Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов

ПОЛИМЕРНЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ НА ОСНОВЕ ФЛОТАЦИОННЫХ ОТХОДОВ ОТ ФЛОТАЦИИ МЕДНОЙ РУДЫ И СЕРОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов с добавлением отходов фосфогипса в качестве регулятора рН флотационных отходов, с минеральным наполнителем, добавленным к смеси, содержащей 20-50 вес.% отходов серы, 10-50% флотационных отходов от флотации медной руды грануляции около 0,06 мм, заранее смешанных с отходами фосфогипса; при температуре 130-150 С происходит модификация серы с помощью металлов и их сульфидов, содержащихся во флотационных отходах,таких как медь, свинец, железо, мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, ванадий, кобальт. Объектом настоящего изобретения является полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов. Изготовленный полимерный строительный материал является материалом, сходным с традиционным бетоном, но с лучшими функциональными характеристиками, такими как высокая устойчивость к сжатию и изгибу, краткое время схватывания, низкая абсорбционная способность, хорошая плотность и, прежде всего, устойчивость по отношению к кислой окружающей среде, к которой большинство из строительных материалов не устойчивы. Известны способы производства серных связующих веществ: в патентах США 4058500 и 4348313 демонстрируется серное связующее вещество, где сера модифицирована олефиновыми углеводородами, а именно органическим модификатором. Аналогично, серные связующие вещества, изготовленные в Польше, основаны на органических модификаторах типа олефиновых углеводородов. Такие решения опасны в применении в связи с риском воспламенения или взрыва во время процесса модификации. Другим недостатком является их токсическое воздействие на персонал. Самым важным качеством нового решения "Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов" является то, что серосодержащие отходы, отходы от флотации меди в KGHM Polska Miedz S.A. и отходы фосфогипса в качестве регулятора рН флотационных отходов применяются в процессе производства. Это влияет на снижение количества накопленных вредных отходов и позволяет утилизировать их экологически безопасным путем. Полимерный строительный материал согласно настоящему изобретению получают путм добавления сухих флотационных отходов от флотации медной руды к серосодержащим отходам в жидком состоянии при температуре 130-150 С с одновременным смешиванием этих ингредиентов. Флотационные отходы имеют рН около 8,5, поэтому они подвергаются процессу регуляции рН с применением отходов фосфогипса для достижения рН приблизительно 6,0, а именно для слегка кислой реакции. Флотационные отходы от флотации медной руды вKGHM Polska Miedz S.A. имеют композицию в зависимости от типа флотируемой руды; однако они все подходят для модификации серосодержащих отходов в связи с прекрасным дроблением и металлами,содержащимися в них, которые встречаются в форме простых или смешанных сульфидов. Таким образом, медь встречается в форме халькоцита - Cu2S, борнита - Cu5FeS4, халькопирита - CuFeS2, ковеллина CuS, свинец находится главным образом в форме галенита - PbS, а цинк и никель в форме сульфидов и силикатов. Флотационные отходы содержат некоторое количество следовых элементов, таких как Cu, Pb,Fe, As, Cd, Zn, Ni, Mo, Co и V; более того, отходы после флотации содержат около 13 вес.% СаО, около 5 вес.% MgO. Ингредиенты, перечисленные выше, составляют смесь серных модификаторов; более того, в отходах может быть обнаружено около 40 вес.% SiO2, 29 вес.% доломита, около 7 вес.% кальцита, которые являются хорошими минеральными наполнителями для полимерного строительного материала, полученного в соответствии с этим. Сера как элемент замечательных электроотрицательных свойств интенсивно реагирует с металлами. Медь реагирует с серой уже при комнатной температуре и при повышении температуры сера объединяется почти со всеми элементами. Более того, флотационные отходы от флотации медной руды имеют рН около 8,5, в отличие от доменного шлака плавления стали, где рН составляет 10,5; это очень существенно в процессе модификации серы, поскольку легче получить рН ниже 7 с применением отходов фосфогипса, которые благоприятно действуют на саму модификацию и характеристики полимерного строительного материала, сформированного на их основе. В определенных технических условиях, а именно при высокой температуре, происходит распад замкнутых колец из атомов серы на открытые цепи в результате раскрытия этих колец при более высоких температурах, чем в температурном диапазоне 130-150 С. В температурном диапазоне 130-150 С линейная структура серы Sx преобладает над ромбической циклической структурой. Металлы, такие как медь, свинец, цинк, никель,содержащиеся во флотационных отходах от флотации медной руды, которые встречаются в форме простых или смешанных сульфидов, и некоторое количество следовых элементов, таких как медь, свинец,железо, мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, кобальт и ванадий, которые являются серными модификаторами, подвергаются реакции сополимеризации с серой цепочечной структуры с созданием сополимера с характеристиками высокомолекулярного соединения, которое встречается в полимерных материалах. Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов, являющийся объектом настоящего изобретения, содержит 20-50 вес.% серосодержащих отходов, 10-50 вес.% флотационных отходов от флотации медной руды в KGHM PolskaMiedz S.A. грануляции приблизительно 0,06 мм, содержащих около 13 вес.% СаО, около 5 вес.% MgO,около 40 вес.% SiO2, около 29 вес.% доломита, около 7 вес.% кальцита, некоторое количество металлов,таких как медь, свинец, цинк, никель в форме простых или смешанных сульфидов, и некоторое количество следовых элементов, таких как медь, свинец, железо, мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, ванадий и кобальт, смешанные с регулятором рН флотационных отходов, которым являются отходы фосфогипса, в результате чего происходит изменение рН флотационных отходов от щелочной до слегка кислой реакции. Серосодержащие отходы загружают в горизонтальный смеситель, нагретый печным топливом, и после плавления дозируют предварительно взвешенное количество сухих флотационных отходов, заранее смешанных с регулятором рН, которым являются отходы фосфогипса в количестве 3-25 вес.%. В смесителе, при температуре 130-150 С с постоянным перемешиванием при около 20 об/мин,происходит модификация цепочечной серы с применением металлов и их сульфидов, содержащихся во флотационных отходах от флотации медной руды. Формируется сополимер с характеристиками высокомолекулярного соединения. Полимерный строительный материал, который, в зависимости от потребностей, может быть влит в форму или отлит на установленную поверхность в основном для дорожного основания вместо бетона на основе традиционных цементов, или применен в производстве смесей для дорожного покрытия, получают путем добавления в смеситель определенных количеств минеральных наполнителей в количестве 1040 вес.%. Строительный материал в вышеизложенном варианте, предназначенный для формы или для отливания на установленную поверхность, отличается по процентному содержанию композиции от полимерного строительного материала, предназначенного для производства смесей для дорожного покрытия на основе дорожных асфальтов, и от полимерного строительного материала, предназначенного для ремонта и производства новых дорожных покрытий. Количество минерального наполнителя в них снижено до 10 вес.% грануляции 0-1 мм. Добавление надлежащего количества полимерного строительного материала на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов к смесям для дорожного покрытия снижает количество дорожного асфальта в этих поверхностях на около 3 вес.% и, таким образом, снижает стоимость дорожного строительства. Дополнительно, полимерный строительный материал повышает температуру размягчения дорожного покрытия, предотвращая его колееобразование, что продлевает срок службы дороги. Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов имеет очень хорошие функциональные характеристики, а именно предел прочности на сжатие около 50-60 МПа, намного более высокий, чем таковой у традиционных бетонов, предел прочности на разрыв около 6 МПа, предел прочности на изгиб около 8 МПа, низкая абсорбционная способность воды около 1%, хорошая морозоустойчивость и надлежащая шероховатость, устойчивость к морской соли, кислотам и маслам. Полимерный строительный материал имеет отличное сцепление с грунтом и со строительными материалами,применяемыми в строительстве автомагистралей. Его применяют в производстве дорожного основания и дорожных вяжущих материалов. Кроме того, он плотно заполняет трещины и пустоты в бетоне и дорожном покрытии. Соединения меди, магния и железа, содержащиеся в полимерном строительном материале, являются ингибиторами выделения сульфида водорода при смешивании полимерного строительного материала с асфальтом, что улучшает промышленную безопасность во время получения дорожных смесей. Неожиданные характеристики такого большого улучшения предела прочности на сжатие, устойчивости к агрессивным средам, т.