Бентонитовая глина: добыча и переработка на крупнейшем предприятии отрасли в Хакасии
Предприятие «Бентонит Хакасии» имеет 50-ти летнюю историю, и сегодня это ведущий игрок на отечественном рынке бентонитовой продукции. Развитый производственный комплекс охватывает весь цикл работ по добыче, переработке бентонитовой глины и производству продукции на ее основе. «Бентонит Хакасии» входит в Группу Компаний «Бентонит» наряду с заводами в Кургане, Брянске, Краснодарском крае, а также совместными предприятиями в Азербайджане, Казахстане и Польше.
Бентонитовая глина – это уникальный материал, на формирование которого природа потратила миллионы лет. Особые технологические свойства бентонита обеспечили его широкое применение как связующего в формовочных смесях и для производства железорудных окатышей, как вязко-гелеобразователя и понизителя фильтрации в приготовлении буровых растворов для бурения скважин и переходов, а также как эффективного гидроизоляционного и сорбционного материала. И даже этот перечень областей применения далеко не исчерпывающий. Бентонит применяют в сельском хозяйстве при производстве комбикормов и в виноделии для осветления виноматериалов и вин. Из бентонита производятся наиболее качественные комкующиеся наполнители для туалета кошек. Это основные направления использования бентонита, потребляющие сотни тысяч тонн бентонитовой продукции в год. Но есть отрасли и производства, где совсем небольшие добавки бентонита играют важную роль в технологических процессах. К ним относится изготовление катализаторов нефти, очистка сточных вод, производство бумаги, цементирование жидких радиоактивных отходов, промышленные влагопоглотители (хотя есть и полностью состоящие из бентонита). Бентонит нашел свое применение и в фармации и косметологии.
В данном материале будет показано осуществление добычи и переработки бентонитовой глины в «Бентоните Хакасии», начиная с работы в карьере и до того момента, как продукция упаковывается и отправляется потребителям в России, Восточной и Юго-Восточной Азии.
Добыча бентонитовой глины
«Бентонит Хакасии» обладает сырьевой базой из четырех месторождений бентонитовой глины: 10-й Хутор, Бентойское, Карасукское и Кайбальское-2 с суммарными промышленными запасами около 24 млн тонн. Всего Группа Компаний «Бентонит» располагает запасами около 109 млн тонн бентонита на 7 месторождениях в России и СНГ. Бентониты хакасских месторождений относятся к одним из лучших по качеству в России. Когда говорят о качестве бентонита, чаще всего используют показатель содержания породообразующего минерала смектита – монтмориллонита. В глинах месторождений Хакасии содержание монтмориллонита в среднем превышает 70%.
Добыча бентонита производится в карьерах открытым способом. На месторождении 10-й Хутор продуктивные пласты бентонитовой глины залегают под углом 6-8 градусов, что хорошо видно на фотографии 1. Разработка месторождения осуществляется последовательно: сначала снимается почвенно-растительный слой, затем убираются вскрышные породы: песок, гравий и другие, затем осуществляется зачистка бентонитовых пластов и их добыча. Обеспечение всех направлений бентонитовой продукцией требуемого качества достигается в первую очередь за счет детального многоэтапного изучения сырьевой базы предприятия. На месторождении собственными силами предприятия проведены опережающие эксплуатационные геологоразведочные работы и изучение качества проб из керна скважин. На основании результатов геологоразведки проведен актуальный подсчет запасов месторождения, построена качественная поблочная модель месторождения. Непосредственно перед добычей бентонита производится его дополнительное бороздовое опробование из специально пройденных шурфов и исследование проб. После подтверждения лабораторных анализов и приемки чистоты подготовки пластов, осуществляется добыча бентонитовых глин селективно, строго по выделенным блокам и типам. Транспортировка, складирование бентонитовых глин осуществляется также строго раздельно по типам, с последующим контролем их качества.
После добычи бентонитовой глины на месторождении проводятся работы по рекультивации. На фотографии 2 можно увидеть заполнение отработанного пространства карьера вскрышной породой, которая была удалена перед началом разработки нового участка.
Фото 2. Рекультивация отработанного карьера бентонитовых глинБентонитовая глина, добываемая в карьере, обычно имеет влажность в диапазоне 22-28%, а размер отдельных кусков может достигать 700 мм. Такая глина пока не пригодна к применению, требуется ее переработка: измельчение, сушка и, если необходимо, активация и помол. Поэтому добытая глина из карьера транспортируется автосамосвалами на производственные участки переработки.
