Комплексне в`яжуче з використанням відходів вуглевидобутку

Комплексне в'яжуче з використанням відходів вуглевидобутку, що містить портландцементний клінкер, гіпс та гідравлічно активну добавку у вигляді горілої породи, яке відрізняється тим, що співвідношення компонентів наступне, мас. %: горіла порода 10-30; гіпс 3-5; портландцементний клінкер - решта. (19) (21) u201008552 (22) 08.07.2010 (24) 10.01.2011 (46) 10.01.2011, Бюл.№ 1, 2011 р. (72) ХОБОТОВА ЕЛІНА БОРИСІВНА, ТОЛМАЧОВ СЕРГІЙ МИКОЛАЙОВИЧ, УХАНЬОВА МАРИНА ІВАНІВНА, ГРЕК АНДРІЙ ОЛЕКСАНДРОВИЧ (73) ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ АВТОМОБІЛЬНО-ДОРОЖНІЙ УНІВЕРСИТЕТ, ХОБОТОВА ЕЛІНА БОРИСІВНА, ТОЛМАЧОВ СЕРГІЙ МИКО 3 льфату натрію при наступному вмісті компонентів, мас. %: пластифікатор форміатноспиртовий 0,30,8; гіпс двоводний 1,0-2,5; горіла порода 8,0-16,0; твердий продукт сульфатних вод виробництва синтетичних жирних кислот на основі сульфату натрію 3,0-5,0; портландцементний клінкер - інше. Недоліком складу в'яжучого є незначний вміст горілої породи, внаслідок чого багатотоннажні горілі породи вугільних териконів залишаються не утилізованими, тобто, не вирішується проблема антропогенного навантаження на навколишнє середовище. Крім того, до складу в'яжучого входить твердий продукт сульфатних вод виробництва синтетичних жирних кислот на основі сульфату натрію, що приводить до збільшення собівартості в'яжучого. В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення рівня утилізації відходів вуглевидобутку у вигляді горілих порід вугільних териконів за рахунок вдосконалення складу в'яжучого на основі горілої породи. Поставлена задача вирішується тим, що комплексне в'яжуче з використанням відходів вуглевидобутку, що містить портландцементний клінкер, гіпс та гідравлічно активну добавку у вигляді горілої породи, згідно до корисної моделі характеризується наступним співвідношенням компонентів, мас. %: горіла порода 10-30; гіпс 3-5; портландцементний клінкер - інше. Спосіб виготовлення комплексного в'яжучого з використанням відходів вуглевидобутку полягає у тому, що віддозований клінкер, гіпс та висушена і подрібнена у дробарці горіла порода надходять в цех помелу клінкеру для приготування комплексного в'яжучого. Подрібнення всіх складових комплексного в'яжучого проводять сумісно до тоніни 3000-3500см2/г питомої поверхні. Обґрунтування складу комплексного в'яжучого з використанням відходів вуглевидобутку потребує проведення спеціальних досліджень щодо визначення радіоактивності горілої породи, хімікомінералогічного складу і гідравлічних властивостей та ілюструється наступними прикладами. Приклад 1. Стосується забезпечення радіаційної безпеки горілої породи вугільних териконів. Гамма-спектрометричним методом визначалася (C eф. ) величина ефективної питомої активності , яка дорівнює зваженій сумі питомої активності радію-226, торію-232 і калію-40 (НРБУ-97): Ceф. СRa 131 Th 0,085CK , Бк / кг, , C , де 1,31 і 0,085 - зважені коефіцієнти відповідно для торію-232 і калію-40 по відношенню до радію226. Ceф. Згідно величині представницька проба горілої породи (251 Бк/кг), як і її окремі фракції (240-305 Бк/кг), відноситься до І класу радіаційної C небезпеки будівельних матеріалів, для якого eф. не повинна перевищувати величину 370 Бк/кг. Подібні матеріали можуть використовуватися в будівництві без обмеження. Приклад 2. Стосується визначення мінералогічного складу горілої терриконної породи шахти 56391 4 "Ольховатська". Мінералогічний склад горілої породи визначався за допомогою рентгенофазового аналізу для зразків трьох фракцій: > 20мм і < 0,63мм, що характеризуються найнижчої та найвищою питомою радіоактивністю відповідно, та 2,5-5мм, для якої характерна середня радіоактивність. Рентгенофазовим аналізом виявлено наступні мінерали у складі горілої породи : кварц SiO2 (33,7-46,5%), брушит СаНРО4·2Н2О (0,55-10,3%), гематит Fe2O3 (2,96-7,79%), альбіт 0,5Na2O·0,5Al2O3·3SiO2 (2,3-8,8%) та іліт 0,5K2O·2Al2O3·2SiO2·1,5H2O (39,4-51,1%). Основними мінеральними компонентами зразків горілої породи являються кварц і гідроксоалюмосилікат калію, вміст яких вищий в крупних фракціях, ніж в дрібній. Незначна кількість гідрофосфату кальцію і алюмосилікату натрію міститься переважно в дрібній фракції, при цьому остання фаза відсутня в крупній фракції. Позитивною рисою при оцінці горілих порід з позиції їх використання як компоненту в'яжучого є відсутність невипаленого вугілля і колчеданів. Приклад 3. Стосується визначення показників гідравлічної активності фракцій горілої породи. Гідравлічну активність горілої породи можна охарактеризувати розрахунковим методом за допомогою модулів активності (Ма), силікатного модуля (Мc) і глинітно-залізистого модуля (Мг.з.): Ma ( Al2O3 ) : (SiO2 ) , Mc (SiO2 ) : ( Al2O3 ) , Mг.з. ( Al2O3 Fe 2O3 ) : (SiO2 ) . Ma Mc Mг.