные облицовочные материалы.

Анализ результатов исследований в аппарате искусственной погоды ИП-3-1 показал, что по потере блеска, массы образцов, по характеру изменения светлоты (через 240 часов) можно выделить три группы облицовочного камня: весьма атмосферостойкие - граниты и кварциты, у которых наблюдается незначительная потеря блеска (2-6%), незначительное изменение светлоты поверхности (0-2%), отсутствует потеря массы ; атмосферостойкие - безкварцевые породы: базит-гипербазиты и нефелиновые сиениты, у которых потеря блеска составляет 3-22%, светлота уменьшается у базит-гипербазитов до 6-9% или увеличивается у нефелиновых сиенитов до 5-11%, а потеря массы, как правило, весьма незначительна и не превышает 0.02%; удовлетворительно атмосферостойкие - мраморы, у которых потеря блеска составляет 16-68%, светлота увеличивается до 6-11%, а потеря массы иногда достигает 0.09% (коелгинский мрамор).

Испытания на кислотостойкость в растворах серной кислоты показали, что при рН 2.3 отмечается существенное увеличение потери массы мраморов (на 2-3 порядка) и увеличение в 2 раза потери блеска и светлоты полированной поверхности образцов относительно пород силикатного состава. В группе силикатных пород наименьшей кислотостойкостью характеризуются нефелиновые сиениты. Установлено, что коррозионная стойкость вскрышных пород зависит от количества кремнезема и его соотношения со щелочами.

Факторный анализ показал, что коррозионная стойкость вскрышных пород определяется в первую очередь содержанием пироксена и нефелина, причем, они оказывают противоположное влияние. Наиболее существенные изменения, связанные с потерей блеска и массы образцов после испытаний, обусловлены наличием нефелина.

Сопоставление результатов экспериментальных исследований с натурными наблюдениями показало, что наилучшее моделирование изменений показателей, характеризующих состояние природнокаменных материалов (потеря блеска, изменение светлоты, характер внешних

изменений) близкое к естественным условиям, можно получить при испытании образцов в аппарате Сокслета. Этот метод, благодаря простоте эксперимента, относительной непродолжительности (6 недель), дает возможность количественно оценить стойкость декоративных свойств облицовочного камня, исследовать динамику и кинетику процессов химического разложения горных пород. Поэтому этот метод можно рекомендовать для применения в практику научно-исследовательских работ по изучению долговечности природнокаменных строительных материалов.

Для изученных групп вскрышных горных пород установлены определенные значения комплексных показателей резерва качества противокоррозионных и декоративных свойств. Пильгуярвинские базит-гипербазиты отличаются высокой коррозионной стойкостью, стойкостью декоративных свойств и в целом - высокой долговечностью. Расвумчоррские уртиты характеризуются удовлетворительной коррозионной стойкостью, более высокой стойкостью декоративных свойств, чем у коелгинского мрамора, и в целом - удовлетворительной долговечностью.

Комплексный показатель резерва качества долговечности возрастает в следующей последовательности: мраморы —> уртиты —> хибиниты -» габбро -» пироксениты -> перидотиты.

Анализ результатов показал, что экспериментальный метод позволяет установить сроки службы каменной облицовки в условиях загрязненной атмосферы, применительно к климатическим условиям Мурманской области.

Установлены сроки службы камня, требующие проведения профилактических ремонтных работ (таблица 2). Профилактические работы включают гидрофобизацию мраморов, уртитов и хибинитов соответвенно через 10, 20 и 60 лет эксплуатации в сооружениях. Облицовку из габбро Мончетундры и Пильгуярви необходимо ремонтировать, частично заменяя выветрелые плиты, через 80-135 лет службы в сооружениях.

Анализ исследований защитных покрытий показал, что метод гидрофобизации пригоден для повышения долговечности мраморов и нефелиновых сиенитов. Установлено, что для плотных горных пород, какими являются облицовочные камни Кольского полуострова, предпочтительно применять способ гидрофобной полировки.

Таблица 2

Прогонозирование долговечности облицовочного камня на основании анализа результатов натурных обследований и экспериментальных исследований

Порода, месторождение Натурные Экспериментальные исследования Прогноз долговечности облицовочного камня

обследования, начало выветривания, лет резерв качества проти- вокор- розион- нмх свойств резерв качества стойкости декоративных свойств начало физического выветривания, лет начало химического выветривания, лет сроки ремонта облицовки, эксплуатируемой в агрессивных условиях, лет

Габбро, Мончетундра - 0.9 2.9 80 130 80-130

Габбро, Пильгуярви 1.5 1.2 135 80 80-135

Пироксенит, Пильгуярви 4.0 2.7 360 180 180

Перидотит, Пильгуярви 4.1 2.6 365 170 170

Хибинит, Айкуайвенчорр >60 0.4 0.7 60-90 60-75 60-75

Уртит, Расвумчорр 0.1 0.0 20 10 10-20

Мрамор, Коелга 5-10 -0.1 -0.3 10 5 5-10

5. Оценка вскрышных пород в качестве природнокаменного сырья и определение области их применения

Область применения декоративно-облицовочных материалов определяется по комплексу свойств, которые включают, главным образом, декоративность, долговечность, реже - специальные свойства: ударную прочность, истираемость (износостойкость), кислотостойкость, щелочестойкость, электропроводность и др.

