Закладочная смесь

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам.и товарным знакам (21) 5003503/03 (22) 27.09.9! (46) 30.10.93 Бюл. Йя 39-40 (76) Слащилин Илья Тихонович; Савинчук Людмила

Григорьевна

{54) ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ (57) Изобретение относится к горной промышленности и может быль использовано при подземной разработке месторождений полезных ископаемых с (19) RU (11) 20020б4 CI (51) закладкой выработанного пространства. Состав закладочной смеси обеспечивает снижение себестоимости при одновременном повышении прочности закладочного массива. Смесь содержит следующие компоненты, мас%: цемент 8,5 — 9,8; хвосты обогащения 58,8 — 68,6; кубовый остаток дистилляции капропактама 0.003 — 0,005 и воду. Прочность образцов закладочной смеси на одноостное сжатие составляет 2,9- 3,5 МПа. 3 табл.

2002064 сн, Н2С .С=нон Ъекнянддскля оеяееявдпияовкл нс сн

СН2 В С Едо Ол ВНЛ

DKCIIM цнклме кслнонл

СН2

Н,С СН, 1

H,C C=O

НС НН клояоялктлн

СН2 нясе;с=О (нн >Hl2 н2$0» сн цнклогекслнон

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при разработке месторождений полезных ископаемых с закладкой выработанного пространства, 5

Известна закладочная смесь, содержащая хвосты обогатительных фабрик, цемент и воду, взятые при следующем соотношении, мас, :

Хвосты обогатительных 10 фабрик 50,0-84,0

Цемент 1,2 — 14,0

Вода 14,0 — 40,0

Недостатками известной смеси являются ее низкая прочность при малом расходе 15 цемента и высокая стоимость смеси при большом расходе дорогостоящего цемента.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является закладочная смесь, содержащая цемент, хвосты 20 обогащени, флокулянт и воду. Причем в качестве флокулянта используют полиакриламид. Указанные компоненты взяты в следующем соотношении, мас, /:

Цемент, 9,8

Хвосты обогащения 68,6

Полиакриламид 0,0004

Вода Остальное

Недостатком известной закладочной смеси является ее высокая себестоимость 3О за счет использования дефицитного и дорогостоящего компонента — полиакриламида, например, ВПК-402, стоимость которого составляет 4800 руб/т (в пересчете на твердое). 35

Целью изобретения является снижение себестоимости закладки при одновременном.повышении ее прочности, Поставленная цель достигается тем, что известная закладочная смесь, содержащая 40 цемент, хвосты обогащения, флокулянт и во ду, согласно изобретению, в качестве флокулянта содержит кубовый остаток дистилляции капролактама, при следующем соотношении компонентов, мас. /: 45

Цемент 8,5-9,8

Хвосты обогащения 58,8-68.6

Кубовый остаток дистилляции капролактама 0,003-0,005

Вода Остальное - 0

Заявляемый компонент — кубовый остаток дистилляции капролактама (КОДК) является отходом производства и получается в процессе производства капролактама через циклогексанон по следующей схеме; 55

ОН + ЗН2 Н2С Снвн

Q - О .г сн, Ni/С 202 Н2С СН2 2н/ГЕ

С 2

ФенОл цнклогекслнан

Пеоегруппированный продукт — технический капролактам подвергается омылению водой с последующей нейтрализацией серной кислоты аммиаком, Полученный продукт разделяют на капролактам сырец и раствор сульфата аммония. Капролактам сырец подвергают экстракции трихлорэтиленом с целью освобождения продукта от водорастворимых примесей, Полученный раствор капролактама подвергают переэкстракции водой с последующей упаркой и шестиступенчатой вакуумной очисткой водного раствора капролактама.

В результате вакуумной очистки получается товарный капролактам и кубовый остаток, который подвергают периодической дистилляции. Остаточный капролактам возвращают в стадию упаривания, а кубовый остаток дистилляции капролактама, являющийся отходом производства, направляют на сжигание согласно технологического регламента производства каролактама Дзержинского производственного объединения

"Капролактам".

Кубовый остаток дистилляции капролактама имеет следующий состав, мас, /:

Капролактам 9 — 20

Натриевая соль аминокапроновой кислоты 23-47

Олигомеры капролактама 22 — 43

Смолы 13 — 19

Свободная NaOH 1-3

Основными компонентами кубового остатка дистилляции капролактама являются натриевая соль аминокапроновой кислоты н,к-(сн, ;с-ояа, а также капролактам 2 и

СН

Н2С СН1

Н С

Н1С МН продукты его конденсации и поликонденсации типа...

