Научные сотрудники

Получен из концентрата с размером частиц 2-5 мм обжигом в электрической модульно-спусковой печи конструкции А.И. Нижегородова. Особенностью модульно-спусковой печи является использование электрической энергии для термической обработки сыпучих минералов. В пространстве обжига наклонных электрических модулей, на специальных токопроводящих головках продольно потоку сыпучей среды установлены электрические нагреватели, выполненные из полосового нихрома. Пространства между соседними полосами образуют тепловые камеры, в которых создается локализованное тепловое поле, воздействующее непосредственно на сыпучую среду, движущуюся вдоль камер. Термокрышки модулей, расположенные над нагревателями, замыкают пространство обжига.

Благодаря такой локализации теплового излучения, направленного непосредственно на обрабатываемый материал, удельная энергоемкость процесса обжига вермикулита в таких печах составляет 155…170 КДж/м³, тогда как в огневых печах, работающих на углеводородном топливе, она не опускается ниже 210…230 КДж/м³.

Исследовано влияние температуры обжига на свойства термовермикулита, установлено, что оптимальными условиями обжига является температура 500°С.

Термовермикулит благоприятно влияет на формирование корневой системы проростков растений. Широко применяется для улучшения гидрофизических свойств почвы, увеличения воздухо- и влагоемкости, способствует оптимизации азотного питания растений.

Одним из перспективных направлений утилизации техногенных отходов является получение стеновых и тротуарно-дорожных керамических материалов методом гиперпрессования.

Гиперпрессование (трибопрессование) – метод получения строительных материалов путем взаимного трения мелкодисперсных частиц вещества под высоким давлением и когезии между ними. В присутствии вяжущих (например, цемента) необходимые давления прессования и глубина помола резко уменьшаются. Количество вяжущих в зависимости от вида и марки изделия составляет от 6 до 20 %. Приготовленные изделия выдерживают на складе в течение 3-5 суток, за это время они набирают 60-70 % от конечной прочности. Время полного созревания изделий составляет 28 суток. Смесь для изготовления изделий состоит из трех компонентов:

- основное сырье (отходы горнопромышленного комплекса, в количестве 65-85 %),

- портландцемент (марки от 300 до 500),

- пигмент (минеральные пигменты или мелкоперемолотые породы, 1 %),

- вода (до 8-15 %).

В качестве потенциального техногенного сырья для такого производства в Мурманской области могут рассматриваться:

- отходы обогащения апатит-нефелиновых руд Хибинских месторождений,

- отходы обогащения железистых кварцитов Приимандровского района,

- отходы обогащения комплексных руд Ковдорского месторождения,

- отходы обогащения медно-никелевых руд на экспериментальной фабрике пос. Африканда,

- отходы обогащения вермикулитовых руд Ковдорского месторождения.

Технология: из керамических масс разработанных составов готовили образцы-кубики (и плиточки) при давлении прессования от 100 до 300 МПа. После 28 суток твердения определяли прочность при сжатии, изгибе, плотность, водопоглощение, морозостойкость и теплопроводность материалов.

Полученные материалы удовлетворяют требованиям, предъявляемым к кирпичу гиперпрессованному марок М(150-200). Кроме того, материал отличается довольно низкими значениями теплопроводности 0.532-0.544 Вт/м·К (ниже, чем для силикатного кирпича Оленегорского завода).

Кроме исследований физико-технических свойств, были проведены исследования образцов длительного нахождения в естественных условиях (6 и 13 месяцев) под воздействием природных факторов: влажность, осадки, температурные перепады, процессы замораживания – оттаивания, радиационное воздействие солнечных лучей. После 13 месяцев хранения наблюдается увеличение прочностных характеристик материалов в среднем на 25-40%. При более длительном хранении (2 года) продолжается нарастание прочности материала.

Долговечность гиперпрессованных материалов определялась по показателю морозостойкости. Образцы одного из составов выдержали без видимых повреждений более 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания.

Для улучшения декоративных характеристик материалов проводилось расцвечивание керамики с использованием минеральных красителей: отсевы при производстве декоративного щебня  - пегматит, амазонит, мрамор, а также железный сурик, оксид хрома (1-2 %).

Кольский полуостров – уникальный регион России, где сосредоточены крупные залежи различных видов горных пород, многие из которых представляют интерес для строительной отрасли.

Кольское сырье отличается большим разнообразием горных пород различной цветовой гаммы. Месторождения цветного камня представлены:

 – белыми и пестроцветными доломитами (м-я Титанское, Пиртти-Ярви);

 – зеленым амазонитом (м-е Плоскогорское);

 – розовым пегматитом (м-е Куру-ваара);

 – темно-фиолетовым габбро (м-е Мончетундровское);

 – черным с голубым плагиоклазом габбро-норитом (м-е Енское);

 – розово-красным гранитом (м-е Кузреченское);

 – цветными яшмами различной окраски (м-я Лампас, Пахта и Вильгис);

 – зелено-черным хибинитом (м-е Ловчорр);

 – серо-зеленым уртитом (м-е Коашва) и другими цветнокаменными породами.

Сырьевая база облицовочного камня Кольского полуострова включает 19 месторождений, представленных гранитами, гнейсами, габбро, диоритами, пироксенитами, хибинитами, фойяитами и красноцветными песчаниками. В настоящее время в Мурманской области функционирует несколько камнеобрабатывающих предприятий (в г.г. Мурманск, Мончегорск, Заполярный, Апатиты, Ковдор), где осуществляется выпуск архитектурно-строительных (в основном ритуального назначения) и облицовочных изделий из природного камня.

В 2023 году добыча облицовочного камня производилась на четырех месторождениях: Кирикован-1, Толстиковское, Кирикован-2 и Вальсельявр-2. Облицовочный камень этих месторождений представлен декоративными и высокодекоративными породами и предназначен для получения облицовочных блоков и плит, для покрытия полов и лестниц, изготовления архитектурно-строительных и мемориальных изделий, для архитектурно-ландшафтных работ. Отходы камнеобрабатывающих предприятий при получении изделий являются исходным сырьем для получения декоративных заполнителей.

Результатами исследований, выполненных в ОТСМ ИХТРЭМС, установлена возможность получения декоративных заполнителей (песка и щебня) широкой цветовой гаммы на основе сырья Кольского полуострова для отделочных работ и производства бетонов. Декоративные бетоны, разработанные на этих заполнителях, обеспечивают получение облицовочных изделий с высокими прочностными и декоративными показателями.

Учитывая возможности богатой минерально-сырьевой базы Кольского полуострова целесообразно организовать в Мурманской области крупномасштабное производство декоративных заполнителей из отходов камнедобычи и камнеобработки и получению облицовочных изделий на их основе. Это позволит обеспечивать высококачественными декоративными материалами строительные отрасли Москвы, Санкт-Петербурга и других регионов России, испытывающих дефицит в подобных материалах.

В 1957 году на Кольском полуострове было открыто крупнейшее Ковдорское месторождение вермикулита.

Разнообразные цветовые оттенки сырцовых и обожженных вермикулитов, блеск и прозрачность или, наоборот, матовость, высокая отражательная способность, устойчивость окраски к воздействию атмосферных условий, солнечного цвета, химически активных веществ является основанием для широкого использования этих минералов в качестве пигментов для различных декоративных материалов и покрытий.

Обменный межпакетный магний природного вермикулита может быть замещен другими катионами. С целью расширения палитры пигментных вермикулитов изучалась возможность изменения их цвета введением в кристаллическую решетку минерала хромофорных неорганических катионов, обладающих свойством окрашивания, например Fe³⁺, Cu²⁺, Co²⁺, Al³⁺. При обжиге Fe-вермикулита в температурном интервале 700-800°С получается красивый темно-красный цвет, а в интервале 900-1000°С – бордовый. Обжиг медного вермикулита при 600-800°С придает ему яркий зелено-коричневый цвет, Al-вермикулиту – серебристо-белый. 

