Алматы 2017 январь
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Pdf көрінісі
|
- Бұл бет үшін навигация:
- The study of the electrooxidation and leaching vanadium ores of Kazakhstan Summary
- Key words
- Минеральная составляющая
- Влияние агрессивных сред на прочность при изгибе (МПа) цементов с добавкой 50 % песчаных отходов переработки нефтебитуминозных пород.
- Выводы.
- Мұнай-битуминоз түрлерінен өңделген қалдықтар – байланыстырғыш материалдардың белсендіруші компоненті Түйіндеме.
Ключевые слова: ванадий, раствор, электрохимическое окисление, выщелачивание, серная кислота, концентрация, температура, руда, степень извлечения Alybaev J. A., Boshkaevа L. T., Jumankulova S. K., Tolegen D., Tursunjanov S. A. The study of the electrooxidation and leaching vanadium ores of Kazakhstan Summary: This paper presents the results of experimental studies of the electrochemical oxidation of vanadium in the leaching of ores Big Karatau. In this type of impact it was determined and the concentration and temperature of the electrolyte and the degree of oxidation of vanadium in solution in the oxidized form. It should be noted that the electrochemical oxidation of vanadium directly from ores (natural raw material) carried out by us for the first time. In this case, the experimentally established that the greatest degree of vanadium extraction into solution (~ 92-95%) in the leaching of ores Big Karatau indehiscent complex composition, is achieved by co-hosting the electrochemical processes and leaching ores prebaked.
ore, the recovery УДК 666.965.2:691.33
(Казахский национальный исследовательский технический университет им. К.И. Сатпаева Алматы, Республика Казахстан)
производства силикатных вяжущих материалов с использованием нефтебитуминозных пород и продуктов их переработки. Проблема энергетического кризиса, негативное воздействие биосферы с техносферой обуславливает поиск новых технологий, обладающих низкой энергоемкостью, экологической чистотой технологического процесса и выпускаемой продукции. Исследования выполнялись в соответствии с научно- технической программой по комплексному исследованию сырьевых ресурсов Казахстана, созданию энергосберегающих технологий производства строительных материалов из местного сырья и промышленных отходов. Ключевые слова:нефтебитуминозные породы, битум, активность, активная добавка.
Нефтебитуминозные породы (НБП) являются альтернативным сырьем для получения различных продуктов.Наличие большого количества месторождений нефтебитуминозных пород в Казахстане, СНГ и в мире, а также необходимость пополнения дефицитных нефтепродуктов определяет переработку нефтебитуминозных пород с получением от 15 до 30 % битумов и подобного им органического сырья, а также от 70 до 85 % минеральной части полевошпатово-кварцевого, глинистого и карбонатного составов.
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017
505 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
После отделения органической части минеральная составляющая НБП имеет высокую активность, не требует больших затрат на переработку, а изделия на ее основе по своим физико- техническим свойствам, особенно солестойкости, превосходят таковые на традиционном сырье. Битум, содержащийся в нефтебитуминозных породах, по своим свойствам лучше нефтяных битумов ряда марок, выпускаемых промышленностью, что повышает качество строительства и срок службы объектов. В Западном Казахстане, по последним геологическим данным, известно свыше 120 месторождений с общими запасами природного битума около одного млрд. т и нефтебитуминозных пород 15-20 млрд.т. Известны различные методики извлечения природных битумов из НБП, в частности практический интерес представляют экстракция, флотация, термокаталитическое крекирование и термическое извлечение. Наиболее эффективное использование минеральной части после переработки нефтебитуминозной породы достигается при термическом методе. Минеральная составляющая представляет практический интерес как сырье для промышленности силикатных строительных материалов. Данное сырье составляет группу известково-кремнеземистых материалов, представляющих собой дисперсные системы нерастворимых макрочастиц аморфной или субмикрокристаллической структуры с значительным запасом свободной кинетической энергии, достаточной для взаимного притяжения макрочастиц с образованием водостойких структурных связей, что позволяет их идентифицировать как материалы с потенциальными контактно-конденсационными свойствами, что позволяет максимально сократить технологические энергозатраты. Приведены результаты синтеза силикатных материалов, исследования по определению оптимальных составов вяжущих
