Научная статья на тему 'Исследование свойств горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее использования в качестве активной минеральной добавки при получении цемента'

Исследование свойств горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее использования в качестве активной минеральной добавки при получении цемента Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
13
4
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Уголь
Scopus
ВАК
CAS
GeoRef
Ключевые слова
горелая порода / гранулированный доменный шлак / активная минеральная добавка / пуццолановая активность / электронная микроскопия / физико-механические свойства цемента / Burned rock / granulated blast furnace slag / active mineral additive / pozzolanic reaction / electron microscopy / physical and mechanical properties of cement

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Б П. Куликов, Е В. Мануйлов, Л М. Ларионов, И Л. Константинов, Д С. Ворошилов

Приведены результаты исследований горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее применения в качестве активной минеральной добавки в производстве цемента. Методами рентгенофазового, кристаллооптического анализа и электронной микроскопии изучены состав, структура и свойства горелой породы. Представлены результаты лабораторных исследований по получению цемента из клинкера Искитимского цементного завода с добавкой горелой породы и показаны его преимущества по сравнению с цементом, содержащим гранулированный доменный шлак. Установлены факторы, определяющие повышенную активность горелой породы. В условиях АО «Искитимцемент» показано, что ввод горелой породы в количествах 15-20% обеспечивает получение цемента марки ЦЕМ II /A первой группы, соответствующего требованиям ГОСТ 30515-2013 и ЦЕМ II /A-Г32,5 Б по ГОСТ 31108-2020.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Б П. Куликов, Е В. Мануйлов, Л М. Ларионов, И Л. Константинов, Д С. Ворошилов

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Research into properties of burnt rock from coal mine dumps to assess the possibility of its use as an active mineral additive in cement production

The paper presents the results of studying burnt rock from coal mine dumps in order to assess the possibility of its use as an active mineral additive in cement production. Composition, structure and properties of the burnt rock have been studied using X-ray phase and crystal optical analysis as well as the electron microscopy methods. The results of laboratory tests to produce cement using the clinker from the Iskitimskiy cement plant with addition of burnt rock are presented and its advantages in comparison with the cement containing granulated blast-furnace slag are shown. Factors defining the increased activity of the burnt rock have been determined. It is shown that for conditions of the Iskitimcement JSC it is possible to obtain Grade CEM II /A cement of the first group that matches the requirements of GOST 30515-2013 and Grade CEM II /A-G32,5 B cement to comply with GOST 31108-2020.

Текст научной работы на тему «Исследование свойств горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее использования в качестве активной минеральной добавки при получении цемента»

Оригинальная статья

УДК 662.613.11:662.613.136 © Б.П. КуликовН1, Е.В. Мануйлов2, Л.М. Ларионов1, И.Л. Константинов1, Д.С. Ворошилов1, 2024

1 ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660041, г. Красноярск, Россия

2 АО «Искитимцемент», 633209, г. Искитим, Россия Н е-тэН: [email protected]

Original Paper

UDC 662.613.11:662.613.136 © B.P. KulikovH1, E.V. Manujlov2, L.M. Larionov1, I.L. Konstantinov1, D.S. Voroshilov1, 2024

1 Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation 2 «Iskitimcement» JSC, Iskitim, 633209, Russian Federation H e-mail: [email protected]

Исследование свойств горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее использования в качестве активной минеральной добавки при получении цемента*

Research into properties of burnt rock from coal mine dumps to assess the possibility of its use as an active mineral additive

in cement production

DOI: http://dx.doi.org/10.18796/0041-5790-2024-10-17-23 -

Приведены результаты исследований горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возможности ее применения в качестве активной минеральной добавки в производстве цемента. Методами рентгенофазового, кристаллооп-тического анализа и электронной микроскопии изучены состав, структура и свойства горелой породы. Представлены результаты лабораторных исследований по получению цемента из клинкера Искитимского цементного завода с добавкой горелой породы и показаны его преимущества по сравнению с цементом, содержащим гранулированный доменный шлак. Установлены факторы, определяющие повышенную активность горелой породы. В условиях АО «Искитимцемент» показано, что ввод горелой породы в количествах 15-20% обеспечивает получение цемента марки ЦЕМII /А первой группы, соответствующего требованиям ГОСТ30515-2013 и ЦЕМ II/А-Г32,5 Б по ГОСТ31108-2020. Ключевые слова: горелая порода, гранулированный доменный шлак, активная минеральная добавка, пуццолановая активность, электронная микроскопия, физико-механические свойства цемента.

