Bulletin «Жаратылыстану-география ғылымдары» сериясы Серия «Естественно-географические науки»

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
ХИМИЯ ҒЫЛЫМДАРЫ 
ХИМИЧЕСКИЕ НАУКИ 
УДК 665.63 
П Р И М Е Н Е Н И Е  П Р О М Ы Ш Л Е Н Н Ы Х  О Т Х О Д О В В  П О Л И М Е Р - Б И Т У М Н Ы Х 
К О М П О З И Ц И Я Х 
Тургумбаева Р.Х. - д.т.н. 
Казахский национальный педагогический университет имени Абая 
город Алматы, Республика Казахстан 
В представленной работа проведено исследование возможности применения промышленных отходов для 
получения композиционный материалов. Для исследования были использованы нефтебитуминозные породы 
месторождения Мунайлы-Мола, а также отходы промышленных предприятий: фосфорный шлак, отходы резины, 
поливинилхлорида, каолин, аэросил и др. Вулканизующим агентом композиций в ряде случаев служил отход 
нефтяной промышленности - сера. 
Получены композиционные материалы с использованием отходов промышленности с твердостью по Шору А от 
40 до 74 усл.ед. и эластичностью по отскоку от 12 до 43%, Величины относительного удлинения, прочность при 
разрыве, водопоглощение также находятся в пределах спортивно-технических параметров покрытий. 
ИК-спектроскопическое исследование нефтебитуминозной породы месторождения Мунайлы-Мола показало, что в 
исследованных нефтебитуминозных породах содержатся парафиновые и циклопарафиновые углеводороды, 
обнаружено наличие СН
2
- и СН
3
- групп. Сравнительной анализ спектров органической составляющей нефте-
битуминозной породы и композита, содержащего фосфорный шлак, показал, что они достаточно сильно отличаются 
друг от друга, что свидетельствует о химической неоднородности исследованных проб композитов. В работе 
предложен механизм действия отхода фосфорного шлака на улучшение свойств полученных композиций. 
Ключевые слова: полимер, композиционные материалы, нефтебитуминозные породы, отходы промышленных 
предприятий, нефтянная промышленность. 
Введение. Особенно острой становятся вопросы оздоровления экологической обстановки 
нефтедобывающих регионов, поскольку замазученные грунты, аварийные выбросы и разливы нефти, 
амбарная нефть, донные отложения, остающиеся после нефтедобычи или отходы сточных вод занимают 
огромные площади и наносят вред окружающей среде, поскольку они не перерабатываются и эта 
проблема становится все более угрожающей. В Западном Казахстане имеются огромные запасы 
нефтебитуминозных пород (НБП) (950—1000 млн.т.), содержащие в своем составе природный битум, 
которые могут найти применение в различных отраслях строительной индустрии и дорожного 
строительства в качестве вяжущей основы для производства облицовочных плиток, кирпичей, 
гидрофобных добавок, дорожных покрытий антикоррозионных, тепло- и гидроизоляционных мастик 
[1, 2]. Эти НБП также занимают большие площади. 
Битумы находят широкое использование во многих отраслях народного хозяйства [1-8], что 
обусловлено их высокими технологическими, эксплуатационными и экономическими показателями, 
важнейшими из которых являются: возрастание пластичности при нагревании, быстрое увеличение 
вязкости при остывании, высокая адгезия к камню, дереву, металлам; гидрофобность; водонепроницае¬ 
мость; стойкость против действия кислот, щелочей, агрессивных жидкостей и газов; электро- и 
звукоизолирующая способность; малая плотность; низкий коэффициент теплопроводности; 
погодостойкость и низкая стоимость. 
В промышленности строительных материалов битумы широко используются для строительства и 
ремонта дорожных и аэродромных покрытий и оснований, полов промышленных зданий; стабилизации 
грунтов; защиты от коррозии металла и бетона; изготовления кровельных, гидро-, тепло- и 
26 

Абай атындагы Қаз¥ПУ-нің ХАБАРШЫСЫ «Жаратылыстану - география гылымдары» сериясы №3(49), 2016 ж. 
пароизоляционных покрытий, материалов и изделий, защиты от радиоактивных излучений; в 
производстве лакокрасочных материалов [3-8]. 
