Вскрышные породы угледобычи - перспективное сырье для производства строительных материалов

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ, ХИМИЧЕСКАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ CHEMICAL TECHNOLOGY, CHEMICAL INDUSTRY

УДК 666.3+691

ВСКРЫШНЫЕ ПОРОДЫ УГЛЕДОБЫЧИ - ПЕРСПЕКТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Кара-сал Б.К., Чюдюк С.А.

Тувинский государственный университет, г. Кызыл

OVERBARDEN OF COAL MINING - A PROMISING RAW MATERIAL FOR THE PRODUCTION OF BUILDING MATERIALS

Kara-sal B.K., Chyudyuk S.A.

Tuvan State University, Kyzyl

Выявлено, что по химико-минералогическим составам и физико-механическим характеристикам местные вскрышные породы угледобычи являются сырьем для производства строительных материалов. Показана возможность получения бетона высокой прочности, керамического кирпича и пористого заполнителя из отходов угледобычи, а также их применение в качестве минеральной добавки для минеральных вяжущих.

Ключевые слова: вскрышные породы, отходы угледобычи, минеральный и химический составы, свойства, тяжелый бетон, керамический стеновой материал, пористый заполнитель, минеральная добавка.

The article describes that it was revealed that, by chemical-mineralogical compositions and physical-mechanical characteristics, the overburden of coal mining is a raw material for the production of building materials. The article presents the possibility of obtaining concrete of high-level strength, ceramic brick and porous aggregate based on coal mining wastes as well as their use as a mineral additive for mineral viscous ones.

Key words: overburden, coal mining waste, mineral and chemical compositions, properties, heavy concrete, ceramic wall material, porous aggregate, mineral additive.

При добыче каменного угля открытым способом, сначала разрабатывают и удаляют в огромном количестве пустые горные породы, которые лежат над угольным пластом. Толщина вскрышных пород достигает до 40 м, поэтому их удаляют послойно путем взрыва и последующей разработкой. Затраты угольных предприятий на разработку, транспортировку и хранение вскрышных пород в отвалах достигает до 4060 % от себестоимости добычи каменного угля.

На территории Республики Тыва открытым способом разрабатывают три месторождения каменного угля: Каа-Хемское, Чаданское и Усть-Элегестинское. При этом объемы вскрышных пород направленных в отвалы превышают более 5 млн.т. в год. Отвалы вскрышных пустых пород занимают большие территории, как искусственные горные массивы, загрязняя окружающую среду.

Для снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду от последующей добычи каменного угля необходима утилизация ее отходов, что является актуальной проблемой для регионов, где добывают каменный уголь. Практика показывает, что перспективным потребителем вскрышных пород угледобычи является промышленность строительных материалов, так как по своим химико-минералогическим составам отходы угледобычи пригодны как сырьевые материалы для производства различных строительных материалов [1-3].

В лаборатории строительных материалов Тувинского государственного университета выполнены исследования по возможности применения местных вскрышных пород для производства строительных материалов.

Изучение вскрышных сопутствующих пород угледобычи показало, что они представлены различными породами осадочного и метаморфического происхождения, которые подвергнуты уплотнению и термической обработке.

Вскрышные породы Каа-Хемского угольного бассейна содержат серые песчаники и гнейсы слоистой структуры. Сопутствующие породы Чаданского угольного участка отличаются наличием красно-коричневых глиежей и серыми песчаниками. Пустые попутные породы Усть-Элегестинского месторождения представлены серыми глинистыми аргиллитами и песчаниками.

По размеру частиц вскрышные породу углеобогащения, полученные взрывным способом, делятся на щебень (5-40 мм), валуны (100-300 мм) и блоки (более 500 мм). Основная масса вскрышных пород представлена щебнем (10-20%) и валунами (40-50%).

Химический состав вскрышных пород характерен для алюмосиликатного сырья, где преобладают оксиды кремния и алюминия. Как видно из таблицы 1, песчаники Каа-Хемского угольного разреза отличаются повышенным содержанием щелочеземельных оксидов (СаО и MgO) при умеренном содержании железистых соединений.