Для цитирования: Исследование свойств горелой породы шахтных отвалов угольных месторождений для оценки возмож-

КУЛИКОВ Б.П.

Доктор хим. наук, ведущий научный сотрудник ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660041, г. Красноярск, Россия, е-mail: [email protected]

МАНУЙЛОВ Е.В.

Главный специалист управления по развитию АО «Искитимцемент», 633209, г. Искитим, Россия, е-mail: [email protected]

ЛАРИОНОВ Л.М.

Инженер-исследователь,

ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660041, г. Красноярск, Россия, е-mail: [email protected]

* Работа выполнена в рамках государственного задания на науку ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», номер проекта FSRZ-2023-0009.

КОНСТАНТИНОВ И.Л.

Канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории низкоуглеродной металлургии и энергетики ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный университет», 660041, г. Красноярск, Россия, е-mail: [email protected]

ВОРОШИЛОВ Д.С.

Канд. техн. наук,

заведующий лабораторией физикохимии

металлургических процессов и материалов

ФГАОУ ВО «Сибирский федеральный

университет»,

660041, г. Красноярск, Россия,

е-mail: [email protected]

ности ее использования в качестве активной минеральной добавки при получении цемента / Б.П. Куликов, Е.В. Мануйлов, Л.М. Ларионов и др. // Уголь. 2024;(10):17-23. DOI: 10.18796/0041 -5790-2024-10-17-23.

Abstract

The paper presents the results of studying burnt rock from coal mine dumps in order to assess the possibility of its use as an active mineral additive in cement production. Composition, structure and properties of the burnt rock have been studied using X-ray phase and crystal optical analysis as well as the electron microscopy methods. The results of laboratory tests to produce cement using the clinker from the Iskitimskiy cement plant with addition of burnt rock are presented and its advantages in comparison with the cement containing granulated blast-furnace slag are shown. Factors defining the increased activity of the burnt rock have been determined. It is shown that for conditions of the Iskitimcement JSC it is possible to obtain Grade CEM II /A cement of the first group that matches the requirements of GOST30515-2013 and Grade CEM II/A-G32,5 B cement to comply with GOST31108-2020. Keywords

Burned rock, granulated blast furnace slag, active mineral additive, pozzolanic reaction, electron microscopy, physical and mechanical properties of cement. Acknowledgements

The work was performed within the framework of the state research assignment of the Siberian Federal University, Project No. FSRZ-2023-0009. For citation

Kulikov B.P., Manujlov E.V., Larionov L.M., Konstantinov I.L., Voroshilov D.S. Research into properties of burnt rock from coal mine dumps to assess the possibility of its use as an active mineral additive in cement production. Ugol'. 2024;(10): 17-23. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041 -5790-2024-10-17-23.

ВВЕДЕНИЕ

Разработка угольных месторождений сопровождается генерацией значительных объемов отходов, негативно влияющих на окружающую среду, но содержащих и полезные элементы, которые можно использовать в различных отраслях производства [1, 2]. При шахтной разработке угольных месторождений пустую породу с примесью угля складируют в искусственные насыпи - терриконы. Из-за деятельности бактерий, живущих в отвалах породы, в терриконе возникает горение с выделением в атмосферу угарного газа, сероводорода и других веществ, разносящихся по местности, окружающей отвалы, вредно влияющих на здоровье человека, животный мир, почвенный и растительный покров, снижающих продуктивность лесных и сельскохозяйственных угодий. Наиболее перспективно использовать отходы угледобычи для производства строительных материалов, например бетона, в состав которого входят различные комплексные соединения. В работах [3, 4, 5] описаны варианты введения в состав бетонов различных видов отходов с целью их утилизации и снижения себестоимости строительных материалов.