Однако низкая устойчивость битума к резким температурным колебаниям ограничивает его широкое 
применение. Ранее термомеханическими исследованиями кровельных материалов и клеящих мастик 
показано, что битум размягчаясь при 0
  о
С, при +20
 о
С переходит в вязко-текучее состояние и 100%-ная 
деструкция достигается при 40
  о
С, т.е. область высокоэластической деформации отсутствует. Рубероид 
начинает размягчаться при -40
  о
С, область высокоэластической деформации располагается от-30
о
С до 
+30
 о
С и переходит в вязко-текучее состояние от +35
 о
С до 60
 о
С и полностью разрушается при +60
о
С [6]. 
На территории Республики Казахстан в результате деятельности предприятий горнодобывающей, 
горно-перерабатывающей и химической отраслей промышленности накоплено значительное количество 
промышленных отходов [9, 10]. В структуре промышленных отходов основная доля приходится на 
химические отходы и вскрышные породы горнодобывающей промышленности. В зависимости от 
степени опасности твердые отходы хранятся в различных условиях. Различные шлаки, известковый 
шлам, фосфорная и коксовая мелочь, относящиеся к малоопасным отходам, и нетоксичные (фосфогипс, 
угольная пыль, шлак термический гранулированный) складируются различным способом. 
Объемы накопленных промышленных отходов и отходов потребления ежегодно возрастают, тогда, 
как утилизация отходов ведется неравномерно и недостаточно. 
Состояние окружающей среды региона, в котором расположены предприятия по переработке 
фосфоритов требует эффективного решения экологических проблем, являющихся актуальными в 
настоящее время. В связи с этим необходим комплексный подход, состоящий из статистического анализа, 
оценки воздействия действующих промышленных предприятий на окружающую среду, рациональной 
разработки технологии переработки промышленных отходов. 
Наиболее актуальными остаются проблемы рационального использования природных ресурсов, 
утилизации отходов производства и потребления, а также загрязнения воздушного бассейна. Эти вопросы 
отмечены главными в Концепции экологической безопасности Республики Казахстан на 2004-2015 годы. 
Особо важными элементами оценки хозяйственной деятельности на окружающую среду являются 
показатели экологической обстановки в областях и параметры регулирования природопользования. 
Проблемы рационального использования ограниченных и невоспроизводимых минеральных ресурсов 
требуют эффективного их решения, что невозможно без правильно сформированных целей и системных 
методов их достижения. 
Моделирование оптимальных соотношений связующих, ингредиентов, добавок, наполнителей, 
отвердителей позволяет прогнозировать возможность получения композитов с необходимыми физико-
химическими, санитарно-гигиеническими и эксплуатационными параметрами для создания монолитных 
спортивных покрытий, беговых дорожек, волейбольных и баскетбольных площадок, работающих в 
условиях знакопеременного изгиба и изменения температур [5,6]. 
Целью настоящего исследования является изучение вопросов связывания промышленных отходов с 
полимер-битумными связующими и возможностей получения различных композитов. Для выявления 
возможных путей использования твердых промышленных отходов нами были проведены исследования 
по разработке технологии их переработки в композиционные материалы. 
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 
В качестве наполнителей нами были использованы фосфорный шлак, отходы резины, отходы 
поливинилхлорида, каолин, аэросил и др. Вулканизующим агентом композиций в ряде случаев служил 
отход нефтяной промышленности - сера. Выбор наполнителей обуславливался природой полимерной 
эмульсии в зависимости от используемого связующего материала. 
ИК-спектроскопические исследования проведены на автоматическом спектрометре FT-IR в в 
интервале волн 200-4000см
-1
. 
Композиции были приготовлены на основе бутадиенстирольного каучука в виде латекса, 
произведенного в г. Темиртау, латекса, используемого в шинной промышленности для пропитки корда 
(АО «Шымкентшина», г. Шымкент), наиритового латекса, эпоксидированного каучука, эпоксидной 
смолы. Приготовление смесей с использованием связующих латексов и жидких каучуков с добавками, 
осуществляли при перемешивании пропеллерной мешалкой при разных скоростях перемешивания. 
Отверждение монолитных покрытий осуществляли на воздухе в течение 24 часов. 
27 

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
Полимербитумнве композиции были изготовлены с применением битума, выделенного из 
нефтебитумнозной породы (НБП) месторождения Тюб-караган по методике [9,10]. 
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 
Использование в качестве наполнителя фосфорного шлака совместно с резиновой крошкой, каолином, 
аэросилом приводит к получению материалов с твердостью по Шору А от 40 до 74 усл.ед. и 
эластичностью по отскоку от 12 до 43%, что соответствует требованиям, предъявляемым к спортивным 
покрытиям. 
