6.1. Влияние отдельных факторов на прочность образцов, полученных на нефелиновых гелях

Главным фактором, определяющим прочность материалов на кремнегелевых связующих, несомненно, является содержание в растворах кремнекислоты, которая определяется концентрацией и расходом кислоты, используемой при разложении нефелина. Интервал изменения этих параметров имеет свои ограничения. Использование кислоты с концентрацией менее 10 % приводит к получению не желатинизирующихся растворов, способных хранится в течение длительного времени. Содержание кремнезема в таких растворах невелико, поэтому они обладают сравнительно слабыми вяжущими свойствами. Золи, приготовленные на 12%-ной кислоте при стехиометрическом расходе кислоты, необходимой для связывания всех кислоторастворимых компонентов нефелинового концентрата, желатинизируются через 36 часов (t=20⁰C), при том же расходе 15%-ной H₂SO₄ желатинизация наступает уже через 15-20 часов.

При использовании 17-20% кислоты желатинизация может наступить в процессе вскрытия нефелина. Такие продукты в пастообразном виде могут быть непосредственно использованы для забойки, но малая прочность и высокая стоимость вследствие относительно большего расхода кислоты и нефелина вряд ли сделают экономичной такую забойку. Зажелатинизировавшиеся высококонцентрированные растворы сложно и смешивать с технологической точки зрения.

Данные по составу растворов и их выходу на 1 тонну нефелинового концентрата при различных расходах и концентрациях серной кислоты приведены в табл. 34.

Как отмечалось выше, в составах забойки, как правило, кроме связующего в качестве основных составляющих применяют смесь мелкого щебня и песка. Использование этих материалов не только повышает качество забойки, но и снижает ее стоимость за счет использования дешевых материалов и снижения расхода более дорогих связующих компонентов.

В условиях рудников ОАО «Апатит» в качестве таких заполнителей наибольший интерес представляет буровая мелочь, хвосты апатитовой флотации и мелкие отсевы щебеночного производства. Отличительной особенностью этих отходов от других, обычно применяемых для забойки материалов, является то, что основным минеральным компонентом их является химически активный нефелин. Поэтому можно было предположить, что, взаимодействуя с кислыми кремнегелями, нефелинсодержащие заполнители, в отличие от обычного инертного песка и щебня, будут увеличивать физическую прочность забойки. Кроме того, кислые гели должны взаимодействовать и с нефелинсодержащими стенками буровых скважин, увеличивая тем самым сцепление забойки с ними и повышая ее эффективность.

Таблица 34.

Составы и выход алюмо-кремниевых растворов при обработке нефелинового концентрата серной кислотой различной концентрации и расходов

Концен-трация H2SO4, %	Расход от стехио-метрии на Al2O3, Na2O, K2O, %	Содержание компонентов в растворе , г/л					Объем р-ра из 1 т неф. к-та, м3
		Al2O3	Fe2O3	SiO2	Na2O	K2O
	70	24,87	1,42	33,58	14,11	5,83	6,80
	80	25,43	1,42	33,21	13,95	5,83	7,81
10,0	90*	24,53	1,40	32,80	13,52	5,68	8,84
	100	24,26	1,33	32,56	13,02	5,61	9,82
	110	23,95	1,29	32,09	12,66	5,49	10,80
	120	23,23	1,25	31,51	12,04	5,38	11,71
	70	33,85	1,93	45,70	19,20	7,94	4,73
	80	34,62	1,94	45,20	18,99	7,94	5,49
12,0	90*	33,39	1,82	44,64	18,17	7,73	6,25
	100	33,02	1,81	44,32	17,72	7,64	7,03
	110	32,60	1,76	43,68	17,23	7,47	7,8
	120	31,62	1,70	42,89	16,39	7,22	8,57
	70	43,44	2,58	58,83	21,0	10,8	4,38
	80	43,48	2,5	58,74	21,75	11,00	5,17
15,0	90*	42,75	2,41	55,20	23,0	9,7	5,76
	100	42,32	2,34	54,81	21,55	8,71	6,36
	110	41,82	2,27	54,23	21,21	8,71	6,95
	120	41,56	2,12	54,16	20,89	8,57	7,52

* - При получении нефелинового коагулянта-флокулянта в ЦЛ ОАО «Апатит» используется 12,5%-ная H₂SO₄ при расходе ее ~ 90% от стехиометрически необходимой нормы для взаимодействия с кислоторастворимыми компонентами.

Взаимодействие кислых гелей с нефелиновыми заполнителями обеспечивает повышение содержания в смеси активного кремнезема, одновременно приводя к снижению кислотности связующего, что в свою очередь, способствует гидролизу солей алюминия с образованием продуктов (гидроксидов, основных солей алюминия, сульфато-алюминатов, алюмо-кремнегелей), которые также могут обладать вяжущими свойствами, повышая прочность забойки. С нефелином могут взаимодействовать, вследствие склонности к гидролизу с выделением свободной серной кислоты, и непосредственно содержащиеся в растворах сульфаты алюминия и железа.