Группу отходов угледобычи представляют горелые породы (ГП) из-за горения угольных пластов и аналогичные им перегоревшие отвальные шахтные породы. Они обладают гидравлической активностью и с небольшой добавкой гипса могут служить активными минеральными добавками (АМД) для производства низкомарочных бетонов и растворов, например как гидравлические добавки в количестве до 20% к портландцементу и 25-40% к пуццолановому цементу. В работе [6] приведены результаты применения ГП для изготовления строительных стеновых материалов и для ограждающих конструкций. Источники [7, 8, 9] описывают перспективы применения в цементах золошлако-

вых отходов, образующихся при сжигании угля на тепловых электростанциях.

Несмотря на накопленную базу знаний по применению АМД [10], поиск новых эффективных добавок для производства цемента актуален, требует дальнейших исследований, особенно с привязкой к конкретным угольным месторождениям, т.к. каждое из них отличается от других химическим составом образующихся отходов.

Целью работы явилось изучение возможности использования в качестве АМД при производстве цемента горелой породы угольных месторождений Черемховского района Иркутской области. Значительный запас восьми терриконов этого месторождения, по ~ 140-150 тыс. куб. м в каждом, делает ГП перспективным сырьем для производства цемента и строительных материалов на его основе.

Для достижения поставленной цели в работе решали следующие задачи:

- изучение состава, структуры и свойств горелой породы терриконов Черемховского месторождения угля;

- экспериментальная оценка применения горелой породы в качестве активной минеральной добавки при производстве цемента и последующее определение его свойств.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В исследованиях использовали ГП Черемховского района (рис. 7), образовавшиеся в результате самовозгорания угля в терриконах по механизму, описанному в работе [11 ].

Рентгенофазовый анализ (РФА) проводили на рентгеновском дифрактометре Shimadzu XRD-7000 в Cu Ka излучении. Рентгенограммы снимали в диапазоне углов 28 от 5° до 70° с шагом 0,03 градуса, скорость сканирования составляла 1,5 градус/мин. Для анализа применяли программу информационно-поисковой системы (ИПС) РФА с использованием базы данных рентгенофазовых стандартов минералов PDF2 для идентификации фаз и количественного РФА по мультирефлексному методу «корундовых чисел».

Петрографическое исследование ГП выполнено на цифровом поляризационном микроскопе Альтами ПОЛАР 1 в проходящем и поляризованном свете.

Электронномикроскопические исследования проводили на базе сканирующего электронного микроскопа Tescan Vega III SBH (Tescan, Чехия) с интегрированной системой микроанализа Oxford X-Act (Oxford Instruments). При исследованиях применяли: систему пробоподготовки образцов

Quorum Q150RES и форвакуумный насос PFEIFFERDUO 6M. Стандартным образцом служил Co (MAC, reg. no. 9941 Co). Электронно-микроскопические исследования выполняли по ГОСТ Р ИСО 22309-2015.

Строительно-технические свойства клинкеров с АМД в виде ГП или доменного гранулированного шлака (ДГШ) изучали на цементах лабораторного помола. Физико-механические испытания полученных цементов проводили по ГОСТ 310.1-76 и ГОСТ 310.4-81. При лабораторных исследованиях цементов с добавкой ГП сначала оценивали гидравлическую активность ГП по ГОСТ 25094-2015. Затем изучали механические свойства цемента лабораторного помола при замене ДГШ, используемого в ОАО «Ис-китимцемент» в качестве АМД, на ГП Черемховского месторождения. Помол ГП вели в барабанной мельнице типа МБЛ. Введение в клинкер ГДШ и ГП проводили при помоле клинкера с гипсом и добавкой в количестве 5, 10, 15 и 20% (масс.) на получение портландцемента марки ЦЕМ II /А первой группы по эффективности пропаривания. Испытания выполняли по ГОСТ 310.1-310.3-76, ГОСТ 310.4-81, ГОСТ 310.6-85, ГОСТ 30744-2001.

Минералогический и химический составы ГП представлены в табл. 1,2.

Таблица 1

Минералогический состав ГП шахтных отвалов угольных месторождений Черемховского угольного бассейна

Mineralogical composition of the burnt rock from mine dumps of the deposits in the Cheremkhovsky coal basin

Формула Название минерала Содержание минерала, %, (масс.)