Величины относительного удлинения, прочность при разрыве, водопоглощение также находятся в 
пределах спортивно-технических параметров покрытий. 
На рис. 1 и 2 приведены результаты ИК-спектроскопических исследований природного битума 
месторождения Мунайлы-Мола и фосфогипса. 
В высокочастотной области ИК-спектров исследованного битума м. основное место занимают 
интенсивные п. и. 2850 - 2955 и 2855 - 2870 см"~, относящиеся к валентным колебаниям метиленовых -
v(CH
2
) и концевых метильных - v (СН
3
)-групп, обусловленных преимущественно циклоалканами и 
алифатическими гетеросоединениями. 
Известно [11], что слабые по интенсивности и широкие п. п. 3400 - 3460 и 3230 - 3200 см
-1
 могут 
принадлежать как валентным колебаниям связей ОН, так и NH. С нашей точки зрения, преобладают 
группы ОН спиртов, кислот, альдегидов, кетонов и непредельных эфиров, так как все спектры битумов 
характеризуются интенсивными п. п. 1760, 1740 - 1730, 1720 - 1700 см
-1
 и сопряженными с ними менее 
сильными 1480, 1378, 1250, 1175, 1125, 1020, 1040, 970, 720 см
-1
 [12]. В средневолновой области частот 
(1800-900 см
1
), лежат наиболее информативные полосы, характеризующие практически все функциональ¬ 
ные группы, входящие в состав битумов. Эти полосы свидетельствует о том, что С = О-группы в битумах 
связаны с различными кислородсодержащими гстерокомпонентами. Так, из рис. 1-2 видно, что наиболее 
интенсивное поглощение в области 1033-1706 см
-
 приходится для м. Мунайлы - Мола. Перечисленные 
полосы поглощения сами по себе могут характеризовать большую группу соединений, содержащих 
С = О-группы: насыщенные альдегиды, кетоны, алифатические эфиры и т.д. [12]. 
Сравнительной анализ спектров органической составляющей нефтебитуминозных пород и 
композиционного материала, полученного с использованием фосфорного шалака, показал, что они 
достаточно сильно отличаются друг от друга, что свидетельствует о химической неоднородности 
исследованных проб композитов. 
Наблюдаемое улучшение свойств при использовании фосфорного шлака можно объяснить тем, что в 
его состав входят оксиды алюминия, кремния, магния, фторид кальция, являющиеся минеральных 
наполнителями, широко использующимися в промышленной практике при получении структурирован¬ 
ных полимерных материалов. Кроме того, указанные оксиды металлов являются активаторами 
вулканизации, повышающими физико-механические свойства резин. Механизм действия фосфорного 
шлака на улучшение свойств полученных композиций можно объяснить влиянием твердой поверхности 
(дисперсных частиц фосфорного шлака - смеси различных оксидов металлов и других нерастворимых в 
каучуке веществ) на процессы формирования пространственной структуры многокомпонентных 
полимерных систем, изученных нами ранее [13, 14]. 
28 

Абай атындагы Қаз¥ПУ-нің ХАБАРШЫСЫ «Жаратылыстану - география гылымдары» сериясы №3(49), 2016 ж. 
0,085-
 **НБП М/найлыМола 
0,080: 
0,075^ 
0,070: 
0,065: 
0,060: 
0,055: 
0,050! 
0,045: 
0,040: 
0,035
: 
0,030: 
0,025: 
0,020: 
0,015: 
0,010: 
0,005: 
0,000 р 
4000 
3500 
3000 
2500 
2000 
Wavenumbers (cm-1) 
1500 
1000 
Рисунок 1 - ИК-спектр природного битума месторождения Мунайлы-Мола 
500 
0,19т**Мт Jan 13 16:19:28 2014 "№8 
0,17¬ 
0,16¬ 
0,15 
0,14 
0,13 
0,12¬ 
0,11 
0,10 
0,09¬ 
0,08 
0,07 
0,06 
0,05 
0,04 
0,03 
0,02 
0,00.: 
4000 
2500 2000 
Wavenumbers (cm-1) 
Рисунок 2 - ИК-спектр композита, содержащего фосфогипс - отход фосфорной промышленности 
ВЫВОДЫ: 
1. Получены композиционные материалы с использованием отходов промышленности с твердостью 
по Шору А от 40 до 74 усл.ед. и эластичностью по отскоку от 12 до 43%, Величины относительного 
удлинения, прочность при разрыве, водопоглощение также находятся в пределах спортивно-технических 
параметров покрытий. 
