Ученые превратили отходы угледобычи в цемент, который на 21% прочнее традиционного
В процессе добычи угля извлекается много пустой породы, которая со временем накапливается в виде крупных насыпей, достигающих десятков метров в высоту, — терриконов. Из-за остатков угля они могут самовозгораться и гореть годами, выбрасывая в атмосферу большие концентрации угарного газа, сероводорода и других токсичных веществ. Только из одного горящего отвала за сутки в среднем в воздух выделяется 4-5 тонн оксидов углерода и от 600 до 1100 килограмм сернистого ангидрида. Использование отходов угледобычи в качестве сырья для производства строительных материалов может стать эффективным решением проблемы их утилизации. Ученые ПНИПУ изучили возможность применения терриконов как минеральных добавок для цемента и материалов на его основе. Предлагаемый подход способен на 21% повысить прочность строительного раствора по сравнению с составом без добавок.
Статья опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика». Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Негативное влияние террикоников на окружающую среду снижают путем выравнивания искусственных холмов, озеленения и рекультивации земель, что требует больших финансовых затрат – рекультивация лишь одного террикона может стоить десятки миллионов рублей. Это зависит от целого ряда сложных технических, экологических и логистических факторов – от искусственного улучшения токсичной земли и борьбой с самовозгоранием, до доставки грунта, воды и техники на отдаленные шахтерские территории. Также реализовать такие методы возможно не на всех техногенных отвалах из-за плохой приживаемости растений.
Другим решением является применение отходов угледобычи в промышленности. Они представляют собой смесь глины с небольшим включением угля, алюминия, кремния и железа. Поэтому перспективно их вторичное использование с отделением полезных соединений и применением в сплавах, углеудобрениях, асфальте и различных строительных материалах.
Ученые Пермского Политеха предложили ранее неизученный подход по применению террикоников в качестве минеральной добавки для портландцементов и материалов на их основе, в частности, бетонов.
Такое решение эксперты проверяли на примере территории Кизеловского угольного бассейна, на которой объем техногенных отходов оценивается в 13 миллионов кубических метров.
Минеральные добавки в составе портландцемента и цементных бетонов придают материалам специальные свойства – повышают их прочность, водонепроницаемость, коррозионную стойкость и другие. А также позволяют сэкономить природное сырье и увеличить объем производства за счет разбавления основного состава.
Применение террикоников в качестве минеральных добавок решит сразу два вопроса: экологическую проблему на территории угольных бассейнов и проблему ресурсо- и энергосбережения при производстве цемента.
Политехники отобрали пробы породы горелых и не горелых террикоников, изучили их химический и минералогический состав, а затем провели эксперимент по замене в составе раствора портландцемента террикоником в количестве 10, 20 и 30%.
– Химический состав террикоников мы определяли флуоресцентным рентгеноспектральным методом, а минералогический состав – методом экспрессного рентгенографического количественного фазового анализа. Результаты показали, что горелый терриконик состоит преимущественно из кварца, а не горелый из каолинита и кварца с включениями угля. Наличие в последнем каолинита говорит о возможности его использования в качестве активной минеральной добавки после предварительного обжига, так как при этом проявляется высокая пуццоланическая активность материала – способность реагировать с хорошо растворимыми щелочами, образующимися при твердении портландцемента, с последующим образованием плохо растворимых низкоосновных гидросиликатов кальция, – объясняет Степан Леонтьев, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение» ПНИПУ, кандидат технических наук.
Для получения минеральной добавки эксперты измельчали частицы до 0,08 миллиметров. Не горелый терриконик после этого обжигали в лабораторной муфельной печи при температуре 700°С в течение двух часов.
– Для оценки эффективности использования добавки терриконика мы приготовили цементный раствор, состоящий из одной части портландцемента типа ЦЕМ I 42,5Н и 3 частей монофракционного кварцевого песка. В итоге у нас получился один контрольный состав без терриконика и по три состава с горелым и не горелым террикоником, которых мы заменяли 10, 20 и 30% портландцемента. Из этих составов формовали образцы-балочки, которые затем твердели 28 суток в нормальных условиях, а также в условиях тепловлажностной обработки. После твердения образцы испытывали на изгиб и на сжатие, – рассказывает Степан Леонтьев.
Сравнивая прочность разных образцов политехники определили эффективность использования терриконика в качестве минеральной добавки, а также его оптимальную дозировку.
– Результаты показали, что замена до 30% цемента горелым террикоником совсем незначительно сказывается на его прочности. Тогда как замена 20% цемента не горелым террикоником на 21% повышает прочность раствора по сравнению с бездобавочным составом. Это говорит о принципиальной возможности использования отходов угледобычи в качестве минеральных добавок для цемента и материалов на его основе, – комментирует Степан Леонтьев.
Решение, предложенное учеными Пермского Политеха, позволит значительно уменьшить количество техногенных отвалов на территории угольных бассейнов, что снизит нагрузку на окружающую среду.
Telegram 
Дзен 
VK Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Большой взрыв мог быть не началом Вселенной, а моментом рождения самой гравитации в привычном нам виде. Новая модель предлагает иную, квантовую форму гравитации, которая могла запустить инфляцию и избавить космологию от проблемы сингулярности, где законы физики перестают работать.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
Поставщик элементов окололунной станции попытался сдать клиентам изделия, подвергшиеся коррозии еще до начала его монтажа. Об этом заявил новый глава NASA Джаред Айзекман. Защищая свою позицию, поставщик сообщил, что ранее он поставлял модули с коррозией для МКС, но они все равно до сих пор работают. NASA использует скандал для отказа от алогичного проекта Lunar Gateway, обитаемой космической станции на окололунной орбите.
Ученые, похоже, приблизились к разгадке происхождения пшеницы мягкой — той самой, из которой делают большую часть хлеба и другие мучные изделия. Согласно авторам нового исследования, она, предположительно, появилась 8000 лет назад на территории современной Грузии и Армении.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно