Способ применения шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием суперпластификатора Melflux 1641F

УДК 87.53.91 + 691.5

Р. Ш. Валеев, И. Г. Шаихиев СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ВОДОПОДГОТОВКИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ СУПЕРПЛАСТИФИКАТОРА MELFLUX 1641F

Ключевые слова: Шлам подготовки химобессоленной воды, строительные материалы, модификация, пластификатор.

Исследована возможность использования шлама водоподготовки в качестве компонента гипсового вяжущего с модификацией пластификатором. Найдено, что добавление пластификатора в количестве 0,1 % в составе гипсового вяжущего способствует достижению прочностных характеристик и требуемых сроков схватывания согласно ГОСТ 125-79.

Keywords: Sludge water treatment, construction materials, modification, plasticizer.

The possibility of using sludge water as a component of gypsum with a modification of the plasticizer was investigated.

We found that the addition of a plasticizer in an amount of 0.5% in the gypsum contributes to the strength characteristics and the required setting time according to GOST 125-79.

Сточные воды, образующиеся в результате эксплуатации объектов промышленности, являются одним из наиболее вредных источников загрязнения окружающей среды.

В общей проблеме очистки воды обработка образующихся шламов представляется наиболее актуальным аспектом.

К отрасли промышленности оперирующей большими объемами шламов очистки воды можно отнести энергетическую промышленность, нефтехимические и нефтеперерабытвающие комплексы в лице ТЭЦ, НПЗ, НХЗ, АЭС, формирующих шламонакопители для

обезвоживания и долгосрочного хранения данных шламов.

Данные шламонакопители являются природоохранными сооружениями, но в тоже время они характеризуются источниками отрицательного воздействия на окружающую среду в виде фильтрации суспензий в почву и грунтовые воды, вторичным выносом пыли и испарением газообразных продуктов с его поверхности, потерями суспензий в процессе перекачки их в шламонакопители, отчуждением и загрязнением значительных земельных участков, трансформацией природного ландшафта [1].

В процессе постоянного складирования шлама в шламонакопителе формируется характерный для такого гидротехнического сооружения безнапорный фильтрационный поток, содержащий находящиеся в шламе водорастворимые соединения. Данный поток оказывает неблагоприятное воздействие как на шламонакопитель, включая его основание, так и на окружающую среду. В частности, это проявляется в уменьшении устойчивости, вследствие обводнения, отдельных элементов шламонакопителя (дамб обвалования), в возможности фильтрационной суффозии (эрозии) этих элементов и, соответственно, в нарушении работы дренажных устройств. Вместе с тем, в случае отсутствии надежного экранирования емкости

шламонакопителя, фильтрационный поток частично

перетекает в основание, где он смыкается с транзитным потоком подземных вод на прилегающей территории, вследствие чего происходит гидрохимическое загрязнение подземных вод [2].

Образующиеся на объектах химической подготовки воды нефтеперерабатывающих,

нефтехимических заводов, теплоэнергетических централей шламы, химический состав которых представлен на рис. 1, на стадии осветления воды, как продукт, полученный химическим осаждением посредством коагулирования и известкования исходной воды, обладает рядом физико-химических свойств: поверхностной активностью, определенным

потенциалом ионизации, высокой степенью

дисперсности и т. д.

Н20 SiO2 TO2 AI2O3 Pb2O3 MnO CaO MgO Na2O K2O P2O5 SO3- п.п.п

общ. 1000°

Химические элементы

Рис. 1 - Химический состав шлама водоподготовки

Особенностью большинства шламовых систем является тот факт, что адсорбционно-связанная вода, присутствующая в шламах, за счет обеспечения подвижности интенсифицирует процессы образования контактов между частицами и их площадь.

Ранее выполненные исследования [1,2] показали возможность рекуперации шлама водоподготовки в составе строительных материалов, в частности как компонента гипсовых вяжущих, а также эффективность совместного применения шламов с химическими добавками модификаторами свойств вяжущих [3], что определило дальнейшие пути исследования в части поиска путей эффективности применения шламов водоподготовки в составе строительных материалов. К тому же, несмотря на

всестороннюю изученность вопросов технологии рекуперации шламов подготовки воды, стоит отметить, что фактическая ситуация по росту объемов складируемых шламов в результате подготовки воды на шламонакопителях промышленных предприятий РФ удручающая и говорит об актуальности поиска новых возможных путей утилизации шламов.

Таким образом, с целью модификации физико-технических свойств полученного [2,3] композиционного гипсового вяжущего (далее КГВ) при утилизации шлама водоподготовки проведено дополнительное изучение возможности применения шлама водоподготовки как наполнителя вяжущего в присутствии химической добавки

суперпластификатора Melflux 1641F.