2. Предложен механизм действия отхода фосфорной промышленности - фосфорного шлака на 
улучшение свойств полученных композиций 
29 
со" 
О 
І 
о 
.Q 
< 
о 
п 
< 
3000 
1500 
1000 
500 

ВЕСТНИК КазНПУ им Абая Серия «Естественно-географические науки» №3(49),2016 г. 
30 
1. Надиров Н.К., Браун А.Е., Трохименко М.С. и др. Нефтебитуминозные породы Казахстана: проблемы и 
перспективы. - Алматы. 2001 г.
 — 5 томов. — 376 с. 
2. Куатбаев К.К., Надиров Н.К., Айтжанова Т.К., Куатбаев А.К. Комплексное использование 
нефтебитуминозных пород месторождений Казахстана в строительном производстве. 
3 .Руденская И.М. Органические вяжущие для дорожного строительства /И.М. Руденская, А.В. Руденский. -М.: 
Транспорт, 1984. - 229 с. 
4. Айгистова С.Х., Садыков А.Н. и др. Получение дорожного битума из битуминозных пород // 
Нефтебитуминозные породы, перспективы использования.
 — Алма-Ата: Наука, 1982. — С. 109-112. 
5. Zhang Xiaoming, Pan Yi. Development and application of oil sand // Int. Journal of Scientific & Engineering Research. 
- 2012. - Vol.3. - Issue 4. 
6. Абдикаримов М.Н., Кусаинова А.Ш., Махмутова К.К., Садчиков И.Я. Термомеханические исследования 
кровельных материалов и клеящих мастик. //Легкая промышленность Казахстана. 1995. №4.
 - С. 40-47. 
7. Zhang Xiaoming, Pan Yi. Development and application of oil sand // Int. Journal of Scientific & Engineering Research. 
- 2012. - Vol.3. - Issue 4. 
8. Обзор инновационных процессов нефтепереработки по материалам журналов 2007 г. (Hydrocarbon 
Processing. - 2007. - № 9. - С. 29, CATA LYST COURIER. - 2007. Вып. 67. - С. 3) //Мир нефтепродуктов. - 2008. 
- № 1. - С. 43. 
9. Национальный доклад о состоянии окружающей среды в Республике Казахстан в 2006 году. /Под редакцией 
М.К. Баекеновой. МООС РК. РГП «КазНИИЭК».
 - Алматы, 2007. - 271 с. 
10. Бурлибаев М.Ж., Муртазин Е.Ж., Бултеков Н.У. О состоянии загрязнения окружающей среды Республики 
Казахстан. «Гидрометеорология и экология» 1997- 2008 гг. 
11. Ссылка КроссА. Введение в практическую инфракрасную спектроскопию.
 - М., 1961. - 97 с. 
12. Глебовская Е.А. Применение инфракрасной спектроскопии в нефтяной геохимии.
 - Л., 1971. 140 с. 
13. Тургумбаева Р.Х., Абдикаримов М.Н., Надиров Н.К. Модифицированные нефтебитуминозные породы 
Казахстана // Сборник трудов «Проблемы инновационного развития нефтегазовой индустрии. Международная 
научно-практическая конференция.
 - Алматы, 3-4 апреля, 2008. - Алматы. - С. 146-149. 
14. Абдикаримов М.Н., Кусаинова А.Ш., Махмутова К.К., Садчиков И.Я. Термомеханические исследования 
кровельных материалов и клеящих мастик В Ж. "Легкая промышленность Казахстана", 1995. №4.
 - С. 40-47. 
Түйін 
Тұрғумбаева Р.Х. - т.г.д. 
Абай атындагы Қазақ ұлттық педагогикалықуниверситеті 
Өнеркәсіптік қалдықтарды полимер-битумды композиттерде қолдану 
Бұл жұмыста өндірістік шығындарды пайдаланып композиялық материалдарды алу мүмкіндіктері зерттелген. 
Зерттеуде Мұнайлы-Мола мұшайбитумды жыныстарын және өндірістік шығындарды: фосфорлы шлак, резинке 
шығындары, поливинилхлорид, каолин, аэросил және т.б. пайдаланды. Вулкандаушы агент ретінде мұнай 
өндірісінің шығыны - күкірт алынған. 
Алынған композиіпиялық материалдардың Шор әдісі бойынша анықталған қаттылығы 40-тан 74-ке дейін шарт. 
