Сырье для каменного литья. Особенности исследования и оценки месторождений

Каменное литье (петрургия), то есть получение различных изделий из горных пород путем их расплавления с последующей отливкой в соответствующие формы и отжигом, получает все более широкое распространение. Такой способ получения изделий определенной формы гораздо проще, дешевле и быстрее по сравнению с механической обработкой горной породы. Во многих случаях литой камень может успешно заменять черные и цветные металлы, специальные стали, сравнительно дорогую керамику и другие дефицитные материалы. Он обладает высокой кислото- и щелочестойкостью, высокой твердостью и устойчивостью к нагреванию, высокой прочностью на растяжение, сжатие и изгиб, огнеупорностью, термо- и морозоустойчивостью, декоративностью, высокими электроизоляционными свойствами. По сравнению с металлическими камнелитейные изделия не боятся коррозии и являются значительно более долговечными.

Это всевозможные плиты для строительства, станины для машин и механизмов, опоры для столбов электропередач и других несущих конструкций, тюбинги подземных туннелей, кислото- и щелочестойкие емкости и футеровочные плитки, футеровка и шары для мельниц, броня для каналов гидрозолоудаления на теплоэлектростанциях, всевозможные штуцеры и другие фасонные изделия. Специфический продукт камнелитейного производства - минеральная вата, представляющая легкий материал, состоящий из тонких спутанных между собой высокопористых волокон и обладающий высокими тепло- и звукоизоляционными свойствами. Она нашла широкое применение в промышленном и гражданском строительстве для утепления стен, тепловой изоляции трубопроводов и производственной аппаратуры, для звукоизоляции.

Петрургический процесс состоит из расплавления измельченной горной массы, отливки однородного расплава в формы и так называемого отжига - медленной раскристаллизации полученного изделия. Плавка раздробленной породы (размер кусков 50-150 мм) осуществляется в пламенных или электропечах при температурах 1350-1450⁰C до получения однородного расплава, не содержащего пузырей. Отжиг - в специальных печах, где отливка выдерживается при температурах 900-1000⁰C определенное время, в течение которого происходит кристаллизация отливки.

Главной минеральной фазой самого распространенного базальтового литья является моноклинный пироксен диопсид-геденбергитового ряда (до 90%), кроме того, в нем обычно фиксируются кристаллики магнетита (до 15%) и хромита (2%), а также тончайшие пленки стекла (до 15%); его структуры практически полнокристаллические (преимущественно сферолитовые), текстуры чаще однородные, массивные.

Наилучшим природным сырьем для базальтового (пироксенового) каменного литья являются магматические породы основного состава: диабазы, базальты, андезито-базальты, габбро-диабазы и близкие к ним по валовому химическому составу метаморфические и осадочные породы: сланцы, амфиболиты, глины, пески и др. Если в расплаве повышенное содержание кремнезема (более 50-51%) либо глинозема, то он становится излишне вязким, плохо заполняет формы и трудно кристаллизуется. Оксид кальция и магния, закисное и окисное железо способствуют понижению вязкости и улучшению кристаллизационной способности расплавов. В случае пониженного содержания кремнезема (менее 40%) расплав отличается пониженной вязкостью, что также плохо, поскольку он быстро твердеет с образованием стекловатой микроструктуры и появлением трещин при охлаждении.

При предварительной оценке магматических горных пород основного состава как возможного петрургического сырья обычно пользуются петрографическими критериями: минеральным составом и структурой породы. В идеальном случае содержание основного плагиоклаза должно быть около 50%, а из темноцветных существенно магнезиальный оливин должен преобладать над авгитом (возрастание основности плагиоклазов и увеличение содержания магнезиального оливина повышают температуру плавления породы и улучшают кристаллизацию расплава).

Благоприятным признаком служат кристаллически-зернистые интерсертальные и офитовые структуры, свидетельствующие о высокой кристаллизационной способности породы; наоборот, наличие в ней стекловатых витрофировой, гиалопилитовой и других структур говорит об обратном. Должны также учитываться и такие признаки породы, как их однородность по всему месторождению, мелкозернистость, отсутствие ксенолитов и вкрапленников оливина и пироксена размером свыше 2 мм, невыветрелость.

Окончательная оценка о пригодности породы для каменного литья осуществляется в заводских условиях путем опытной плавки.

В каменнолитейной индустрии широко используются самые различные горные породы, которые в смеси с шихтовочными материалами (горными породами другого состава или шлаками горно-металлургических предприятий) по своему валовому химическому составу приближаются к оптимальному.

При оценке месторождений петрургического сырья предполагается учет ряда экономических и природоохранных факторов. Учитывая большой объем перерабатываемой и транспортируемой горной массы, разработка этих месторождений производится лишь в экономически развитых районах близ перерабатывающих предприятий. Добыча носит комплексный характер: одновременно с сырьем для плавки получают и строительный камень. В качестве компонентов петрургического сырья все больше используют промышленные отходы.

Геолого-промышленные типы:

1. Главным типом являются крупные протяженные горизонты выдержанного состава и структуры в массивных базитовых магматических горных породах различного возраста. Последние могут быть представлены гипабссальными интрузивными телами и дайками, покровами, потоками, силлами и экструзивными телами эффузивов.

2. К подчиненному типу относятся мощные горизонты метаморфических базитовых пород - амфиболитов, залегающих в толщах докембрийских кристаллических сланцев и гнейсов. Расплав, получаемый из этих пород без шихтующих добавок, обладает хорошими литейными и кристаллизационными свойствами, но изделия из него при их высокой прочности уступают базальтовым по химической устойчивости.