веществ с использованием продуктов переработки нефтебитуминозных пород и как активизирующего компонента извести или цемента[1]. Степень измельчения составила для минеральных продуктов переработки нефтебитуминозных пород соответственно 40, 68, 88, 98 % (для сравнения - для природного песка - 24, 40, 80, 88 % соответственно). Результаты рентгенофазового анализа показывают, что самые интенсивные линии полевых шпатов в минеральных продуктах переработки нефтебитуминозных пород - (4,10; 3,21; 2,95) · 10 -10 м -
уменьшаются. Вместе с тем происходит уширение полос этих линий за счет изменения кристаллической структуры полевых шпатов и образования на поверхности их зерен аморфизованного слоя. Выявлено, что при удельной поверхности 600 м 2 /кг растворимость полевых шпатов в продуктах нефтебитуминозных пород в условиях гидротермальной обработки (174 0 С) составляет по SiO 2 0,31 г/л, а в природных полевых шпатах – не более 0,23 г/л; по Al 2 O 3 соответственно 0,054 и 0,038 г/л, по R 2 O- 0,094 и 0,078 г/л. Повышенная растворимость минералов нефтебитуминозных пород активизирует их взаимодействие с известью. Так, при соотношении извести и песчаной части нефтебитуминозных пород, равном 0,3; 0,8; 1,0; 3,0, в условиях гидротермальной обработки при 174 0 С, в течение 8 часов, усвоение извести соответственно составило 11; 28,4; 30,2; 36,6 % от массы извести, введенной в смесь. В аналогичных условиях усвоение извести природными полевыми шпатами составило соответственно 9,1; 24,2; 28,2; 30,8 %. Эти данные указывают на значительно более высокую активность песчаных продуктов переработки нефтебитуминозных пород после механического измельчения, чем природного аналога. Это связано с частичным оплавлением поверхности зерен минеральной части нефтебитуминозных пород в процессе термического извлечения из них нефтепродуктов; при этом в зернах полевого шпата наблюдается расширение трещин по спайности кристаллов, что способствует более быстрому их измельчению, повышению растворимости и активному взаимодействию с другими компонентами. Известково-песчаное вяжущее было получено совместным помолом песчаного продукта переработки нефтебитуминозных пород с известью до удельной поверхности 300 м 2 /кг[2]. Активность извести составляла 80-85 % (в пересчете на активной СаО+MgO). Образцы готовились из теста с различным водовяжущим отношением в зависимости от количества извести и твердели в гидротермальных условиях при 175 0 С по режиму 1,5+8+1,5 ч. Результаты исследований показывают, что оптимальное соотношение извести и продуктов переработки нефтебитуминозных пород находится в пределах 0,5:1 - 1:1, при которых ● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
№1 2017 Вестник КазНИТУ 506
активность известково-песчаного вяжущего имеет наивысшие показатели - прочность силикатного камня составляет 42-50 МПа. Дальнейшее увеличение расхода извести не приводит к росту прочности, то есть активности вяжущего вследствие повышения основности цементирующих гидратных фаз. Изучено влияние состава известково-песчаного вяжущего на принятых в исследованиях песках, содержащего менее 30 % извести (от 4 до 12 % активной СаО). Образцы твердели в гидротермальных (автоклавных) условиях при пропаривании (75 0 С) и в обычных условиях - при 20 0 С.
Результаты исследований показали, что активность известково-песчаного вяжущего материала в зависимости от состава и условий изменяется в значительных пределах. Образцы, прошедшие автоклавную обработку, имеют более высокую прочность, чем образцы, пропаренные и твердеющие в обычных условиях. Анализируя влияние состава вяжущего на прочностные показатели образцов, можно отметить линейный характер зависимости, развивающейся в сторону увеличения прочности с увеличением содержания извести в составе вяжущего. Изучена