з. Результати розрахунків , і . за сумарним вмістом оксидів у кристалічних фазах M фракцій наведено в табл. 1. Розрахувати o не виявилося можливим, оскільки до складу горілої породи не входять оксиди СаО і MgO. Чим більше модуль активності і менше силікатний модуль, тим вище хімічна активність і сильніше виражені гідравлічні властивості порід. В середньому величина силікатного модуля вкладається в границю до 2,4 для кислих прихованоактивних порід. Класифікація зразків за активністю як залізистих горілих порід показує, що всі три фракції горілої породи відносяться до високоактивних Mг.з. 0,45) . Таким чином, внаслідок незначної відмінності зразків породи різних фракцій за хімічним складом і гідравлічними властивостями розділення її на окремі гранулометричні фракції не є доцільним. Приклад 4. Стосується визначення гідравлічної активності горілої породи експериментальними методами. Значення вмісту активних оксидів SiO2, АІ2О3 і Fe2O3 в породах знаходиться відповідно до фіксації вапна з водного розчину. Подрібнену навіску середньої проби горілої породи (10г) витримували в розчині СаО із початковою концентрацією 5,625%. Концентрація СаО контролювалася через 1 і 3 доби в процесі взаємодії з породою титриметричним методом. 5 56391 Поглинальна здатність горілих порід шахти "Ольховатська", що через 1 добу складала 211,4мг/г, а через 3 доби - 323,4мг/г, порівнянна з кількісними показниками для кислих гідравлічних добавок: опаловидних порід (трепелів, діатомітів, опок) - 250-400мг/г. Така висока поглинальна здатність свідчить про значну гідравлічну активність і можливість використання горілих порід в якості активної добавки до цементного клінкеру. Висока гідравлічна активність горілої породи підтверджена в дослідах по визначенню адсорбційної активності. Статичну обмінну ємкість (СОЄ) породи при поглинанні індикатора метиленового синього (МС) визначали за формулою (С1 С2 ) V COЄ , m мг/г, де С1 - початкова концентрація МС, 0,01г/л; С2 - концентрація МС після адсорбції, г/л; V - об'єм розчину МС при адсорбції, 50мл; m - маса навіски відвальної горілої породи, 0,5г. Зміна оптичної щільності (D) розчину МС у порівнянні з початковим значенням D = 1,1 (СМС = 0,01г/л) лежить в інтервалі 0,61-1,096. За 3 доби оптична щільність зменшується на 99,6 %. За величиною різниці оптичної щільності досліджену породу можна віднести до групи адсорбентів, що характеризуються дуже високою адсорбційною активністю і величиною ємкості поглинання 5-30мгекв (Книгина Г.И. Строительные материалы из горелых пород / Г.И. Книгина. - М.: Стройиздат, 1966. - 297с.). Про високу сорбційну ємкість горілої породи свідчить величина ефективності сорбційного очищення розчину індикатора: протягом 15хв. вона досягає 59%, за добу виходить на максимально високе значення 97,5%. 6 Приклад 5. Стосується підбору співвідношення компонентів в'яжучого. Були випробувані зразки комплексного в'яжучого із вмістом горілої породи 10, 20, 30, 40 і 50%, гіпсу 3-5%, портландцементний клінкер - інше. Формування зразків відбувалося за допомогою вібрування та пресування. Випробування зразків навантаженням проводилися у відповідності до ГОСТ 310.4 "Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии". Залежність міцності на стиск зразків комплексного в'яжучого від вмісту горілої породи при формуванні зразків вібруванням через 3, 7 та 28 діб ілюструється Фіг.1. На Фіг.2 показана залежність міцності на стиск зразків комплексного в'яжучого від вмісту горілої породи при формуванні зразків пресуванням. Стабілізація показників міцності незалежно від умов формування зразків відбувається в діапазоні 10-30% вмісту горілої породи у складі в'яжучого. Таким чином, діапазон введення горілої породи як гідравлічно активного компоненту комплексного в'яжучого становить 10-30% за умови відповідності в'яжучого вимогам до фізико-механічних властивостей. Розглянуте комплексне в'яжуче має наступні переваги: забезпечує вирішення екологічної проблеми накопичення багатотоннажних відходів вуглевидобутку внаслідок їх використання для виробництва в'яжучого, що відповідає вимогам радіаційрадіаційної безпеки та вимогам до фізикомеханічних властивостей; розширення сировинної бази та зниження витрат на виробництво в'яжучих матеріалів. Таблиця 1 Процентний вміст оксидів елементів у зразках горілої породи різних фракцій і величина їх модулів активності, силікатного та глинітно-залізистого модулів Фаза SiO2 Fe2O3 СаНРО4·2Н2О 0,5Na2O·0,5Al2O3·3SiO2 0,5K2O·2Al2O3·2SiО2·1,5Н2О Сумарний вміст оксиду за всіма мінералами фракції Ma Фракція 20мм Масова частка, % SiO2 Al2O3 Fe2O3 46,5 2,96 13,9 23,63 51,6 56,48 60,4 21,92 7,79 26,65 6,5 23,63 0,42 0,47 0,39 Mc 2,35 2,12 2,56 Mг.з. 0,58 0,59 0,44 2,96 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 56391 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601