Суперпластификатор Melflux 1641F (производитель BASF Constraction Polymers, Trostberg, Германия) - порошковый продукт,

полученный методом распылительной сушки на основе модифицированного полиэфиркарбоксилата. Melflux 1641F является высокоэффективным диспергатором, снижает усадку, сохраняет эффективность в широком диапазоне температур. Физико-технические характеристики добавки приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-технические

характеристики добавки Melflux 1641F

Тип Melflux 1641F

Химическая основа поликарбоксилат

Форма порошок

Цвет желтоватый

Насыпная плотность, г/дм3 400-600

Летучие (потери при нагревании), мас. % макс. 2,0

рН 20% раствора при 20°С 6,5-8,5

Рекомендуемая дозировка (мас. % на вес вяжущего) 0,05-1,5

Рекомендуемое вяжущее ПЦ

Упаковка мешки 15 кг

Срок хранения, не менее 1 год

Суперпластификатор Melflux 164 № в твердофазном состоянии вводили в состав композиции, содержащей ранее установленное оптимальное количество шлама (14,7%) при тонкости помола 14,5% по остатку на сите №008 [1]. Добавку суперпластификатора вводили в количестве 0,05-0,5% от массы КГВ, полученные зависимости представлены на рис. 2-3. Как видно из кривых (рис. 2) введение добавки Melflux 164 № снижает водопотребность гипсового вяжущего. Так, введение до 0,5% добавки от массы вяжущего позволяет снизить водопотребность с 58% (контрольный состав без добавки) до 51%. Одновременно с уменьшением нормальной густоты гипса, у образцов КГВ модифицированных добавкой Melflux 164 № наблюдается замедление сроков схватывания гипсового теста (рис. 2).

0 0,05 0,1 0,5

Количество добавки Melflux 1641F,%

Рис. 2 - Влияние добавки МеШих 1641Е на физикотехнические свойства КГВ:  - нормальная густота, ♦ - начало схватывания гипсового теста

Так, введение добавки позволяет замедлить схватывание гипсового теста с 36 мин (контрольный состав КГВ без добавки) до 58 мин при введении до 0,5% добавки суперпластификтора.

Прочность гипсового камня при введении добавки в количестве до 0,1% повышается на 33% относительно контрольного состава (рис. 3).

Количество добавки Melflux 164^,%

Рис. 3 - Влияние добавки МеШих 1641Е на физикотехнические свойства КГВ:  - прочность при сжатии, ♦ - коэффициент размягчения

Дальнейшее увеличение степени наполнения КГВ добавкой до 0,5% позволяет сохранить прочность гипсового камня на уровне контрольных значений. Водостойкость гипсового камня при введении добавки повышается с 0,3 (контрольный состав без добавки) до

0,38 при введении до 0,5% суперпластификатора, что может быть вызвано повышением плотности гипсового камня и доли закрытой пористости в общей структуре пористости композиционного камня.

Таким образом, проделанной анализ исследований позволил сделать следующие выводы:

- использование исследуемого шлама водоподготовки в составе гипсового вяжущего совместно с химической добавкой

суперпластификатора Melflux 1641Б позволяет снизить водопотребность гипсового вяжущего и замедлить сроки схватывания композиционного гипсового теста, а также повысить прочность и водостойкость гипсового камня;

- наиболее приемлемой пропорцией добавки, при котором наблюдаются наибольшие показатели прочности и сохраняются оптимальные сроки схватывания составляет 0,1% МеШих 1641Б и 14,5% шлама водоподготовки, от массы КГВ.

Разработанный способ получения композиционного гипсового вяжущего

модифицированного суперпластификатором МеШих 1641Б вполне может служить одним из основных вариантов решения насущной экологической задачи по применению скопившихся в шламонакопителях РФ шламов водоподготовки установок химводоподготовки.

Дополнительный экономический эффект применения данного способа использования шламов водоподготовки позволяет добиться снижения себестоимости и энергоемкости производства гипсового вяжущего, исключить экологические

платежи для промышленных предприятий у которых размещен на долгосрочное хранение данный шлам. Литература

1. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3/ Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казан. технол. ун-та. -2011. - Т. 14, № 13. - С. 41-45.

2. Валеев Р.Ш. Оптимизация состава и свойств композиционного гипсового вяжущего, модифицированного карбонатсодержащей добавкой / Морева И.В., Медяник В.В., Соколова Ю.А., Валеев Р.Ш.// Сб. научн. трудов ЦРО РААСН, вып.3.-М.:2004.-С .18-23.

3. Валеев Р.Ш. Утилизация шламовых отходов теплоэнергетических централей при производстве строительных материалов / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экология и промышленность России. - 2010. - № 2. - С. 2829.

© Р. Ш. Валеев - зам. гл. инж. НПЗ по производству очистки промышленных сточных вод, энергоснабжению, водоснабжению и канализации ОАО «ТАНЕКО», соиск. каф. инженерной экологии КНИТУ; И. Г. Шайхиев - д-р техн. наук, зав. каф. инженерной экологии КНИУ, ildars@inbox.ru.