бірлік және эластикалығы 12-ден 43%-ке дейін жоғарылады. Салыстыгомалы ұзарту, созылу беріктігі, су сіңіру 
мәндері спорт және техникалық жабындар параметрлеріне сәйкес болып табылады. 
Мұшайлы-Мола мұшайбитумды жыныстарын инфра-қызыл (ИҚ) спектроскопиялық әдісімен зерттеу арқылы 
құрамында парафинді және циклопарафинді көмірсутектер анықталып, олардың ішінде СН
2
- және СН
3
 -топтары бар 
екені табылды. Мұшайбитумды жшыстарындағы органикалық бөліктері және фосфорлы шлагы қосылған композит-
тердің ИҚ-спектрлері әр-түрлі болып табылды. Бұл композиттердің зерттелген үлгілердің химиялық бір текті 
еместігін көрсетеді. Бұл жұмыста композиция қасиеттерін жақсарту үшін фосфор шлагының әсер механизмы 
ұсынылды. 
Түйін сөздер: полимер, мұнайбитумды жыныстар, композиялық материалдар. 

Абай атындагы Қаз¥ПУ-нің ХАБАРШЫСЫ «Жаратылыстану - география гылымдары» сериясы №3(49), 2016 ж. 
Summary 
Turgumbayeva R. Kh. - Dr. Tech. Sci. 
Kazakh national pedagogical university named after Abai 
Application of industrial wastes in polimer-bitumene compositions 
In presented work research of a possibility of application of industrial wastes for receiving composite materials was 
carried out. For research oilbitumene rock of the Munayly-Mola field and also waste of the industrial enterprises were used: 
phosphoric slag, waste of rubber, polyvinylchloride, kaolin, aeroforces, etc. Sulfur - of oil industry was used as the 
vulcanizing agent of compositions. 
Composite materials with using of waste of the industry were obtained. These the received composite materials had 
hardness on Shora method from 40 to 74 conventional units and elasticity rebound - from 12 to 43%, Sizes of relative 
lengthening, dry strength, water absorption also are in limits are in limits of the parameters shown to sports and technical 
parameters of coverings. 
IR-spectroscopic research of of the Munayly-Mola field showed that the studied oilbitumene rock contain paraffin and 
cycloparaffin hydrocarbons, existence of СН
2
- and СН
3
- of groups is revealed. Comparative the analysis of ranges of an 
organic component of oilbitumene rock and the composite containing phosphoric slag showed that they rather strongly differ 
from each other. That testifies to chemical heterogeneity of the studied tests of composites. In work the mechanism of action 
of phosphoric slag on improvement of properties of the received compositions is offered. 
Keywords: composite materials, polimer, bitumene compositions. 
УДК 541.128.547.312 
П Р О Ц Е С С  А Л К И Л И Р О В А Н И Я  Б Е Н З О Л А  Э Т А Н О Л О М 
Жаксибаева А.М. - PhD докторант 
Алматинский университет энергетики и связи, 
Назарымбетова Х.А. - к.х.н., доцент, Жаксибаев М.Ж. - д.х.н., доцент 
Казахский национальный педагогический университет имени Абая 
город Алматы, Республика Казахстан 
В работе приведены данные исследования активности катализаторов, приготовленньгх модифицированием 
цеолита HZSM-5 двух- и трехвалентными металлами (Mg, Са, La, Ce) при алкилировании бензола этанолом. 
Результаты показали, что Mg-содержащий катализатор повышает степень превращения бензола на 8,5-11,0%, а 
максимальная конверсия составляет 75,9%. Показано, что модифицирование приводит не только к возрастанию его 
каталитической активности и увеличения селективности процесса, так и увеличению выхода этилбензола. 
Установлено, что катионы Mg и Са входят в решетку цеолита, изоморфно замещая ионы каркаса, а La и Ce в 
основном распределены на поверхности, т.к. размеры образовавшихся оксидов не позволяют им проникнуть в поры 
цеолита, при этом образуются металлсодержащие активные центры, которые активны в реакции алкилирования. 
Наилучшие результаты обеспечиваются оптимальной кислотностью, которая сформировывается после 
модификации цеолита E1ZSM-5 магнием, при введении Mg в цеолит уменьшается концентрация сильных кислотных 
узлов с 0,72 до 0,39 ммоль/г КТ. Вместе с тем, в катализаторах образовывается Мg-содержащие кислотные участки, 
определенные как центры средней силы 

жүктеу/скачать 2,17 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: