Опыты по комплексному использованию вермикулитосодержащих пород

Вермикулит — минерал, образовавшийся в результате природных процессов гидратации и других изменений ферромагнезиальных слюд (флогопита и биотита), можно отнести по химическому составу к водным алюмосиликатам.

При нагревании вермикулитовая слюда быстро вспучивается, увеличиваясь в объеме в десятки раз, вследствие быстрого испарения кристаллизационной и межпакетной воды.

Объемный насыпной вес вспученного вермикулита не превышает обычно 350 кг/м3, коэффициент его теплопроводности равен 0,05—0,09 ккал/м. час град, а огнестойкость достигает 1100°.

Выбор того или другого способа обогащения природного вермикулита определяется рядом технико-экономических факторов, таких как дальность перевозок добытой породы и вспученного материала, возможность использования основной вермикулитосодержащих пород Кокшаровского месторождения выявили возможность получения на их основе ряда весьма эффективных материалов и изделии.


Были изготовлены и испытаны теплоизоляционные плиты размером 350X 150 x 40 мм и крупные скорлупы в натуральную величину. Выпускались они по следующей технологической схеме: рассев вермикулита по фракциям — приготовление раствора связующего вещества — приготовление шлама (гидромассы)—формование изделий методом отжатия, вакуумирования, прессования или вибрирования — сушка изделий при 100—150°. В табл. 2 приведены составы и основные свойства полученных изделий.

При использовании вермикулита в качестве особо легкого заполнителя для бетона может быть получен эффективный материал типа перлито массы отходов (пустой породы), образующихся при обогащении.

В результате проведенных геолого-разведочных работ в Приморском крае выявлено недавно крупное Кокшаровское месторождение вермикулита. Учитывая отличные свойства его как теплоизоляционного материала, Дальневосточный политехнический институт организовал в 1959—1961 гг. комшлексные исследования вермикулитосодержащих пород этого месторождения.

Кокшаровские вермикулитовые слюды залегают в слабо монолитных породах типа пироксенитовых с относительно постоянным химическим составом. Данные, характеризующие их химический состав (в %). представлены в табл. 1.


Оптимальная температура вспучивания кокшаровского вермикулита 800—850°. Степень вспучиваемости — 20-кратная. Отделение вспученного вермикулита от породы производилось воздушной сепарацией.

В естественном (не обогащенном) виде количество вермикслнтивой слюды по весу составляет несколько большую величину, так как при нагревании до 850° испаряется связанная вода, содержание которой ч слюде достигает 5—7%.

Объемный насыпной вес исследованных проб вспученного вермикулита колебался в пределах 140—392 кг/м3. Из общего количества вермикулита в пробах 20—60% имели насыпной вес до 200 кг/м3 и не более 30% — до 400 кг/м3. Сравнительно велико (до 30%) количество несортового вермикулита — фракции менее 0,5 мм.

Для опытных работ применялся вермикулит фракций мельче 1 мм, т. е. второсортный и несортовой, использование которых в практике пока еще ограничено. В качестве вяжущих — портландцемент марки 300 и известь. Бетоны готовились пластичной консистенции (погружение стандартного растворного конуса на 2—3 см). Стандартные образцы-кубы при формовании вибрировались в течение 1—1,5 мин.

Составы и основные показатели вермикулитобетонов, твердевших при различных режимах, приведены в табл. 3.


Следует отметить, что увеличение содержания вермикулита сверх 70% приводит к значительному снижению, а иногда и к полной .потери прочности вермикулитобетона. Это объясняется тем, что вяжущего становится недостаточно для склеивания частичек слюды. В данном случае благоприятные результаты дает добавка известкового молока, повышающая прочность бетона.

Вермикулитобстоны можно с успехом применять для изготовления крупноразмерных перегородок, утепления кровель и перекрытий, в качестве основного теплоизоляционного слоя слоистых стеновых панелей и т. д. Они превосходят другие виды легких бетонов по нх термостойкости и звукоизолирующей способности.

Обладая красивым темно-золотистым цветом, вспученная вермикулитовая слюда является отличным материалом для отделки наружной и внутренних поверхностей общественных зданий.

Для изготовления облицовочных плит с фактурным слоем могут быть рекомендованы вермикулит фракций 1 —10 мм в сочетании с цементом, желательно декоративным. В качестве красителя следует применять только минеральные пигменты, предварительно проверенные на свето- и погодостойкость. При наших опытах, кроме вермикулита Кокшаровского месторождения, применялся белый цемент Щуровского завода, портландцемент Спасского завода, железный сурик и коричневая охра.

Подбор фактурных слоев и технология их нанесения отрабатывались при изготовлении плит различного размера. Наносить облицовочный слой вермикулита на крупноразмерные плиты лучше всего укладкой его на дно формы с последующим заполнением ее основным материалом конструкции. После термообработки фактурный слой протирается щетками или наждаком с одновременной промывкой водой или слабым раствором кислот.

В случае нанесения лицевого слоя непосредственно на вертикальную поверхность стены, обработку фактуры следует производить через двое суток после твердения ее на воздухе.

Данные о составах и видах фактурных вермикулито-цементных слоев приводятся в табл. 4.


При использовании вермикулита в качестве компонента фактурного цементного стоя можно получать белую, серую и цветную поверхности с декоративными вкраплениями и с почти сплошным золотистым фоном от включения лепестков вермикулитовой слюды.

Водопоглощение плиток с указанными в табл. 4 фактурными составами колеблется з пределах т 16 до 26%- После 25 циклов замораживания и оттаивания (по обычной методике испытания растворов) значительных разрушений фактурного слоя не наблюдалось. Потеря от веса каждой плитки не превышала 0,7—2%. В некоторых плитках наблюдалось лишь частичное выкрашивание поверхностного слоя включений слюды, однако общий вид поверхности при этом не ухудшился. Термостойкость фактурных слоев зависит только от вида цемента, так как вспученная слюда своего цвета со временем не изменяет ни на воздухе, ни при термообработке. Фактурный слой хорошо моется и прочищается щетками.

Вмещающая вермикулитовую слюду порода (пироксениты) после отделения вермикулита до вспучивания или после прокаливания всей породы при 850° может найти применение в производстве ряда местных строительных материалов. Установленна возможность получения местных вяжущих, использование пироксенитов в качестве добавки к клинкеру при производстве цемента, а также ячеистых бетонов (на основе размолотой породы).