научная статья по теме ОТХОДЫ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ В ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ОТХОДЫ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ В ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ»

ОТХОДЫ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

В ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Доктор технических наук В. З. АБДрАхимоВ (Самарская академия государственного и муниципального управления), кандидат технических наук Е. С. АбДрахимова (Самарский государственный аэрокосмический университет)

Бывший президент России Дмитрий Медведев 30 апреля 2012 г. утвердил "Основы государственной политики в области экологического развития Российской Федерации на период до 2030 года". В документе отмечается, что экологическая ситуация в России характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия на природную среду, значительными экологическими последствиями прошлой экономической деятельности. 54% городского населения в 40 субъектах находятся под воздействием загрязнённого воздуха, недостаточно хорошо очищаются сточные воды, практически во всех регионах страны ухудшается состояние земель, сельскохозяйственные угодья теряют плодородие. "Опустыниванием в той или иной мере охвачены 27 субъектов Российской Федерации на площади более 100 миллионов гектаров. Количество отходов, которые не вовлекаются во вторичный хозяйственный оборот, а

направляются на размещение, возрастает. При этом условия хранения и захоронения отходов не соответствуют требованиям экологической безопасности", - говорится в документе.

В связи с этим разработаны основы госполитики, которые направлены на решение данных проблем, экологичное развитие экономики, сохранение благоприятной окружающей среды для населения и обеспечение экологической безопасности. Документ определяет принципы охраны, воспроизводства и рационального использования природных ресурсов. При принятии решений об осуществлении экономической и иной деятельности предусматривается: обязательное проведение экологической экспертизы; запрещение проектов, последствия реализации которых негативны или непредсказуемы для окружающей среды; внедрение в производство инновационных ресурсосберегающих, малоотходных, экологически безопасных и эффективных технологий. Помимо

Таблица 1

химический состав исследуемых компонентов

Содержание оксидов, мас. %

БЮ2 А1203+ТЮ2 Рв203 СаО МдО Я20 Б03 П.п.п.*

Межсланцевая глина 45-47 13-14 5-6 11-13 2-3 3-4 1-2 9-20

Горелые породы 39-40 12-13 7-8 17-18 1-2 1-2 4-5 14-15

* П.п.п. - потери при прокаливании.

© В. З. Абдрахимов, Е. С. Абдрахимова

49

Рис. 1.

Металлографический анализ отходов горючих сланцев: А - межсланцевой глины; Б - горелых пород.

Значительная часть выбросов вредных веществ в атмосферу приходится на энергетику2. В настоящей работе исследован состав для получения теплоизоляционного керамического материала из отходов энергетики - горючих сланцев: межсланцевой глины и горелых пород без применения природных традиционных материалов.

Для получения теплоизоляционного материала в качестве глинистого компонента использовалась межсланцевая глина, которая образуется при добыче горючих сланцев на сланцеперерабатывающих

этого предполагается поэтапное исключение практики временных сверхнормативных выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду, снижение удельных показателей выбросов и сбросов, а также введение запрета на захоронение отходов, не прошедших сортировку, механическую и химическую обработку, и отходов, которые могут быть использованы в качестве вторичного сырья.

Производство строительных материалов - одна из самых материалоёмких

отраслей народного хозяй- _

ства, поэтому рациональное использование топлива, сырья и других материальных ресурсов становится | решающим фактором её ™ успешного развития в ус-§ ловиях проводимой эко-§ номической реформы.

В связи с этим применение I в керамических материа-£ лах отходов производства 1 приобретает особую акту-

? Абдрахимов В.З. Экологические и практические аспекты совместного использования отходов чёрной металлургии и энергетики // Энергия: экономика, техника, экология. 2011. № 10. С. 34-39.

Рис. 2.

Микроструктура отходов горючих сланцев: А, Б - межсланцевой глины; В, Г - горелых пород (увеличение: А - х 1200; Б - х 15000;

В - х400; Г - х1500).

° альность

® 1 Абдрахимов В.З., Абдрахимо-<р ва Е.С. Химическая технология керамического кирпича с использованием техногенного сырья. Самара, 2007.

Рис. 3. Рентгенограмма отходов горючих сланцев: А - межсланцевой глины; Б - горелых пород.

заводах (шахтах)3. Межсланцевая глина является отходом горючих сланцев. По числу пластичности она относится к высокопластичному глинистому сырью (число пластичности 27-32) с истинной плотностью 2.55-2.62 г/см3. Химический состав межсланцевой глины представлен в табл. 1.

В качестве отощителя для производства теплоизоляционных материалов использовались горелые породы,

3 Абдрахимов В.З., Колпаков А.В. Исследование тепломассообменных процессов при обжиге

легковесного кирпича на основе межсланцевой глины и нефтяного кека // Огнеупоры и техническая керамика. 2011. № 11-12. С. 24-28.

которые образуются в местах добычи сланцев4. Сланец, который не удалось в процессе добычи отделить от пустой породы, направляется в отвал. В терриконах при совместном хранении пустых пород и сланцев за счёт повышенного количества в смешанных отвальных массах органических соединений происходит самовозгорание, приводящее к образованию большого количества горелых пород. Они представляют собой продукт низкотемпературного обжига при самовозгорании породы (смесь глины и сланцев) в терриконах в окислительной среде. Количество горелых пород в терриконах составляет от 75 до 90% от объёма отвала. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожжённым при 800-1000°С.