-Мн(сн — с- ын(сн 1 — С- нн(СН 1 -С вЂ” ° °

ll ll ll о о о

Молекулы этих веществ содержат в своем составе атомные группировки с сосредоточенной на них электронной плотностью (карбонильные С =- О и карбоксильные с-с2002064 шесть составов: — группы) в сочетании с группами, несущими на себе положительный заряд (амина-МН2 или аминагруппы = NH).

Высокая степень развитости поверхности тонких фракций цемента и хвостов обогащения вызывает активную адсорбцию молекул кубового остатка дистилляции капролактама (КОДК) из водной суспензии закладочной смеси.

При этом атомные. группировки с сосредоточенной на них электронной плотностью закрепляются на положительных центрах адсорбции тонких фракций цемента и хвостов, а группы, несущие положительный заряд, закрепляются на участках с сосредоточенной электронной плотностью.

Закрепление углеводородной части кольца капролактама, а также углеводородных цепочек аминокапроновой кислоты и продуктов уплотнения капролактама, происходит в основном за счет дисперсионных сил, возникающих между CHz-группами углеводородных структур и апполярными участками поверхности тонких фракций цемента и хвостов. Кроме того, большая длина молекул веществ, входящих в состав КОДК. способСтвует увеличению поверхности действия дисперсионных сил при закреплении углеводородных структур КОДК, обеспечивающих высокую гидрофабизацию поверхности тонких фракций цемента и хвостов с последующим образованием агрегированных структур из их частиц за счет слипания последних, благодаря химическому сродству адсорбированных на частицах цемента и хвостов пленок КОДК.

Таким образом. благодаря наличию сконцентрированной электронной плотности на атоме кислорода карбонильной или карбоксильной групп гетераполярных молекул КОДК, наличию углеводородных- групп

СН2- и групп с сосредоточенным положительным зарядом, а также достаточно большой длине молекул (не менее Св) создается возможность одновременна для специфического и неспецифического закрепления их на поверхности тонких фракций цемента и хвостов обогащения, а также специфического взаимодействия. молекул между собой, что в целом обеспечивает. наиболее высокую скорость и прочность закрепления

КОДК на поверхности цемента и хвостов, гидрофобизацию поверхности указанных частиц, а также образования устойчивых флокул; состоящих из тонких фракций цемента и хвостов.

Анализ патентной и технической информации показал, что известно использование кубового остатка дистилл я ци и ка и рола ктама в качестве гидрофилизатора поверхно 10

55. сти частиц пыли при очистке пылегазового потока, обеспечивающего уменьшение удельного электрического сопротивления частиц пыли и повышение напряжения коронного разряда. что повышает степень очистки газов ат пыли.

Вышеприведенными результатами исследований установлено, что в закладочной смеси заявляемый компонент — кубовый остаток дистилляции капролактама, являясь дешевым отходом производства, проявляет новое техническое свойство — свойство флокулянта, обеспечивающего повышение прочности закладочного массива за счет активного образования флокул при одновременном снижении вьгноса тонких фракций цемента и хвостов обогащения.

-На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что заявляемый объект соответствует критерию "Существенные отличия" так как его отличительный признак проявляет новое техническое свойство по сравнению со свойствам, проявляемым этим признаком в известном техническом решении.

Пример. Для приготовления закладочной смеси в лабораторных условиях были использованы следующие исходные материалы.

В качестве вяжущего использован цемент М300.

В качестве заполнителя использованы хвосты обогащения, имеющие химический состав, приведенный в табл.1.

Гранулометрический состав хвостов обогащения приведен в табл.2.

В качестве флокулянта использован кубовый остаток дистилляции капралактама (КОДК), химический состав которой приведен выше.

Готовят закладочную смесь следующим образом.

Предварительно кубовый остаток дистилляции капролактама растворяют в теплой воде с t = 35-40 С. Одновременно для ускорения растворения указанного компонента в емкость с водой подают сжатый воздух, Затем в смеситель подают в заявляемом соотношении цемент, хвосты обогащения и раствор кубового остатка дистилляции капролактама. Смесь перемешивают до получения однородной массы, Для обоснования преимуществ заявляемой закладочной смеси по сравнению с прототипом, а также для обоснования количественного содержания компонентов в заявляемой закладочной смеси в лабораторных условиях было приготовлено

2002064

20

30 составы М1 — МЗ вЂ” с заявляемым содержанием компонентов; состав М 4 — с содержанием компонентов, выходящим за минимальные значения заявляемых компонентов; состав N 5 — с содержанием компонентов, выходящим за максимальные значения заявляемых компонентов; состав М 6 — по прототипу.