Как показали проведенные исследования, вскрышные горные породы Печенги и Хибин по комплексу свойств отличаются друг от друга и

поэтому представляют две обособленные группы природнокаменного сырья, характеризующиеся различной областью применения в качестве строительных материалов и изделий.

Базит-гипербазиты Пильгуярвинского медно-никелевого месторождения при условии минимальной сульфидной минерализации являются высококачественным материалом для внешней облицовки монументальных и специальных гидротехнических сооружений. Благодаря темному цвету, камень применяется для мемориальных памятников или отделки нижней части зданий.

Горные породы данного формационного типа, благодаря развитию амфиболит-зеленосланцевой ступени метаморфизма и мелкозернистой структуре, отличаются от промышленных аналогов облицовочного камня максимальными показателями производительности обработки алмазным инструментом, то есть являются наиболее технологичным видом природнокаменного сырья.

Анализ опыта использования блоков-негабаритов вскрышных горных пород Пильгуярвинского медно-никелевого месторождения дал положительные результаты. Несмотря на сравнительно невысокий выход продукции (30-40%), их переработка вследствие низкой стоимости сырья давала значительную прибыль. Эффективность использования вскрышных пород может быть повышена двумя путями: опережающей разработкой (в пределах вскрыши), природнокаменного сырья или ультразвуковой разбраковкой блоков-негабаритов.

Уртиты Расвумчоррского и Коашвинского апатито-нефелиновых месторождений характеризуются высокой декоративностью, однако ввиду невысокой кислотостойкости рекомендуется ограничить применение этого материала во внешней облицовке во влажных климатических зонах с атмосферой, загрязненной сернистыми соединениями промышленных предприятий и транспорта.

Анализ качества нетрадиционного природнокаменного сырья при помощи квалиметрической системы оценки, которая обычно используется для облицовочного камня, показывает, что вскрышные породы Печенги и Хибин характеризуются уровнем значимости, составляющим 4-5 баллов и пригодны для реализации на рынке декоративно-облицовочных материалов России.

6. Рекомендации по использованию нетрадиционных видовоблицовочного камня в строительстве

Габбро Пильгуярви пригодно для применения в наружной облицовке. Специальными исследованиями установлено, что в климатических условиях Мурманской области, в неблагоприятных условиях эксплуатации при повышенной'влажности и жесткой степени агрессивности атмосферы

изменение декоративности облицовки (качества полировки) прогнозируется не ранее чем через 80-135 лет. Благодаря гамме от темно-серого до черного цвета, низкой истираемости, камень рекомендуется для использования в лестничных ступенях, в облицовке полов, цокольной части зданий и сооружений. Облицовочные изделия можно применять как с полированной, шлифованной так и ударной фактурами. Высокая морозостойкость, водостойкость, кислотостойкость и солестойкость свидетельствуют о высокой коррозионной стойкости этого вида природнокаменного материала. Габбро рекомендуется использовать в наиболее ответственных конструкциях. Мелкозернистая структура, высокие прочностные и упругие свойства позволяют изготавливать из него тонкомерные (5-10 мм) облицовочные изделия.

В группе базит-гипербазитов пильгуярвинское габбро выделяется отличной обрабатываемостью алмазным камнеобрабатывающим инструментом, о чем свидетельствуют максимальные значения удельной технологической производительности алмазно-дисковой и алмазно-штрипсовой обработок, составляющие соответвенно 380 и 30 см2/мин.

Пироксенит Пильгуярви менее распространен чем габбро, в горной массе вскрышных пород содержание его составляет 5-10%. Камень характеризуется насыщенным предельно черным цветом, который является уникальным и получил признание как высококачественный материал для мемориальных памятников. Благодаря мелкозернистой структуре, пироксениты пригодны для производства тонкомерных облицовочных изделий, отлично сохраняют тонкий рисунок, нанесенный ударным инструментом. В климатических условиях Мурманской области камень долговечен, начало разрушения предполагается через 180 лет эксплуатации.

Перидотит Пильгуярви по эстетическим и эксплуатационным качествам приближается к пироксенитам. Вследствие часто встречаемой серпентинизации, он отличается меньшей полируемостыо, поэтому рекомендуется для применения со шлифованной и ударной фактурами поверхности облицовочных изделий.