SiO2 Quartz 44,0

SiO2 Tridymite 0,52

SiO2 Cristobalite 12,5

Mg2(Al4Si5O18) Indialite 9,26

Fe O 2 3 Hematite 4,72

NaAlSi3O8 Albite 7,31

CaSO4 Gypsum anhydride 2,52

Al4.95Si1.05 O9.52 Mullite 14,2

CaCO3 Calcite 1,63

CaSO4 2H2O Gypsum 3,1

Рис. 1. Террикон (а) и образцы горелой породы (б) Fig. 1. The waste pile (а) and samples of the burnt rock (б)

Таблица 2

Химический состав ГП, рассчитанный по содержанию кристаллических фаз, % (масс.)

Chemical composition of the the burnt rock calculated by the content of crystalline phases, % (wt.)

O C H S Si Al Mg Na Ca Fe

50,50 0,19 0,07 1,17 32,6 8,48 0,76 0,64 2,11 3,30

По данным кристаллооптического анализа (рис. 2), кварц в горелой породе присутствует в виде самостоятельной фазы и в составе цементирующей массы, имеет вид прозрачных бесцветных зерен иногда желтовато-бурых из-за обохренности гематитом и лимонитом, форма зерен неправильная, размер 0,2-0,4 мм, изредка до 5 мм, погасание волнистое. Кроме подтеков гематита в зернах кварца отмечаются едва различимые (из-за малых размеров ~ 0,01 мм) включения игловидных зерен муллита. Гипс присутствует в виде самостоятельной фазы и в составе цементирующей массы в виде зерен неправильной формы размером до 0,5 мм, расположен среди обломков кварца бесцветными или буроватыми агрегатами из-за пленки гематита. Цементирующая масса сложена кварцем, гипсом, муллитом, гематитом и лимонитом. Гипс и муллит составляют тонкозернистый агрегат, среди которого они трудно различимы даже при большом (400х и 600х) увеличении.

Сканирующей электронной микроскопией и микрорентгеноспектраль-ным анализом (МРСА) показано, что ГП представляет собой тонкослоистый агрегат крупных зерен кварца и алюмосиликатов, сцементированных обломками меньшего размера аналогичного минерального состава (рис. 3, табл. 3).

Исследования состава и структуры показали, что ГП обладает пуццолано-вой активностью благодаря активным алюмосиликатам (муллит, альбит) и аморфной фазе [12, 13, 14]. Кристал-лооптические исследования цементного камня, полученного с добавкой ГП, выявили новые фазы на границах между крупнообломочным заполнителем и связующим материалом, синтез которых обусловлен взаимопроникновением наполнителя и цементирующей массы, повышающим вяжущие свойства цемента. Также отмечено образование реактивной зоны на границах раздела между за-

Рис. 2. Структура ГП в проходящем (а, в, г) и поляризованном (б) свете: 1 - гипс, 2 - кварц, 3 - гематит

Fig. 2. Structure of the burned rock in transmitted (а, в, г) and polarised (б) light: 1 - gypsum, 2 - quartz, 3 - hematite

Рис. 3. Топографическое изображение двух участков пробы ГП, полученное методом сканирующей электронной микроскопии (BSE-изображение) Fig. 3. Topographic image of two areas of the burnt rock sample obtained by scanning electron microscopy (BSE-image)