Истинная плотность горелых пород Самарской области составляет 2.42.7 г/см3, средняя плотность - 13002500 кг/м3. Особенность горелых пород - высокая микропористость как следствие появления микрощелей и достаточно высокая адсорбционная активность. Химический состав горе- 3 лых пород, образовавшихся после са- 2013 мовозгорания горючих сланцев, пред- ? ставлен в табл.1. §

Горелые породы, хотя и являются ° отходами производства, но по хими- £ ческому составу идентичны алюмо- | силикатному природному сырью для ® производства стеновых керамических 1 материалов, что позволяет использо- Л

о о

--ГС

4 Абдрахимов В.З. Экспериментальное исследо- ® вание теплопроводности легковесного кирпича « на основе бейделлитовой глины и горелых пород //Огнеупоры и техническая керамика. 2010. № 11-12. С. 49-52.

Добыча в отвале межсланцевой глины

Тп ЭиГПППТМППП1/Д

Рис. 4.

Технологическая схема производства кирпича.

со

0 сч

™ вать их в производстве легковесно-11 го кирпича как основного компонента

1 шихты. Горелые породы, в отличие от § глинистых компонентов, не обладают 1 пластичностью и связующей способ-£ ностью, поэтому керамические матери-§ алы на их основе требуют использова-1 ния пластических компонентов.

0

1 В горелых породах повышенное со-| держание потерь при прокаливании ^ (п.п.п.) способствует обжигу кирпича

изнутри, оксидов железа и кальция -спеканию при относительно невысо-

ких температурах (1000-1050°С), а оксида алюминия - повышению прочности и морозостойкости.

Для анализа размера частиц исследуемых компонентов был проведён металлографический анализ на микроскопе МИН-8М при увеличении в 200 раз (рис. 1). Как видно из рисунка, в образцах межсланцевой глины и горелых пород много крупных включений (размером более 2-5 и 10-15 мкм соответственно). Микроструктура отходов горючих сланцев представлена на рис. 2. Минералогический состав межсланцевых глин и горелых пород разнообразен. Для межсланцевых глин общим является наличие кремнезёма, гидрослюды, монтмориллонита и кальцита. Для горелых пород общим является наличие активного глинозёма в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или в виде активных компонентов: глинозёма, кремнезёма и железистых соединений. В отличие от зол и шлаков горелые породы почти не содержат стекловидных компонентов и характеризуются высокой сорбцион-ной способностью.

Рентгенофазовый состав исследуемых компонентов проводился на диф-рактометре ДРОН-6 с использованием СоКа-излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град./мин. На рис. 3 представлена рентгенограмма отходов горючих сланцев.

На дифрактометре порошка межсланцевой глины отмечаются характерные интенсивные линии кальцита (б/п = 0.190; 0.304 и 0.350 нм), присутствие линии 0.227 обусловлено гематитом, линий 0.181; 0.212; 0.223; 0.244; 0.334 и 0.335 кварцем, линий 0.198; 0.218 и

Глинистые минералы в межсланцевой глине в основном представлены монтмориллонитом с примесью гидрослюды, поэтому она вполне может заменить монтмориллонитовую глину при производстве пористого заполнителя, например керамзита.

На дифрактометре порошка горелой породы отмечаются характерные интенсивные линии магнетита (Ь/п = = 0.171; 0.243 и 0.436 нм), присутствие

Рис. 5.

Рентгенограммы образцов из оптимального состава, обожженных при различных температурах, °С: 1 - 950; 2 - 1000; 3 - 1050.

Таблица 2 Физико-механические показатели кирпича при различных температурах обжига

Показатель Температура обжига, °С

950 1000 1050

Плотность, кг/м2 1290 1340 1480 Морозостойкость, циклы 42 82 98 Прочность

\на сжатие, МПа 15 18 21 )

0.238 гидрослюдой, линий 0.260; 0.282; 0.308 и 1.420 монтмориллонитом, а линий 0.320 и 0.387 полевым шпатом.

линий 0.184; 0.258 и 0.269 обусловлено гематитом, линий 0.197; 0.227; 0.230; 0.280 и 0.335 кварцем, линий 0.202; 0.225; 0.260; 0.302 и 0.436 гидрослюдой без конституционной воды, линий 0.211; 0.218; 0.298 и 0.405 волластони-том, а линий 0.313; 0.362 и 0.67 полевым шпатом.

В горелых породах присутствуют характерные минеральные новообразования: волластонит, гидрослюда без конституционной воды, которая уже не обладает свойствами глины (пластичностью), оксиды железа из-за недостаточного доступа кислорода при горении пород восстанавливаются до магнетита.

Для получения керамического кирпича использовался оптимальный состав, мас. %: межсланцевая глина - 60; горелые породы - 40. Производство кирпича осуществлялось по следующей технологии, представленной на рис. 45.

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком

Пoхожие научные работыпо теме «Энергетика»