Фото 3. Добыча бентонитовой глиныПереработка бентонитовой глины
Практически все российские бентониты преимущественно содержат обменные катионы кальция и магния, то есть относятся к щелочноземельным, и хакасские месторождения в том числе. Более высокими технологическими свойствами обладают щелочные бентониты, содержащие обменные катионы натрия. Между тем, месторождения природно-натриевого бентонита встречаются редко. Изменить состав обменных катионов бентонита можно в ходе процесса, который называют активацией. Она заключается в замещении катионов кальция и магния на натрий, после чего бентонит становится щелочным. Поэтому после добычи глины во влажном состоянии активируют путем равномерного добавления 1-4% карбоната натрия – соды.
Фото 4. Участок глинопереработки предприятия «Бентонита Хакасии»Процесс активации в «Бентоните Хакасии» проводится на четырех технологических линиях, которые дополнительно имеют возможность подсушки продукта до требуемого содержания влаги. После добавления к глине соды, смесь тщательно и равномерно перемешивается, проходит процесс пластической деформации, и затем активированная глина транспортируется по конвейеру на склад. Для прохождения полного процесса активации после переработки бентонитовая глина требует вылежки на складе не менее одного месяца при положительных температурах окружающей среды.
Фото 5. Активированная бентонитовая глинаСо склада активированной бентонитовой глины берутся образцы для контроля качества в лаборатории, и после получения результатов, осуществляется погрузка в железнодорожные полувагоны для отправки потребителям. Установка погрузки оснащена железнодорожными весами для взвешивания подвижного состава.
Активированная бентонитовая глина занимает существенную долю (70%) в объеме продаж «Бентонит Хакасии» и отгружается на все российские горно-обогатительные комбинаты, где применяется в производстве железорудных окатышей.
Фото 6. Погрузка активированной глины в железнодорожные вагоныБентонитовый глинопорошок
Другой промплощадкой «Бентонита Хакасии» является завод по переработке глины, где производится бентонитовый глинопорошок. На заводе расположены склады первично активированного бентонита и готовой продукции, а также производственные линии по подготовке сырья, сушке и помолу бентонита. Добытая на карьере глина транспортируется на завод, где проходит предварительное измельчение, а затем процесс активации. На производственных линиях, кроме добавления соды, возможно введение нескольких добавок в широком диапазоне процентного соотношения. Например, выпускаются бентоугольные композиции для литейной промышленности и барьерные смеси, состоящие из нескольких компонентов. Подготовленное сырье грейферным краном подается в приемные бункера технологических линий, а затем транспортируется в сушильный барабан.
Фото 7. Сушильный барабан завода по переработке глиныПосле прохождения глины через сушильный барабан содержание влаги снижается до 10-14%. Значение влажности можно регулировать в зависимости от вида выпускаемой продукции. Для некоторых областей применения бентонита предприятие может выпускать продукцию с влажностью 3-5%.
Подсушенная глина по цепочке линии помола и сушки транспортируется элеватором в приемный бункер, из которого подается в роликомаятниковую мельницу тонкого помола. Таких мельниц на заводе три. В мельнице происходит измельчение глины до требуемого гранулометрического состава. Размер частиц порошка составляет всего 0,071 мм, а содержание влаги – от 8 до 12%.
Фото 8. Роликомаятниковая мельница (справа) на заводе по переработке глины
Фото 9. Образец бентонитового порошкаИз мельницы глинопорошок транспортируется пневмотранспортом в накопительную башню через систему фильтрации. Затем уже готовый продукт подается на установки фасовки, где упаковывается в биг-бэги (мягкие контейнеры вместимостью около 1 тонны). По желанию потребителей глинопорошок возможно упаковать в полипропиленовые мешки по 25 кг.
Фото 10. Биг-бэги с глинопорошком на закрытом складе готовой продукции завода по переработке глиныДействующие технологические линии на заводе по переработке глины позволяют производить глинопорошки для разных направлений их применения, различных видов и марок. Основное потребление порошков приходится на литейную промышленность, бурение, металлургию, строительство.
Следует отметить, что не весь глинопорошок проходит процесс активации. «Бентонит Хакасии» также выпускает не активированный порошок, который применяется в сельском хозяйстве, виноделии и других областях.
