Труды КНЦ (Технические науки вып.4/2023(14))

Введение Ковдорский горно-обогатительный комбинат - - ведущее предприятие Северо-Запада России. Здесь добывают и перерабатывают сложные руды, получая три концентрата: магнетитовый, апатитовый и бадделеитовый. Отходы производства составляют в основном форстерит, кальцит и маложелезистая слюда флогопит. Перспективы развития предприятия связаны с увеличением полноты и комплексности извлечения полезных компонентов и получением новых нетрадиционных видов продукции, одним из которых является форстерит. Цель работы — вовлечение форстеритового концентрата, полученного из отходов обогатительного производства Ковдорского ГОКа, в процесс изготовления: огнеупорного бетона на магнийфосфатной связке; углеродсодерж ащ его легкого бетона на комбинированной связке из фосф ата магния и лигносульфоната; формовочных смесей для нагреваемой оснастки литейного производства. Р е зу л ь т а ты Химический анализ форстеритового концентрата из отходов обогатительного производства, мас. %: MgO — 43-48; SiO 2 — 33-39; FeO — 4,4-5,3; Fe 2 O 3 — 0,8-5,9; CaO — 0,6-2,4; п. п. п. — 0,1-1,5. Форстерит Ковдорского железорудного месторождения содержит, как правило, от 3 до 8 молекулярных процентов Fe 2 SiO 4 . Гранулометрический состав форстеритового концентрата, мас.%: (> 0,2мм) -1 ; (-0,2 + 0,16 мм) -7; (-0,16 + 0,1 мм) -4 8 ; (-0,1 + 0,063) -2 5 , (-0,0630 + 0,05 мм) -5 ; (< 0,05 мм) -14 . В исследовании использовался брикет, содержащий 50 % фракции < 0,2 мм и 15 % фракции < 0,063 мм форстеритового концентрата, 35 % отработанного магнезитового огнеупора. Получение брикета: в смесь выше названного состава вводят связующее (поливиниловый спирт), затем прессуют в форме под давлением 50 -70 МПа и сушат в естественных условиях в течение суток. Сырец обжигают при температуре 1400 °C. Полученный брикет измельчают до фракции < 3 мм. Часть брикетов подвергается измельчению в вибромашине ИВ-1 до фракции < 0,063 мм. Магнийфосфатную связку получают из магния углекислого основного Mg 5 (CO 3 ) 4 (OH) 2 ' 4 H 2 O и ортофосфорной кислоты марки 12-3 ОП-4 (осч). Теоретические основы химической технологии материалов различного назначения с использованием фосфатных связок заложены исследованиями отечественных и зарубежных ученых. Продуктами химического взаимодействия заполнителя и связки являются кислые фосфаты либо гидраты средних фосфатов. При нагревании выше 100 °С эти соединения вступают в реакцию поликонденсации с образованием полимерных фосфатов различных типов, которые образуют прочные адгезионные связи с поверхностью микрочастиц. В процессе дальнейшей термообработки происходит поликонденсация и образование нерастворимых фосфатов (до 500 °С). Этим объясняется твердение вяжущих композиций и материалов на их основе. Исследователи дают противоречивую информацию о составе соединений, образующихся при взаимодействии заполнителя с магнийфосфатной связкой (МФС), и температуре перехода одного соединения в другое [ 1 - 1 0 ]. Для получения огнеупорного бетона использовали следующие соотношения фракций, менее 3 и 0,063 мм, брикета на основе форстерита: 70/30, 60/40, 50/50. Основные этапы изготовления: в шихту вышеперечисленных составов вводили фосфат магния. Смеси тщательно гомогенизировали и помещали в форму. После отверждения в течение 2 дней образцы обжигали при 450-1200 °C. Затем определяли прочность, плотность и объемные изменения. На рис. 1 приведены значения прочности в зависимости от температуры обжига. При термообработке от 900 до 1100 °С для всех составов характерно снижение показателя механической прочности. Это связано с образованием новых соединений по химическим реакциям, происходящим в системе форстерит — магнийфосфатный цемент. При дальнейшем нагревании протекают процессы поликонденсации и полимеризации основных структурообразующих фосфатных соединений, обеспечивающих формирование износостойкой структуры и объемного постоянства бетона. Объем образцов для шихты с 30 мас. % фракции < 0,063 мм уменьшается в интервале от 1,25 до 1,8 % до 900 °С. При 1000, 1100 и 1200 °С объем увеличивается на 0,4, 3 и 0,9 % соответственно. Объем образцов для шихты с 40 % фракции < 0,063 мм до 1000 °С объем уменьшается примерно на 2 %, при 1100 °С объем увеличивается на 2,5 %, при 1200 °С вновь объем уменьшается на 3,6 %. Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 4. С. 151-156. Transactions of the Kola Science Centre of RA s . Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 4. P. 151-156. © Белогурова О. А., Саварина М. А., Шарай Т. В., 2023 152