В глиежах Чаданского участка наблюдается максимальное содержание оксида кремния и высокой концентрации железистых соединений. При этом доля СаО и MgO минимальное. Из-за предварительной термической обработки глиежи имеют наименьшие потери при прокалывании.

В Усть-Элегестинских аргиллитах при оптимальном содержании SiO2 и Al2Oз и высоком содержании железистых элементов (более 7%), в значительном количестве присутствуют щелочные оксиды (^ и Na2O более 4%), что очень важно при получении керамических изделий. Большие потери при прокалывании (более 6%) связано с удалением химически связанной воды из глинистых аргиллитов.

Минералогические составы вскрышных пород, определенные рентгено-фазовым и дифференциально-термическим анализами, а также оптической микроскопией содержат традиционные породообразующие минералы силикатного сырья. Выявлено, что в песчаниках Каа-Хемского угольного разреза наряду с кварцем и альбитом присутствуют кальцит и биотит (табл.2). В глиежах Чаданского участка в значительном количестве (70-74%) присутствует кварц, анортит (18-20%), гетит (810%), а также кальцит. В глинистых аргилиттах Усть-Элегестинского угольного

разреза, кроме кварца, ортоклаза, установлено наличие монтмороллонита (14-18%) и вулканического стекла (6-8%).

Таблица 1

_Химический состав вскрышных пород углеобогащения_

Наименование Содержание оксидов, масс.

SiO2 Fe2Oз CaO MgO Na2O п.п.п

Песчаники Каа- 68,46 11,73 4,65 2,50 2,48 2,01 0,93 1,74

Хемского угольного

разреза

Глиежи Чаданского 73,70 10,50 8,87 1,28 1,07 2,08 0,46 0,32

участка

Глинистые аргиллиты 63,52 12,51 7,71 1,76 2,17 2,72 1,61 6,81

Усть-Элегестинского

угольного разреза

По огнеупорности песчаники и глиежи относятся к группе тугоплавных, а глинистые аргиллиты к легкоплавким породам.

Таблица 2

_Минералогический состав вскрышных пород углеобогащения_

Наименование пород Минералы

Песчаники Кварц, альбит, кальцит, биотит

Глиежи Кварц, анортит, гетит, кальцит

Глинистые аргиллиты Кварц, ортоклаз, гетит, монтмориллонит, вулканическое стекло.

Изучение физико-механических характеристик вскрышных пород показало, что объемная насыпная масса песчаной фракции (0,14-3,0 мм) равна: песчаника -1640 кг/м3; глиежей - 1610 кг/м3; глинистых аргиллитов - 1580 кг/м3. Водопоглощение песчаника, глиежей, глинистых аргиллитов - 4,1; 7,2 и 4,7% соответственно. Предел прочности при сжатии равен: песчаника - 51,4; глиежей - 44,5; глинистых аргиллитов - 36,1 МПа.

Анализ химического, минералогического и гранулометрического составов, а также физико-механических характеристик вскрышных пород углеобогащения показывает, что они являются сырьевыми материалами различных видов строительных материалов.

В результате проведенных исследований выявлено, что песчаники Каа-Хемского угольного разреза, которые имеют самые большие объемы в отвалах, могут быть перспективным сырьем в качестве заполнителя для изготовления тяжелого и легкого бетона. Валуны и щебеночные частицы песчаника в результате действия природных осадков (дождевые и талые воды) становятся чистыми, чем искусственные заполнители (отсев и щебень) производимые дорожниками, которые отличаются повышенным содержанием глинистых и пылеватых частиц. Последние попадая в бетонную смесь, снижают сцепление цементного камня с заполнителями.

Полученные взрывным способом валуны и щебень песчаника имеют более развитую поверхность (повышенная шероховатость) и микротрещины в структуре, что обеспечивает прочное сцепление цементного камня с заполнителем при твердении.

На основе двух фракций (20-40 и 5-10 мм) щебня песчаника, где соотношение между мелкими и крупными заполнителями 1:4, а также песчаных частиц (0,14-2,5 мм) песчаника приготовлена бетонная смесь с осадкой конуса 6 см (цемент марки М400), которая после тщательного уплотнения и тепловлажностной обработки (режим 2:6:2 :4), после месячного твердения имела прочность при сжатии 42-47 МПа, что на 30-35 % больше, чем прочность бетона цеха железобетонных изделий ООО «Восток».

