Магистрант Нахимбеков М. А., к.т.н. Даулетияров М.С.

д.х.н. проф. Назарбекова С.П., к.т.н., проф РАЕ Колесников А.С.,

докторант phD Назарбек У.Б.

РГП на ПХВ «Южно-Казахстанский государственный университет

им. М. Ауэзова», г.Шымкент, Казахстан

Физико-химические исследования отходов угледобычи г. Ленгер с целью использования их как компонента сырьевой шихты в цементном производстве

Цементная промышленность стран Западной Европы, Японии и Северной Америки замещает до 60% основного топлива – газа, угля или мазута – на так называемое вторичное или альтернативное топливо, а именно на всевозможные отходы. Основная часть отходов сжигается в печи, при этом некоторые материалы примешиваются непосредственно к готовому продукту – цементу. Такая экологически чистая утилизация отходов дает огромный положительный эффект как для экономических показателей производства цемента. Важно отметить, что использование отходов в виде топлива и добавок не оказывает отрицательного влияния на качественные характеристики цемента и его потребительские свойства [1-3].

На территории ЮКО (г. Ленгер) в период добычи угля шахтным способом на поверхность было извлечено ≈ 6 млн. т отходов, которые в настоящее время хранятся на открытом воздухе в виде 7 терриконов. Под которыми занято 25 га. пахотных плодородных земель. Терриконы подвержены водной и ветровой эрозии и поэтому служит источником загрязнения окружающей среды, зона вредного влияния значительно больше площади самого террикона и распространяется она на многие сотни метров вокруг. Имея в виду это, а также то, что отходы добычи Ленгерского угля содержат С, SiO2, Al2O3, Fe2O3 актуальным является создание инновационной технологии комплексной их переработки следуя современному принципу единого технологического сырья [4].

Много было проведено исследований и выпущено статей по использованию углеотходов Ленгерского месторождения для различных отраслей Казахстана.

В статье [5], группой ученых было установлено, что основными компонентами отходов бурых углей Ленгерского месторождения являются минеральные и органические вещества. Минеральная часть представлена составными компонентами кремнистых, алюминатных и кальцевых соединений. Органическая часть отходов бурых углей представлена функциональными группами органических веществ в комплексе с металлоорганическими веществами.

Элементный состав и микроструктура отходов угледобычи Ленгерского месторождения изучали с использованием растрового электронного микроскопа. Поверхности исследуемых образцов изучались в различных спектрах при 40 кратном увеличении.

В таблице 1 и на рисунке 1 приведены элементный состав отходов угледобычи (спектр 1) Ленгерского местораждения с микрофотографией поверхности и дифракционными пиками элементов.

Таблица 1. Элементный состав отходов угледобычи (спектр 1) Ленгерского месторождения.

Элемент	Весовой %	Оксиды	Элементный состав пересчитанный на оксиды, %
O	55.17	-
Na	0.23	Na2O	0,31
Mg	0.36	MgO	0,59
Al	10.60	Al2O3	20,03
Si	21.11	SiO2	45,15
S	3.34	SO3	8,35
K	1.31	K2O	1,58
Ca	1.85	CaO	2,59
Ti	0.67	TiO	1,12
Fe	5.39	Fe2O3	7,41

Рисунок 1 - Микроснимок отходов угледобычи (спектр 1) Ленгерского месторождения

Как следует из данных таблицы 1 и рисунка 1, элементный состав спектра 1 отходов углебодычи Ленгерского месторождения характеризуется значительными включениями кремния, аллюминия, железа и кальция. Анализ микроструктуры исследуемой пробы свидетельствует о наличии алюмосиликатных минералов с включениями оксидов калия в виде полевошпатовых соединений. В микроструктуре пробы эти минералы представлены расплывчатыми неправильной формы кучными скоплениями кристаллов. Неправильные шестигранные единичные минералы свидетельствуют о наличии алюминатов кальция. Темные скопления вокруг алюминатных минералов мелкокристталической структуры характерны для соединений ферритов кальция и кремния. В общей структуре исследуемого спектра 1 наличие кварцевых минералов подтверждается мелкими цепочечными скоплениями.

Рентгено-фазовый анализ отходов угледобычи проводили на приборе ДРОН-3, а расшифровку рентгенограмм производили по картотеке ASТM и рентгенометрическому определителю Михеева (рис. 3).

Анализ рентгенограммы показывает, что структура исследуемой пробы аморфна и основными соединениями, являются С, SiO2, Al2O3, Fe2O3.

1,53

1,69

1,81

7,7

4,24

3,81

3,34

3,06

2,69

2,28

2,02

Рисунок 3 - Рентгеннограмма отходов угледобычи Ленгерского месторождения

Для применения углеотхода Ленгерского месторождения в качестве алюмосодержащего и топливного компонента сырьевой шихты были проведены ряд исследований химического состава сырьевой шихты. Определен химический состав углеотхода Ленегерского месторождения таблица 2.

Проведены исследования по определению углерода в углеотходе методом низкотемпературной потери при прокаливании, которые показали процент содержания углерода С=13-20%. Согласно проведенных расчетов были приготовлены сырьевые смеси с введением углеотхода.

Таблица 2. Химический состав углеотхода Ленгерского месторождения.

Компонент	SiO2	Al2O3	Fe2O3	CaO	MgO	SO3	Na2O	K2O3	P2O5	TiO2	Mp3O4	nnn	прочие	Σ
Углеотход	55,50	10,60	2.01	3,21	0,70	0,79	0,11	2,00	0,06	0,63	0,20	24,08	0,11	100

Таким образом, на основании проведенных расчетов по программе РСС 3 можно сделать следующие выводы:

- расчеты показывают положительные результаты фазообразования в клинкере;

- использование комплексной переработки техногенных отходов угледобычи (г. Ленгер) в условиях АО «Шымкентцемент» способствует уменьшению расхода топлива, содержания глинистых компонентов и повышению эффективности производства строительных материалов, с уменьшением себестоимости цементного клинкера и решению экологических и социальных проблем Южного Казахстана.

Литература

1 Ланберг М., Халиков И. «Выгоды применения альтернативных видов топлива» Журнал «Цемент» -май-июнь 2010г. – С. 78-79.

2 Нахимбеков М.А., Даулетияров М.С., Назарбекова С.П., Колесников А.С., Назарбек У.Б. Исследование возможности использования отходов угледобычи г. Ленгер в качестве алюмосодержащего и топливного компонента сырьевой шихты в АО «Шымкентцемент» / Materiály XII mezinárodní vědecko - praktická konference «AKTUÁLNÍ VĚDECKÉ VYMOŽENOSTI - 2016» Ekologie. 22 - 30 června 2016 roku. Praha С.43-45.

3 Колесников А.С., Аманова Ж.А., Колесникова О.Г. Исследования использования пиритного огарка при получении цементного клинкера. // Сборник материалов XV ММНТК «БУДУЩЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЙ НАУКИ» Нижний Новгород: НГТУ им. Р.Е. Алексеева, 2016. – С. 450.

4 Бишимбаев В. К. и др. Единое технологическое сырье – будущее ресурсосбережения//Труды международной научно-практической конференции «Перспективные направления альтернативной энергетики и энергосберегающие технологии». – 2010.Т №2. С.212-214.

5 Назарбек У.Б., Бестереков У., Бейсенбаев О. К., Тлеуова С. Т., Назарбекова С. П. «Исследование техногенных отходов в качестве добавок в комплексное удобрение и переработки в гуминовые кислоты» // Вестник КазНТУ №5. 2015. С431-436.