возможность использования минеральных продуктов переработки нефтебитуминозных пород как добавки к цементу. Для повышения активности смешанное вяжущее с продуктами переработки нефтебитуминозных пород подвергали механоактивации. Оценочным критерием механической активации явилась теплота гидратации активизированной смеси и прочность композиционных материалов на ее основе. По величине теплоты гидратации цемент с добавкой песка от переработки нефтебитуминозных пород находится на том же уровне, что и с добавкой доменного шлака [3]. В ходе исследований смешанное вяжущее брали в соотношениях с песком, равным 1:1,25 (вяжущее : песок) по массе при В/Ц=0,30. Активность цементов с минеральными добавками зависит не только от удельной поверхности, но и от минерального состава. Измельчение, как и термообработка, влияет на изменение кислотно-основных показателей суспензии из данного измельченного материала. В наших исследованиях при добавке песчаных продуктов переработки нефтебитуминозных пород с меньшей удельной поверхностью цементные образцы имели более высокую прочность, чем при более тонком измельчении. Это объясняется тем, что более крупные фракции материала в суспензии снижают значение рН среды, что способствует ускорению гидратации и гидролиза смешанного вяжущего, имеющего щелочную реакцию, как и цемент. Такой механизм основан на кислотно-основном взаимодействии цемента с песчаными продуктами переработки нефтебитуминозных пород. Исследования показали, что прочность вяжущего с добавками песка от переработки нефтебитуминозной породы зависит от условий твердения. При твердении в обычных условиях небольшой прочностью при сжатии в возрасте 28 суток (46,0 МПа) обладают образцы, содержащие 70 % цементного клинкера и 30 % песка нефтебитуминозных пород. После автоклавной обработки наибольшую прочность при сжатии имеют образцы из смесей, содержащих 50 % песка (50,0-53,8 МПа). Этот состав является оптимальным и полученные результаты по прочности при сжатии объективно апроксимируются со значением нормальной густоты, составляющей 27,3 % и являющийся одной из наименьших. Учитывая расположение месторождений нефтебитуминозных пород вблизи нефтедобывающих районов, где используются цементы со специальными свойствами (утяжеленные, солестойкие, термосолестойкие, тампонажные) и где цементные материалы соприкасаются с различными минерализованными водами в условиях высоких температур и давления, изучена возможность использования продуктов переработки нефтебитуминозных пород в качестве активных добавок для получения специальных цементов.
Нами проведены исследования стойкости цементно-песчаных вяжущих в растворах сульфата магния, сульфата натрия, хлористых магния и натрия, в природных минерализованных водах, типичных для Казахстана (сульфатно-хлоридной и хлоридно-сульфатной), при воздействии атмосферных условий и попеременного замораживания и оттаивания. Опытные образцы размерами 1x1x3 см формовались из смеси влажностью 7 % при удельном давлении прессования 10,0 МПа и тепловлажностной обработке.
ҚазҰТЗУ хабаршысы №1 2017
507 ● Х и м ия - ме т а л л ург ия ғ ы л ы мда ры
Таблица 1.Влияние агрессивных сред на прочность при изгибе (МПа) цементов с добавкой 50 % песчаных отходов переработки нефтебитуминозных пород. Затворение Условия твердения Хранение в 5%-ном растворе Na 2 SO 4
в течение, сут Хранение в 3%-ном растворе MgSO 4
1 6 2
1
6 12
Вода 3,6 2,7
1,6 3,6
2,9 1,1
пропаривание при 75 0
4,4 4,1
3,3 4,4
4,0 3,0
автоклавиро-вание 175 0
5,2 4,6
4,2 5,2
4,8 5,0
в обычных условиях 4,0 3,6
3,8 4,6
4,4 4,4
5 %-ный раствор Na 2 SO 4
пропаривание при 75 0 С 6,3
6,4 7,0
6,3 6,0
6,6
автоклавиро-вание 175 0 С 7,4 7,6
7,8 7,4
7,6 7,8
в обычных условиях 4,2 4,8
4,4 4,2
4,9 4,6
3 %-ный раствор MgSO
4
пропаривание при 75 0 С 5,8 5,5
5,8 5,8
5,9 6,0
автоклавиро-вание 175 0
6,2 6,4
6,6 6,2
6,5 6,8
Учитывая, что нефть некоторых месторождений Прикаспийской низменности залегает на большой глубине в засоленной среде с высокой температурой и давлением, были поставлены специальные опыты, сущность которых заключалась в следующем. Испытываемые цементы, содержащие до 50 % песчаных отходов переработки нефтебитуминозных пород, затворяли в одном случае 5 %-ным раствором Na 2 SO