Из указанных закладочных смесей в лабораторных условиях были изготовлены образцы размером 10 х 10 х 10 см, которые твердели в нормальных условиях при температуре с = +20 С в течение 28 сут. При этом для обеспечения фильтрации воды затворения иэ образцов были использованы формы с перфорированными стенками.

Результаты испытаний приведены в табл. N 3.

Анализ результатов исследований, приведенных в табл,3, показал, что прочность заявляемой закладочной смеси (состав N.

1 — М 3} по сравнению с прототипом (состав

N 6) повышается на 4-25% за счет активного образования флокул при одновременном снижении выноса из закладки тонких фракций цемента и хвостов обогащения. Это достигается путем специфического и неспецифического закрепления молекул кубового остатка дистилляции капролактама (КОДК) на поверхности тонких фракций цемента и хвостов обогащения, а также специфического взаимодействия молекул КОДК между собой, что способствует слипанию частиц цемента и заполнителя другс другом и образованию плотных агрегатов (флокул}, Таким образом, применение в смеси КОДК обеспечивает создание закладочного массива без сегрегации с отводом иэ него чистой дренированной воды. Это подтверждают и результаты испытаний составов М 1 — N 3, в которых вынос твердого с фильтратом равен 7,25-7,35 r (см, гр.8 табл,З), что составляет менее 17 от общей массы цемента и хвостов обогащения.

Хотя состав М 4 закладочной смеси имеет низкую себестоимость, использование его нецелесообразно из-эа низких прочностных свойств, связанных со значительным выносом тонких частиц цемента и хвостов из закладки.

Применение закладочной смеси состава М 5 также нецелесообразно из-за значительного возрастания ее себестоимости.

Преимуществом заявляемой закладочной смеси по сравнению с прототипом явля35

55 ется снижение на 6-307; себестоимости 1 м смеси при одновременном увеличении на з

4-257ь прочности закладки.

Снижение себестоимости заявляемой смеси достигается за счет использования в ее составе дешевого отхода производства— кубового остатка дистилляции капролактама (КОДК), стоимость которого составляет

66,7 руб/т (в пересчете на твердое), в то время как стоимость полиакриламида ВПК402 составляет 4800 руб/т.

Повышение прочностных свойств заявляемой закладочной смеси достигается за счет того, что КОДК является эффективным флокулянтом, обеспечивающим закрепление молекул КОДК как на поверхности тонких частиц цемента и хвостов обогащения, так и взаимодействия молекул КОДК между собой, что способствует образованию флокул и снижению выноса твердого с фильтратом.

Использование заявляемой закладочной смеси, например, на шахте "Центральная" ПО "Южуралзолото", где объем закладочных работ составляет 44,9 тыс.м /год, позволит получить экономический эффект в размере 9,9-36,0 тыс.руб. за счет снижейия себестоимости 1м закладки по сравнению с прототипом, Кроме того, использование заявляемой закладочной смеси в системах разработки с закладкой выработанного пространства обеспечивает охрану окружающей среды за счет утилизации отходов производства (КОДК и хвостов обогащения), а также за счет того. что вода, отходящая из твердеющего закладочного массива, не требует дополнительной очистки и может либо повторно использоваться для приготовления закладочной смеси, либо сливаться в водоемы, (56) Авторское свидетельство СССР

N 635262, кл, Е 21 F 15/00.

Отчет по НИР "Разработать, исследовать и внедрить высокопроизводительную горную технологию при отработке жильных рудных тел Качканарского месторождения".

Этап: Исследование, разработка и внедрение состава закладки на хвостах обогащения и шлаков доменного производства, зол

ГРЭ С, Магнитогорский горно-металлургический институт. Руковод, раб. И.T,Ñëàùèëèí. — N. гос, рег. 01860083175. Магнитогорск, 1987, с.23-24, табл. 3.1. (состав N 3), 20020б4

Таблица1

Таблица2

1 а б 1и ц л 3

Формула изобретения

Составитель И.Слащилин

Техред М. Моргентал Корректор О,Кравцова

Редактор С,Кулакова

Заказ 31б2

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Латент", r. Ужгород, ул, Гагарина. 101

ЗАКЛАДОЧНАЯ СМЕСЬ, содержащая цемент. хвосты обогащения, флокулянт. и воду, отличающаяся тем, что, с целью снижения себестоимости смеси при одновременном повышении прочности, она в качестве флокулянта содержит кубовый остаток дистилляции капролактама при следующем соотношении компонентов, мас, Д:

Цемент 8,5 — 9,8

Хвосты обогащения 58,8 — 68,8

Кубовый остаток дистилляции кап ролактама 0,003 - 0,005

Вода Остальное