Уртиты Расвумчорра и Коашвы обладают уникальным средне-насыщенным зеленым цветом, отличаются от хибинита высоким содержанием нефелина. Специальными исследованиями установлено, что уртиты характеризуются меньшей коррозионной стойкостью, которая, однако, превышает таковую для мраморов. В условиях повышенной влажности и интенсивного загрязнения атмосферного воздуха сернистым газом, наблюдаемых в некоторых городах Мурманской области, начало проведения ремонтных профилактических работ по защите каменной облицовки предполагается через 10-20 лет эксплуатации. Поэтому рекомендуется применение уртита, главным образом, для внутренней облицовки.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Разработаны критерии комплексной оценки рудовмещающих пород как сырья для производства облицовочного камня, позволяющие установить сроки службы каменной облицовки при эксплуатации в неблагоприятных условиях Заполярья (Мурманской области). Сопоставление расчетных данных с натурными наблюдениями показало, что предложенные критерии имеют лучшую сходимость, чем аналогичные показатели по методу проф. Гиршвальда.

2. На основе анализа минералого-петрографических особенностей пород Пильгуярвинского и Хибинского массивов и процессов их метаморморфизма и гипергенеза, а также изучения их физических и механических характеристик установлена взаимосвязь последних с минеральным составом и структурой, предложено математическое описание этой взаимосвязи, позволяющее дать предварительную оценку основных свойств материала по результатам минералогического анализа.

3. Изучена морозостойкость и солестойкость рудовмещающих горных пород. Установлено, что разрушение образцов происходит по механизму физического выветривания. Показано, что морозостойкость и солестойкость зависят главным образом от пористости, текстуры и структуры (размер минеральных зерен и агрегатов) породы.

4. Исследования водостойкости, атмосферостойкости, кислотостой-кости и статистическая обработка полученных результатов с применением корреляционного и факторного анализов показали, что коррозионная стойкость пород зависит главным образом от их минерального состава. По степени снижения стойкости агрессивному воздействию внешней среды минералы образуют следующий ряд: пироксены -» оливин полевые шпаты -> амфиболы -» титаномагнетит —> сфен —» нефелин, слюды, цеолиты -» сульфиды.

5. Показано, что для повышения долговечности нефелиновых сиенитов пригоден метод гидрофобизации. Установлено, что для плотных горных пород, какими являются облицовочные камни Кольского полуострова, предпочтительно применять способ гидрофобной полировки.

6. Оценка вскрышных пород, используемых в качестве облицовочного камня показала, что базит-гипербазиты Пильгуярвинского медно-никелевого месторождения при условии минимальной сульфидной минерализации являются высококачественным темноцветным материалом для внешней облицовки монументальных и специальных гидротехнических сооружений. Они отличаются от промышленных аналогов облицовочного камня максимальными показателями производительности обработки алмазным инструментом, то есть являются наиболее технологичным видом природнокаменного сырья.

Уртиты Расвумчоррского и Коашвинского апатито-нефелиновых месторождений отличаются высокой декоративностью, однако, ввиду невысокой кислотостойкости рекомендуются только для внутренней облицовки.

7. Показано, что по качеству нетрадиционное природнокаменное сырье из вскрышных пород Печенги и Хибин признано сырьем, представляющим интерес для рынка декоративно-облицовочных материалов России.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Лащук В.В. Долговечность облицовочного камня Кольского полуострова. - Апатиты, Изд. КНЦ РАН, 1996. - 138 с.

2. Лащук В.В. Гуревич Б.И., Крашенинников О.Н., Гилева H.A. Декоративные заполнители из отходов горнодобывающих и камнеобрабатывающих предприятий Кольского полуострова // Природные и техногенные силикаты для производства строительных и технических материалов. - Л.: Наука, 1977. - С.83-90.

3. Использование вскрышных пород и отходов горных предприятий для производства строительных материалов в Мурманской области /Г.В. Алексеев, Б.И. Бибиков, О.Н. Крашенинников, В.В. Лащук, В.Н. Макаров, А.Ф. Туркин // Безотходная технология переработки полезных ископаемых. Тез. докл. Всесоюз. совещ., Москва, 22-24 окт. 1979 г. - М.: ИПКОН АН СССР, 1979.-Ч. I. - С.148-150.

4. Лащук В.В.Изучение сохранности хибинита в старых зданиях города Кировска // Сб. науч. работ аспирантов и соискателей НИИКСа -Ереван, 1979. - Вып. XI. - С.26-30.

5. Лащук В.В., Пудовкин В.Г. К вопросу оценки долговечности камня новых месторождений Карельской АССР и Мурманской области // Сб. науч. работ аспирантов и соискателей НИИКСа - Ереван, 1979. - Вып. XI -С.31-36.