, а в другом - 3 %-ным раствором MgSO 4 . После формовки часть образцов твердела в обычных условиях, другая - пропаривалась при 75 0 С, а третья - автоклавировалась при 175 0 С по режиму (1,5+8+1,5) ч. Затвердевшие образцы помещались в растворы сульфата натрия и магния и по истечении сроков хранения испытывались на прочность. Анализируя полученные данные, можно заметить, что затворение сульфатными растворами позволяет повысить прочность образцов во всех условиях твердения. Причем с повышением температуры твердения прочность образцов увеличивается в большей степени. Стойкость таких образцов, кроме твердевших в обычных условиях, с течением сроков хранения в агрессивных растворах повышается. Так, образцы, затворенные 5 %-ным раствором сульфата натрия и твердевшие в условиях пропаривания при 75 0 С, после 12 - месячного хранения в растворах Na 2 SO4, и MgSO 4 снизили прочность соответственно на 5 % (таблица 1), образцы, затворенные 3 %-ным раствором MgSO 4 и твердевшие в тех же условиях, после 12-месячного хранения в растворе сульфата натрия не только не снизили прочность, а наоборот, повысили прочность на 5 %, а при хранении в 3 %-ном растворе MgSO 4
такие же образцы снизили прочность на 4 %. Образцы, твердевшие в автоклавных условиях при 175 0 С, имеют абсолютную стойкость в этих агрессивных сульфатных растворах - их прочность не только не снижается, а наоборот, повышается. Из этого следует, сульфатостойкость цементов с добавкой песчаных отходов от переработки нефтебитуминозных пород, используемых для закладки буровых скважин, должна быть повышена путем введения в их состав сульфатных солей. Этот механизм действия нами назван условно «родственностью» состава цемента с средой эксплуатации. Указанный принцип может быть распространен на другие виды вяжущих материалов и агрессивных сред. Положительное влияние сульфатных ионов на прочность и сульфатостойкость вяжущих, которое усиливается с повышением температуры среды, объясняется тем, что ионы SO // 4 в начальный ● Х и м ик о - ме та л л у рг и че ски е на ук и
№1 2017 Вестник КазНИТУ 508
период гидратации цемента облегчают перенос заряда с поверхности твердого тела и повышают поверхностный потенциал, а в более поздние сроки участвуют в фазообразовании и входят в структуру гидросиликатов и гидроалюминатов кальция, тем самым изменяют их свойства. При значительном содержании в системе CaO–SiO 2 - H
2 O ионов SO 4 //
гидротермальных условиях образуется эллестадит, что было ранее отмечено в работах К.К.Куатбаева [4]. Выводы. Таким образом, можно считать, что продукты переработки нефтебитуминозных пород являются активной добавкой, сравнимой с пирогенными продуктами типа термообработанных глин алюмосиликатного состава, золы-уноса, шлаков и других техногенных веществ. Активность минеральных продуктов переработки пород является результатом термического воздействия в процессе извлечения из них нефтепродуктов. Необходимо отметить, что состав цемента, количество и виды добавляемой к нему соли, а также условия твердения должны быть выбраны с учетом условий эксплуатации.
ЛИТЕРАТУРА [1] Предварительный патент 981183.1 – 372/2 РК Вяжущее / Т.К.Айтжанова, А.К. Куатбаев и др.; опубл. 01.02.99. [2]Айтжанова Т.К., Куатбаев К.К., Куатбаев А.К. Влияние механоактивации на процессы взаимодействия отходов переработки НБП с известью // Междунар. симпозиум по механохимии «Научные традиции..».- Ташкент 1995.- С.33-35. [3]Айтжанова Т.К., Куатбаев К.К., Куатбаев А.К. Механохимия в повышении качества композиционных материалов // // Междунар симпозиум по механохимии «Научные традиции..».- Ташкент 1995.- С.67-68. [4]Айтжанова Т.К., Куатбаев К.К., Куатбаев А.К. Процессы взаимодействия отходов переработки нефтебитуминозных пород с известью // Комплексное использование минерального сырья.- Алматы.- 1997.- №2.- С.78-80.
Айтжанова Т.К., Аубакирова Б.М., Жамбакина З.М., Наширалиев Ж.Т., Жолдыбаева А.Р. Мұнай-битуминоз түрлерінен өңделген қалдықтар – байланыстырғыш материалдардың белсендіруші компоненті Түйіндеме. Мақалада ғылыми негізде құрылған мұнай-битуминоз түрлері мен өнімдерін өңдеуді қолданумен силикатты байланыстырғыш материалдарды өндіру технологиясын зерттеу нәтижесі қарастырылған. Энергетикалық дағдарыс проблемасы, биосфераның техносферамен негативті ықпалы, жаңа технологияларды іздеуге себеп болуы, төмен энергия сыйымдылығын иемдену, технологиялық процесс пен шығарылатын өнімнің экологиялық тазалығы. Қазақстандағы шикізат ресурстарын зерттеу кешені бойынша ғылыми-техникалық программаға сай зерттеудің орындалуы, жергілікті шикізат пен өндірістік қалдықтардан құрылыс материалдарын өндіру энергия жинақтаушы технология құру.
жүктеу/скачать 28,19 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|