К

К. ф.- м. н. КАЙРАКБАЕВ А.К., д.т.н. АБДРАХИМОВ В.З.

Казахско-Русский Международный университет г. Актобе, Казахстан

ИССЛЕДОВАНИЕ ГОРЕЛЫХ ПОРОД

В различных отраслях промышленности ежедневно накапливается огромное количество отходов. На их нейтрализацию и хранение затрачивается до 10% стоимости производимой продукции. К сожалению, все это неизменно приводит к ухудшению экологической обстановки и снижению качества жизни населения. В связи с варварской эксплуатацией природы, природных ресурсов и накоплением промышленных отходов очень серьезно нарушается экологическое равновесие. Неуклонно растет число людей, страдающих заболеваниями генетического уровня. Вместе с тем, из отходов или комбинациями с природным сырьем могут быть изготовлены практически все основные строительные материалы. Поэтому к добыче сырьевых материалов необходимо подходить комплексно.

Образуются горелые породы в местах добычи сланцев. Сланец, который не удалось в процессе добычи отделить от пустой породы, направляется в отвал. В терриконах при совместном хранении пустых пород и сланцев за счет повышенного количества в смешанных отвальных массах органических соединений происходит самовозгорание, которое приводит к образованию большого количество отхода ─ горелых пород. Горелые породы 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 объема отвала. По основным физическим и химическим свойствам они близки к глинам, обожженным при 800 --1000 °С.

Истинная плотность горелых пород Самарской области составляет 2,4-2,7 г/см³, средняя плотность - 1300-2500 кг/м³. Особенность горелых пород - высокая микропористость как следствие появления микрощелей и достаточно высокая адсорбционная активность.

Химический состав горелых пород, образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев, представлен в таблице 1.

Табл.1. Химический состав горелых пород, образовавшихся после самовозгорания горючих сланцев

SiO₂	Al₂O₃	Fe₂O₃	CaO	SO₃	R₂O	П.п.п.
39-40	12-13	7-8	17-18	6-7	1-2	14-15

Таблица 2 - Поэлементный анализ горелых пород

Al+

27,32

46,94

0,37

0,61

2,65

9,15

2,87

0,76

8,46

1,17

Горелые породы, хотя и является отходами производства, но по химическому составу идентичны алюмосиликатному природному сырью для производства стеновых керамических материалов, что позволяет использовать их в производстве легковесного кирпича как основного компонента шихты. Горелые породы, в отличие от глинистых компонентов, не обладают пластичностью и связующей способностью, поэтому керамические материалы на их основе требуют использование пластических компонентов.

Повышенные содержания в горелых породах:

1) п.п.п. (потерь при прокаливании) способствует обжигу кирпича изнутри;

2) оксидов железа и кальция спеканию при относительно невысоких температурах (1000-1050 ^оС);

3) оксида алюминия повышению прочности и морозостойкости.

Для анализа размера частиц исследуемого горелых пород был проведен металлографический анализ на микроскопе МИН – 8М при увеличении в 200 раз (рисунок 1).

Преображенская 6 Преображенская 5

Рис.1. Металлографический анализ горелых пород

Как видно из рисунка 1 в образцах много крупных включений (размером более 10-15 мкм). Микроструктура горелых пород представлена на рисунке 2.

Как видно из таблицы 2 горелые породы имеют повышенное содержание углерода. Минералогический состав горелых пород разнообразен, однако общим для них является наличие активного глинозема в виде радикалов дегидратированных глинистых минералов или в виде активных компонентов: глинозема, кремнезема и железистых соединений. В отличие от зол и шлаков горелые породы почти не содержат стекловидных компонентов и характеризуются высокой сорбционной способностью.

Рентгенофазовый состав исследуемой горелой породы проводился на дифрактометре ДРОН – 6 с использованием СоКα- излучения при скорости вращения столика с образцом 1 град/мин. На рисунке 3 представлена рентгенограмма горелой породы.

А Б

Преображенская222 Преображенская 111

В Г

gorel-p_2000 gorel-p_2000_001

Рис.2. Микроструктура горелых пород. Увеличение: А – х400; Б х1500; В и Г х2000. Пробы В и Г - взяты из разных мест

Рис. 3. Рентгенограмма горелой породы

На дифрактограмме порошка горелой породы отмечаются характерные интенсивные линии (d/n = 0,171; 0,243 и 0,436 нм) магнетита, присутствие линии (d/n = 0,184; 0,258 и 0,269 нм) обусловлено гематитом, линии (d/n = 0,197; 0,227; 0,230; 0,280 и 0,335 нм) кварцем, линии (d/n = 0,202; 0,225; 0,260; 0,302 и 0,436 нм) гидрослюдой без конституционной воды, линии (d/n= 0,211; 0,218; 0,298 и 0,405 нм) волластонитом, а линии (d/n = 0,313; 0,362 и 0,67 нм) 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 [1-7].

Литература

1. Пат. 2483042 RU С1 С04В 33/135. Керамическая композиция для изготовления легковесного кирпича / Колпаков А.В., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. заявл. 14.12.2011. Опубл. 27.05.2013 Бюл. №5.

2. Пат. 2440950 RU С1 С04В 33/138. Керамическая масса полусухого прессования для изготовления кирпича / Абдрахимова Е.С., Абдрахимов. заявл. 19.05.2010. Опубл. 27.01.2012. Бюл. №3.

3. Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Рощупкина И.Ю. Процессы горения углерода при обжиге теплоизоляционного материала из отходов горючих сланцев // Кокс и химия. -2012. -11. –С. 35-41.

4. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Процесс горения при обжиге теплоизоляционного керамического материала на основе отходов горючих сланцев // Новые огнеупоры. -2013. -№7. –С. 44-49.

5. Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Отходы горючих сланцев в производстве керамических материалах // Энергия: экономика, техника, технология. -2013. -№8. –С. 49-54.

6. Абдрахимов В.З., Колпаков А.В. К вопросу о фазовом составе керамических материалов на основе межсланцевой глины, отходов горючих сланцев и углеобогащения // Известия вузов. Строительство. -2013. -№6. –С. 30-42.

7. Колпаков А.В. Кайракбаев А.К., Абдрахимов В.З. Исследование влияния горелых пород в производстве теплоизоляционного кирпича на механические свойства методом линейной регрессии // Известия вузов. Строительство. 2014. -№9-10. –С. 22-28.