Результаты работы по получению пенобетона неавтоклавного твердения на основе 60 % измельченного песчаника (частицы менее 0,63 мм) и 40 % цемента, а также традиционного пенообразователя (ПБ-2000) при водотвердом отношении 0,50, показали возможность получения легкого стенового материала со средней плотностью 720-800 кг/м3, предел прочности при сжатии 4,8-6,2 МПа и теплопроводностью 0,38 Вт/(м °С). Пенобетон из вскрышных пород менее теплопроводен, чем шлакобетон и керамзитобетон из-заналичии в структуре равномерно распределенных пор примерно одинаковым диаметром (0,5-2 мм). Прочность полученного легкого бетона вполне достаточна для восприятия вертикальной нагрузки одноэтажных зданий. Организация производства легкого пенобетона неавтоклавного твердения решит проблему дефицита местных стеновых материалов.

Аргиллиты Усть-Элегестинского угольного разреза из-за наличии глинистых минералов после тонкого измельчения являются потенциальным сырьем для производства керамических изделий пористого и плотного черепка. При увлажнении тонкоизмельченные глинистые аргиллиты переходят пластическую массу с формовочной влажностью 20%, воздушной усадкой 3,4%, связующей способностью (предел прочности при сжатии сырца) 2,1 МПа. Обожженные при 950°С изделия (образцы-цилиндрики диаметром и высотой 50 мм) характеризуются следующими физико-механическими свойствами: средняя плотность - 1760 кг/м3; огневая усадка -6,2%; водопоглощение - 16,4%; предел прочности при сжатии - 21,5 МПа; морозостойкость более - 25 циклов. Структура керамического материала отличается наличием закрытых пор диаметром 100-250 мкм, что связано с выгоранием органических составляющих присутствующих в исходном сырье. С применением пластического способа формования, на основе измельченных аргиллитов -вскрышных пород углеобогащения, возможно получение керамических стеновых материалов марки М100; М125.

Наряду с получением стеновых материалов еще одним направлением применения вскрышных пород углеобогащения является получение теплоизоляционных материалов, производство которых отсутствует в Республике Тыва.

На основе глинистых аргиллитов (70-75%) и соды (15-20%) получены пористые круглые гранулы диаметром от 1 до 4 см. В результате помола глинистых аргиллитов до удельной поверхности не менее 6000 см2/г и смешивания с

газообразователем (измельченный местный известняк в количестве 5-6%) получена пенообразующая смесь, окатанная на тарельчатом грануляторе с целью изготовления гранулированного материала. Осуществление процесса вспенивания гранулированной шихты в электрической печи при температуре 900°С позволило получить пеностекло - кристаллический материал с плотностью 280-320 кг/м3, водопоглощением 8-10%, прочностью при сжатии в цилиндре 0,8-1,0 МПа и треплопроводностью 0,10-0,12 Вт/(м*°С). В результате использования получен пористый гранулированный материал не только для утепления покрытий здания, но и заполнитель для производства легких бетонов.

Другим направлением использования попутных продуктов углеобогащения может стать применение их в качестве компонента комплексного вяжущего, что установлено на примере глиежей (горелые породы) Чаданского участка угольного бассейна. Введение до 30% тонкоизмельченной термообработанной породы в состав цементного вяжущего не вызывает существенного снижении прочности цементного камня при сжатии (уменьшение прочности с 47,2 МПа до 41,4 МПа при добавки 30% глиежей). Выявлено, что при введении 10% горелой породы наблюдается повышение прочности при сжатии цементного камня до 49,1 МПа. Возможно, придобавки 10% тонкоизмельченной термообработанной породы изменяются процессы гидратации в результате взаимодействия компонентов глиежей и гидрооксида кальция, а также соотношение гидратных фаз, что приводит к повышению прочности цементного камня. Следует отметить, что с увеличением содержания добавки повышается плотность цементного камня и стойкость к сульфатной коррозии.