Бентонитовые гранулы
Еще одна промышленная площадка «Бентонита Хакасии» – это завод по переработке активированной глины, где производится такой вид продукции, как бентонитовые гранулы. Технология производства включает процессы сушки, дробления и грохочения. После прохождения через сушильный барабан бентонит поступает в дробильно-сортировочный комплекс. Там путем дробления и грохочения бентонитовой глины производятся гранулы. Процесс включает отсеивание мелкой фракции, которая увлажняется, гранулируется и возвращается в цикл переработки. Это позволяет исключить образование отходов производства. Дробильно-сортировочный комплекс позволяет разделять и сортировать между собой гранулы различного размера, что определяется их дальнейшей областью применения. Самый распространенный размер бентонитовых гранул составляет 0,63-3,2 мм, содержание влаги в гранулах до 12%.
Фото 11. Сушильный барабан на заводе по переработке активированной глины
Фото 12. Образец бентонитовых гранул«Бентонит Хакасии» производит бентонитовые гранулы, которые применяются при производстве бентонитовых матов и комкующихся наполнителей для туалета кошек.
Бентонитовый мат – это гидроизоляционный рулонный материал, использующийся при строительстве автодорог, полигонов коммунальных и промышленных отходов, шламовых амбаров, искусственных водоемов и сооружений консервации и захоронения радиоактивных отходов. Группа компаний «Бентонит» выпускает бентонитовые маты на своем заводе в Курганской области.
Фото 13. Бентонитовый матПрименение бентонитовых гранул в качестве наполнителей для туалета кошек имеет широкое распространение благодаря сорбирующим свойствам бентонита, который очень хорошо впитывает влагу и запах. Бентонитовый наполнитель образует прочный комочек, благодаря чему наполнители из бентонита получили свое название «комкующиеся». Сегодня более 70% европейского рынка наполнителей составляет именно этот вид. Одновременно с комкующимися предприятие выпускает впитывающие наполнители на основе силикагеля и древесных опилок, которые равномерно впитывают влагу, не образуя комочков.
Фото 14. Производство комкующихся наполнителей для туалета кошекБентонитовая крупка
Производственная линия завода по переработке активированной глины позволяет также производить продукт, называемый бентонитовой крупкой. От гранул он отличается комбинированным составом частиц, включающим как гранулы, так и порошок. Наиболее распространенными диапазонами размеров частиц в крупке являются исполнения 0-2 мм, 0-4 мм, но верхний порог может быть любым по желанию потребителя. Бентонитовая крупка в качестве изоляционного материала хорошо подходит для заполнения пространств, пустот, зазоров, потому что обладает хорошей текучестью и не так пылит, как порошок. Дифференцированный гранулометрический состав имеет свойство к самоуплотнению со временем, так как мелкие частицы накапливаются в пространстве между крупными частицами. Хорошая уплотняемость бентонитовой крупки подходит и для создания уплотненных оснований и изготовления компактированных изделий из бентонита.
Суммарно все производственные площадки «Бентонит Хакасии» обеспечивают переработку до 620 тысяч тонн бентонита в год в следующие виды продукции: активированная бентонитовая глина – 440 тыс. тонн, глинопорошки – 150 тыс. тонн, гранулы – 30 тыс. тонн.
Исследовательская работа
В то время как в цехах идет переработка бентонитовой глины, лаборатории «Бентонита Хакасии» осуществляют контроль качества и исследовательские работы. Начинается все с определения характеристик керновых образцов по результатам разведочного и эксплуатационного бурения скважин на месторождении. Эти испытания предшествуют осуществлению добычи бентонита. Затем лабораторным испытаниям подвергают сырье и готовую продукцию в соответствии с требованиями специальных стандартов и технических условий, которые существуют отдельно для каждой из отраслей промышленности, где бентонит является частью технологического процесса.
Фото 15. В одном из кабинетов производственной лаборатории «Бентонита Хакасии»Отдельно выделяются исследования и разработки по перспективным направлениям. Работы под управлением кандидатов и докторов наук выполняются в кооперации с российскими и зарубежными научно-исследовательскими институтами, и вузами. Широкая кооперация с научной средой и участие всех предприятий Группы Компаний «Бентонит» позволяет охватить фундаментальные и прикладные исследования и возможность опытно-промышленного тестирования разработок. Одним из направлений исследований компании сегодня является изучение технологии изготовления и свойств компактированного бентонита для захоронения высокоактивных радиоактивных отходов.
Фото 16. Образцы компактированного бентонита месторождения 10-й Хутор. Плотность свыше 2,1 г/см3«Бентонит Хакасии» открыт к научному взаимодействию и всегда готов предоставить исследовательским организациям, вузам и научным коллективам образцы бентонитовой глины для изучения возможностей модификации, эволюции свойств, применения в новых областях и других фундаментальных и поисковых исследований по теме бентонитов.