6. Лащук В.В. Натурные испытания климатической стойкости облицовочного камня Кольского полуострова //Строительные и технические материалы из минерального и техногенного сырья. - Л.: Наука, 1979.- С.53-65.

7. Лащук В.В. К вопросу оценки стойкости декоративных свойств облицовочного камня Кольского полуострова //Строительные и технические материалы из минерального сырья и промышленных отходов. -Л.: Наука, 1980. - С.37-45.

8. Крашенинников О.Н., Лащук В.В. К вопросу использования отходов месторождения Куруваара // Проблемы производства и

использования полевошпатового сырья (Тез. докл. Всесоюз. совещ.12-14 февр.). - Апатиты, 1980. - С.107-108.

9. Лащук В.В., Усачева Т.Т., Бибиков Б.И. Оценка основных пород Енского массива как облицовочного камня //Силикатные материалы из минерального и техногенного сырья. - Апатиты, 1986. - С.25-30.

10. Лащук В.В. Об экспресс-методе оценки выветрелости горных пород месторождений облицовочного камня Кольского полуострова // Минеральное сырье и отходы промышленности для производства строительных и технических материалов. - Л.: Наука, 1982. - С.59-56.

П.Усачева Т.Т., Лашук В.В., Чернова Л.Н. Изучение кислотостойкости облицовочного камня Кольского полуострова // Силикатные материалы из минерального сырья и отходов промышленности. - Л., Наука, 1982. - С.67-71.

12. Лащук В.В., Усачева Т.Т. Повышение долговечности мраморов и хибинитов методом гидрофобизации // Строительные и технические материалы из сырья Мурманской области. - Апатиты, 1983. - С.94-96.

13. Лащук В.В., Усачева Т.Т., Решетова З.И. Декоративность облицовочного камня основных месторождений Кольского полуострова // Строительные и технические материалы из сырья Мурманской области. -Апатиты, 1983.-С.97-104.

14. Лащук В.В., Усачева Т.Т., Чернова Л.Н. Изменение декоративных свойств облицовочного камня Кольского полуострова под воздействием внешней среды // Облицовочный камень Карело-Кольского региона. - Л.: Наука, 1983. - С.97-108.

15. Лащук В.В. Изучение пористой структуры и ее влияния на долговечность облицовочного камня перспективных месторождений Кольского полуострова // Силикатные материалы из минерального сырья. -Л.: Наука, 1983. - С. 103-114.

16. ЛащукВ.В., Белогурова Т.П., Усачева Т.Т. Исследование возможности спользования вскрышных пород рудника "Центральный" для производства щебня - Апатиты, 1984. - 17 с. - Рук. деп. в ВИНИТИ, N 538185.

17. Белогурова Т.П., Крашенинников О.Н., Лащук В.В., Усачева Т.Т. Изучение вскрышных пород рудников ПО "Апатит" как сырья для получения заполнителей // Отходы промышленности и минеральное сырье в производстве технических и строительных материалов. - Л.: Наука, 1986. - С.5-11.

18. Лащук В.В., Арзамасцев A.A., Белогурова Т.П., Усачева Т.Т. Влияние шпреуштейнизации на свойства уртитов как сырья для получения заполнителей бетонов // Техногенное и минеральное сырье в производстве строительных и технических материалов. - Л.: Наука, 1988. - С.44-53.

19. Лащук В.В., Мартынов Е.В. Исследование облицовочного камня

Кольского полуострова методами многомерного статистического анализа //Малый горный бизнес на северо-западе России и международный опыт: Тез. докл. Междунар. конф., 19-23 сект. 1995 г., Петрозаводск. - 1995. -

20. Лащук В.В., Усачева Т.Т. Разработка технологической классификации гранитов при помощи методов многомерной математической статистики // Химия и технология переработки комплексного сырья Кольского полуострова: Тез. докл. науч. конф., 22-24 апр. 1996 г.-Апатиты, 1996. - С.110-111.

21. ЛащукВ.В., Усачева Т.Т. Изучение зависимости обрабатываемости от минерального состава, структуры и физико-механических свойств гранитов месторождения Кузрека // Технология и свойства строительных и технических материалов на основе минерального сырья Кольского полуострова. - Апатиты, 1996. - С.71-81.

С.22.

ЛАЩУК Владимир Владимирович

ОЦЕНКА ВСКРЫШНЫХ ПОРОД МЕДНО-НИКЕЛЕВЫХ И АПАТИТО-НЕФЕЛИНОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КАЧЕСТВЕ СЫРЬЯ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ОБЛИЦОВОЧНОГО КАМНЯ

11.00.11. — охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Сдано в печать 17.03.98 г. Форм. бум. 60х84'/1(). Печ. л. 1,25. Усл. печ. л. 1,16 Печать офсетная. Бумага офсетная

Отпечатано в МУП "Полиграф" г. Апатиты, ул. Ленина, 20