Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет ГОРЕЛАЯ ПОРОДА КАК АКТИВНАЯ МИНЕРАЛЬНАЯ ДОБАВКА К ЦЕМЕНТУ Уханёва М.И., асп. Хоботова Э.Б., д.х.н., проф.

Влияние отходов угледобычи на окружающую среду Отчуждение земель Угнетение биогеоценозов Загрязнение атмосферного воздуха Загрязнение почв Заболеваемость населения Загрязнение поверхностных и подземных вод Направления использования отходов угледобычи: Как техногенные месторождения; Производство широкого спектра строительных материалов; Устройство нижнего слоя автомобильных дорог; Для рекультивации территорий. Слайд 2

Цель работы. Цель работы – повышение уровня утилизации горелых пород на примере террикона шахты «Ольховатская» (Донецкая обл.) за счёт усовершенствования состава вяжущего, содержащего в качестве гидравлически активного компонента горелую породу. Задачи работы: Определение элементного, оксидного и минералогического составов гранулометрических фракций горелой породы. Установление радионуклидного состава и класса радиационной опасности горелой породы угледобычи. Исследование морфологических особенностей поверхности частиц породы разных фракций и установление взаимосвязи между степенью разрыхления поверхности и сорбционной активностью частиц. Оценка гидравлической и сорбционной активности горелой породы угледобычи. Разработка состава комплексного вяжущего материала. Слайд 3

Экспериментальные методы исследования Слайд 4 Рентгенофазовый анализ Электронно-зондовый микроанализ Гамма- спектрометрический анализ Спектрофотометрический метод Титриметрический метод Выявление минералогического состава породы и особенностей кристаллической структуры Определение элементного и оксидного состава породы и морфологии поверхности её частиц Определение радионуклидного состава породы Определение гидравлической активности горелой породы

Гранулометрический состав пробы отвальной горелой породы шахтыОльховатская Слайд 5

Распределение естественных радионуклидов по фракциям горелой породы Изменение удельной активности по размерам частиц Слайд 6

Результаты рентгенофазового анализа образцов отвальной горелой породы Фаза Фракция горелой породы < 0,63 мм2,5-5,0 мм> 20 мм мас. доля, %d, нммас. доля, %d, нммас. доля, %d, нм SiO 2 кварц33,79739,58646,5100 CaHPO 4 2H 2 O брушит 10,3> 5000,55> 5004,36> 500 Fe 2 O 3 гематит7,79666,501052,96114 NaAlSi 3 O 8 альбит 8,8582,320–– KAl 4 Si 2 O 9 (OH) 3 иллит 39,42551,12546,125 Слайд 7 Иллит 0,5K 2 O2Al 2 O 3 2SiO 2 1,5H 2 OБрушит CaHPO 4 ·2H 2 O Структура минералов

Результаты рентгеновского микроанализа фракций отвальной горелой породы Слайд 8

Микрофотографии поверхности частиц горелой породы разных фракций (X 2000) а) 20 мм Слайд 9

ГЛИНИТНО-ЖЕЛЕЗИСТЫЙ МОДУЛЬ (М г.ж. ) Мг.ж. = (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) : (SiO 2 ) СИЛИКАТНЫЙ МОДУЛЬ (М с ) М с = (SiO 2 ) : (Al 2 O 3 + Fe 2 O 3 ) МОДУЛЬ АКТИВНОСТИ (М а ) Ма = (Al 2 O 3 ) : (SiO 2 ) Оксид Массовая доля оксидов (%) во фракциях горелой породы (мм) по результатам анализа рентгенофазовогомикрорентгеновского < 0,632,5-5> 20< 0,632,5-5> 20 SiO 2 51,656,4860,457,7743,9439,34 Al 2 O 3 21,9226,6523,6314,0621,9618,09 Fe 2 O 3 7,796,52,9612,0015,1723,14 CaO–––0,310,694,29 K2OK2O4,656,035,441,104,282,36 Na 2 O1,040,27–0,310,740,92 MgO–––0,730,580,93 SO 3 –––1,184,303,08 TiO 2 –––0,901,531,22 MnO–––––0,22 МодульЗначение модулей для фракций горелой породы МоМо –––0,0120,0160,065 МаМа 0,420,470,390,240,500,46 МсМс 1,731,702,272,221,180,95 М г.ж. 0,580,590,440,450,851,05 Процентное содержание оксидов элементов в образцах разных фракций горелой породы шахты «Ольховатская» и величина их модулей Слайд 10

Активность терриконной породы по поглощению CaO Время контакта породы с раствором CaO, сут. Содержание CaO в растворе, % Величина поглощения CaO, % Величина поглощения CaO, мг/г 1 3,52,125211,4 32,3753,25323,4 Слайд 11 Адсорбция МС горелой отвальной породой Время контакта с раствором МС Оптическая плотность, D С 2, г/лСОЕ, мг/г 15 мин.0,4900,00410,59 1 ч.0,2750,002350, ч.0,0160,000250,975 3 сут.0,0040,00020,98

Зависимость прочности при сжатии образцов комплексного вяжущего от содержания горелой породы Формование образцов виброуплотнением Формование образцов прессованием Слайд 12

Выводы Изучен элементный, оксидный и минералогический состав горелой породы угледобычи. Выявлено присутствие радиоизотопов 226 Ra, 232 Th и 40 K в горелой породе. Установлено, что отходы угледобычи относятся к I классу радиационной опасности. Отмечены различия в величине радиоактивности отдельных фракций горелой породы. Установлено, что сорбционная способность поверхности агломерата определяется формой частиц и их количеством. Определены высокие гидравлические свойства горелых пород угледобычи. Предложен комплексный вяжущий материал, включающий горелые породы угледобычи в качестве активной минеральной добавки в концентрационном интервале %. Слайд 13