Таким образом, показана возможность получения стеновых и теплоизоляционных материалов, а также смешанного вяжущего на основе вскрышных пород углеобогащения, что позволяет их рассматривать как сырье для производства местных строительных материалов. Реализация предложенных разработок может обеспечить значительный экономический и экологический эффект в производстве местных строительных материалов.

Библиографический список

1. Столбоушкин А.Ю. Отходы углеобогащения как сырьевая и энергетическая база заводов керамических стеновых материалов // Строительные материалы. - 2011. - №4. - С.43-46.

2. Котляр В.Д. Новые виды минерального сырья на юге России // Изв. вузов. Сев.-Кав. регион. Естественные науки. - 1995. - №2. - С.50-53.

3. Вакалова Т.В., Погребенков В.М. Рациональное использование природного и техногенного сырья в керамических технологиях // Строительные материалы. - 2007. - №4. -С.58-61.

Bibliograficheskij spisok

1. StolboushkinA.Yu. Otkhody ugleobogascheniya kak syrevaya i energeticheskaya baza zavodov keramicheskikh stenovykh materialov // Stroitelnye materialy. - 2011. - 4. - S.43-46.

2. Kotlyar V.D. Novye vidy mineralnogo syrya na yuge Rossii// Izv. vuzov. Sev.-Kav. region.Estestvennye nauki. - 1995. - 2. - S.50-53.

3. Vakalova T.V., Pogrebenkov V.M. Ratsionalnoe ispolzovanie prirodnogo i tekhnogennogo syrya v keramicheskikh tekhnologiyakh // Stroitelnye materialy. - 2007. - 4. - S.58-61.

Кара-сал Борис Комбуй-оолович - доктор технических наук, профессор кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета, г. Кызыл, E-mail: cara-sal.bor@yande.ru.

Чюдюк Сергей Алексеевич - аспирант кафедры «Промышленное и гражданское строительство» Тувинского государственного университета.

Kara-sal Boris - Doctor of Technical Sciences, Professor of «Industrial and civil construction» Department of the Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: cara-sal.bor@yande.ru.

Chyudyuk Sergey-graduate of «Industrial and civil construction» Department of the Tuvan State University, Kyzyl, E-mail: chyudyuk@yandex.ru

УДК 665.64

ОЦЕНКА РАСХОДОВ ДЛЯ ОЧИСТКИ НЕФТИ

Конгар-оол В.В., Кайзер Ю.Ф.

Тувинский государственный университет, г. Кызыл

Сибирский федеральный университет, г. Красноярск

ESTIMATION OF EXPENSES FOR OIL REFINING

Kongar-ool V.V., Kaiser U.F.

Tuvan state university, Kyzyl Siberian Federal University, Krasnoyarsk

В статье рассматривается множество факторов, влияющих на затраты на очистку, с целью более точной оценки затрат на очистку за единицу. Факторы, влияющие на стоимость очистки, являются сложными и взаимосвязанными. Каждый разлив включает в себя уникальный набор обстоятельств, которые определяют стоимость очистки. Оценка универсальных затрат на очистку на единицу объема практически бессмысленна без учета таких факторов, как местоположение и тип нефти, которые могут существенно повлиять на затраты.

Ключевые слова: фактор; разлив нефти; затраты; очистка.

The article discusses a variety of factors that affect the costs of cleaning, in order to more accurately estimate the cost of cleaning per unit. The factors influencing the cost of cleaning are complex and interconnected. Each spill includes a inuque set of circumstances that determine the cost of cleaning.

Key words: factor, oil spill; costs; cleaning.

Затраты, связанные с очисткой разлива нефти, сильно зависят от обстоятельств, связанных с разливом, включая: разлитый тип продукта; местоположение и время разлива; уязвимые районы, затронутые или находящиеся под угрозой; ограничения ответственности; местных и национальных законов; стратегии очистки. Важнейшими факторами, определяющими стоимость единицы (на тонну) на единицу, являются местоположение и тип масла и, возможно, общее количество разливов. Большинство экспертов согласны с тем, что наиболее важным фактором, определяющим затраты на очистку является местоположение. Сама по