е. кислотам, солям, маслам по сравнению с бетоном на основе портландцемента и способности формировать дорожные смеси наблюдаются в связи с флотационными отходами от флотации медной руды, которые представляют собой источник металлов, таких как медь, свинец,цинк, никель в форме простых или смешанных сульфидов, и некоторого количества следовых элементов,таких как медь, свинец, железо, мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, ванадий, кобальт, которые являются серными модификаторами. В результате нагрева серы циклическая сера распадается на простые цепи, которые с модификаторами, содержащимися во флотационных отходах от флотации медной руды, формируют сополимер линейной структуры или структуры с поперечной межмолекулярной связью с типичными характеристиками высокомолекулярного соединения, которое встречается в полимерных материалах. Флотационные отходы от флотации медной руды в KGHM Polska Miedz S.A. содержат около 13 вес.% СаО, около 5 вес.% MgO, около 40 вес.% SiO2, около 29 вес.% доломита, около 7 вес.% кальцита, некоторое количество металлов, таких как медь, свинец, цинк, никель в форме простых или смешанных сульфидов и некоторое количество следовых элементов, таких как медь, свинец, железо,мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, ванадий, кобальт. Отходы фосфогипса представляют собой отходы от промышленного производства фосфорных удобрений. Серосодержащие отходы представляют собой продукты десульфурации природного газа или неочищенной нефти. Способ производства полимерного строительного материала на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов согласно настоящему изобретению определен более подробно в примере варианта осуществления. Пример I. Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов Получали следующим образом: взвешенное количество серосодержащих отходов подавали в горизонтальный смеситель. Этот смеситель косвенно нагревали печным топливом. Смеситель имеет ротаци-2 023085 онную мешалку на 20 об/мин. При температуре 130-150 С, когда вся сера принимает жидкую форму,взвешенное количество флотационных отходов, заранее смешанных с регулятором рН, которым являются отходы фосфогипса, дозировали в смеситель. При температуре 130-150 С в зоне расплавленной серы происходит контакт флотационных отходов с жидкой серой. Смешивание ингредиентов длится около 20 мин. Происходит процесс модификации серосодержащих отходов с помощью металлов и сульфидов,содержащихся в них, включая медь, свинец, цинк, никель, железо, мышьяк, кобальт, молибден, кобальт и ванадий, с флотационными отходами от флотации медной руды. Через 20 мин процесса модификации в смеситель добавляют минеральный материал или отвальный шлак плавления меди в качестве наполнителя и перемешивают около 10 мин. Таким образом, формируют полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов с добавлением минерального наполнителя или отвального шлака плавления меди, который отливали из смесителя в форму или на установленную поверхность, включая дорожное основание. Материал, произведенный таким образом, является серым, имеет высокий механический предел прочности на сжатие 50-60 МПа и устойчивость к кислотам, маслам и солям. Пример II. Полимерный строительный материал на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серосодержащих отходов Способ получения идентичен способу в примере I; различие заключается в том, что полимерный строительный материал направляют из смесителя на грануляцию. Гранулированный материал после смешивания с дорожным асфальтом применяли для получения дорожных вяжущих материалов, применяемых в производстве дорожного покрытия с повышенной температурой размягчения и высокой устойчивостью к колееобразованию. Композиция вяжущего материала: дорожный асфальт - 20 вес.%, полимерный строительный материал - 80 вес.%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ производства полимерного строительного материала на основе флотационных отходов от флотации медной руды и серы включает следующие этапы, на которых: серу в количестве 20-50% по весу материала загружают в горизонтальный смеситель, оснащенный ротационной мешалкой с частотой вращения 20 об/мин, и нагревают до температуры 130-150 С до тех пор, пока вся сера не перейдет в жидкую форму, после чего в смеситель дозируют сухие отходы от флотации медной руды грануляции 0,06 мм в количестве 10-50% по весу материала, заранее смешанные с регулятором рН, которым являются отходы фосфогипса в количестве 3-25% по весу материала, для обеспечения рН приблизительно 6,0; смешивают ингредиенты при температуре 130-150 С в течение 20 мин для того, чтобы произошла модификация серы с помощью металлов, содержащихся в отходах от флотации медной руды, таких как медь, свинец, цинк, никель в форме простых или смешанных сульфидов, и следовых элементов, таких как медь, свинец, железо, мышьяк, кадмий, цинк, никель, молибден, ванадий, кобальт; затем в смеситель добавляют минеральный наполнитель в количестве 10-40% по весу материала и дополнительно перемешивают при температуре 130-150 С около 10 мин.