Расширение цветовой гаммы вермикулитов возможно также с помощью органических красителей. Процесс окрашивания в этом случае основан на специфической адсорбции поверхностью минерала полярных органических хромофоров. Так, например, зеленый цвет вермикулита получается при обработке его анилиновым темно-зеленым красителем для хлопчатобумажных тканей, серый – анилиновым черным красителем для шерсти. Желтый цвет можно получить, обработав вермикулит  ярко-оранжевым красителем, а голубой – васильковым, голубым, бирюзовым красителями для хлопчатобумажных и шерстяных тканей.

Подбором естественно окрашенных разновидностей вермикулитовых концентратов, а также путем их химической обработки (крашение органическими красителями и ионо-обменное замещение межпакетного магния на хромофорный катион) можно получить широкую цветовую гамму чешуйчатых вермикулитов для декоративных покрытий.

К настоящему времени в Мурманской области накоплены миллиарды тонн горнопромышленных отходов, как правило, являющихся ценным сырьём для ряда отраслей промышленности. Одним из направлений их утилизации является использование в качестве технологического сырья для производства строительных материалов и изделий, в том числе стекол и стеклокристаллических материалов. Замена первичного сырья нетрадиционным, в первую очередь горнопромышленными отходами, решает проблемы расширения минерально-сырьевой базы строительной индустрии, обеспечения экологической безопасности окружающей среды, сохранения природных ландшафтов.

Сырьём для производства стекол и стеклокристаллических материалов, представленных на стенде, послужили различные горнопромышленные отходы, вскрышные породы (карбонатиты, пегматиты, доломиты, кварц и др.), а также побочные продукты горнопромышленного комплекса и стеклоотходы. В качестве побочных продуктов использовались нефелиновый, эгириновый, сфеновый (АО «Апатит») и хромитовый (месторождение Лесная Вараака) концентраты.

Наиболее благоприятным сырьём для специальных стекол, высококачественного минерального волокна и стеклокристаллических материалов, являются составы, близкие пироксенам. На основании изучения диаграмм состояния в системах: пироксены - полевые шпаты - кварц и программы вычисления оптимального состава шихты и основных технологических параметров были разработаны составы стёкол, характеризующиеся повышенной химической стойкостью, термостойкостью, а в ряде случаев и обладающие декоративным эффектом.

Стёкла и стеклокристаллические материалы отличаются широкой цветовой гаммой (желто-зеленые, светло-серые, бежевые, коричневые, белые, голубые, сиреневые тона), узорчатым рисунком, создающим эффект имитации природных камней – агата, яшмы, авантюрина, и огненно-полированной поверхностью. Полученные материалы могут быть использованы для отделки каминов, украшения интерьеров (бассейны, метро), при изготовлении цветных витражей, а также в промышленном и гражданском строительстве.

Стёкла и стеклокристаллические материалы хорошо поддаются шлифовке и полировке, что дает возможность использовать их в качестве поделочного материала для сувенирных изделий и бижутерии, для инкрустации изделий народно-художественных промыслов.

Разработаны:

- термостойкое и химически стойкое черное стекло, которое обладает высокой водо- (1 гидролитический класс), щелоче- (98.4-98.7 %), кислото- (99.4-99.7 %) и термостойкостью (140°С); величина коэффициента линейного термического расширения близка аналогичному параметру керамических изделий;

- зеленое стекло с авантюриновым эффектом, обладающее хорошими механическими характеристиками, высокой химической стойкостью и термостойкостью (150°С);

- матовые и опалесцирующие стекла, которые при наличие высокой декоративности имеют хорошие механические и физико-химические характеристики;

- многоцветные декоративные стекла и стеклокристаллические материалы, состоящие из опалесцирующих, матовых или глушеных полос, имеющих белую, светло-голубую окраску, богатые железом зоны приобретают синюю различной интенсивности окраску.