Таблица 3

Химический состав частиц, выделенных на рисунке 3, масс. %

Chemical composition of particles identified in Fig. 3, wt. %

Спектр Минерал Si Ti Al Fe Mg Ca Na K O

94 Полевой шпат 29,34 - 9,54 - - - 0,82 14,89 45,41

95 Полевой шпат 29,47 - 9,35 - - - 0,86 14,62 45,7

96 Полевой шпат 28,79 - 9,07 1,41 - - 0,61 12,99 44,29

97 Апатит - - - - - 38,4 - - 38,16

98 Полевой шпат 30,51 - 9,59 - - - 1,12 12,56 46,21

99 Полевой шпат 29,87 - 9,31 - - - 0,79 14,67 45,36

100 Гранат 15,66 - 12,93 13,42 14,04 - - - 43,95

101 Кварц 46,84 - - - - - - - 53,16

102 Полевой шпат 28,54 - 10,61 1,98 0,96 0,76 1,62 9,1 46,43

103 Полевой шпат 29,65 - 9,4 - - - 0,92 13,93 46,10

104 Кварц 48,3 - - - - - - - 51,70

105 Кварц 47,48 - - - - - - - 52,52

106 Каолинит 24,45 - 19,46 3,12 3,42 - - 1,53 48,02

107 Кварц 47,66 - - - - - - - 52,34

108 Полевой шпат 29,16 - 9,29 - - - 0,49 13,46 45,58

124 Рутил 5,29 51,67 0,96 - - - - - 42,09

125 Рутил 23,89 25,8 - 0,59 - - - - 49,73

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

126 Полевой шпат 30,57 - 9,92 - - - 2,75 9,88 46,88

127 Кварц 47,02 - - - - - - 52,98

128 Полевой шпат 31,29 - 9,58 - - - 1,35 12,15 45,63

129 Полевой шпат 31,72 - 10,51 - - - 1,78 10,81 45,18

130 Каолинит 23,83 - 20,86 3,76 1,28 - 0,57 1,66 48,04

131 Полевой шпат 29,99 - 9,18 - - - 0,93 14,45 45,44

132 Кварц 47,24 - - - - - - - 52,76

133 Кварц 47,84 - - - - - - - 52,16

134 Полевой шпат 29,95 - 9,62 - - - 0,98 13,44 46,02

135 Кварц 47,88 - - - - - - - 52,12

136 Кварц 46,9 - 0,56 - - - - - 52,54

137 Полевой шпат 30,22 - 9,32 - - - 1,56 11,27 47,63

138 Слюда 24,78 - 18,15 3,06 1,21 - - 3,42 49,38

Примечание: суммы элементов приведены к 100%.

Таблица 4

Показатели активности горелой породы

Activity indicators of the burnt rock

Показатели Минимум Максимум Среднее Норма

Прочность образцов после пропаривания, МПа

- при изгибе 2,0 2,7 2,2 > 1

- при сжатии 11,6 12,5 11,8 > 3

Конец схватывания от начала затворения, сутки 5,5 7,0 6,0 > 7

Расширение образцов цилиндров через 15 суток, мм 4,5 5,2 4,9 > 15

Водостойкость - 3 - > 3

полнителем и связующим материалом. В микроструктуре идентифицированы также появление игловидных фаз, пронизывающих как кластический, так и цементирующий материал исследуемого цемента, а также формирование новообразований в виде удлиненных элементов, связывающих материал.

Результаты оценки гидравлической активности горелой породы, выполненной по ГОСТ 25094-2015, представлены в табл. 4 (нормы взяты по ТУ 21-26-14-90).

Прочность затвердевшего камня из затворенной водой смеси портландцементного клинкера (ПЦК) с ГП (12 МПа) после пропаривания превышала прочность камня из ПЦК и молотого кварцевого песка (8 МПа). Оценка пуццолано-вой активности дает представление о потенциальных возможностях изучаемой комбинации цемент-ГП. Более полному раскрытию этого потенциала могут способствовать механическое воздействие и тепловлажностная обработка образца в период образования цементного камня [15, 16].

Lo о з-

3

v§ £

IB

Ф U

Ф

<U 01

® —

J тз

= Ü

5 ф

Н -м

и ^

¡s а

¡г £

о Ф

£ §

X и

<и J IB CQ I-u >s о ca u <V

s

¡C и <v

7

Ф

o.

о

"О С

та

О

£W/± 'Я±Э0Н±01/и

o/0 'эинэиэНюоНод

ф

vo

S Ф

S 5

c m

S H

Б I

= §

t -a

° 5

с a

§ O

4 1

2 s a a

ЭИ1ВЖЭ

gujen

ЭИ1ВЖЭ

gujen

ЭИ1ВЖЭ

gujen

ЭИ1ВЖЭ

gujen

ЭИ1ВЖЭ

gujen

J»/jW 'qiaoHxdea ou веняиэНд

800 эхиэ BH

H01B130-1/0W0|J

3 <®

££

m

x u

J I

Ф s

° If

§ i

i? .5 T

vO

I К IV

^ s -.л

i ¡S ?¡ ¿

io<uf со

SIso I-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

S o

m -2 ¡5

H

£ ¡2

к

(V

i " Л t-

c 2 я H

a С o

\o o a

0 5 9 3 6 6

<N O í— о í—

cn cn m ГЛ т т т m со

•f Ll^ 1 г^ 1 1

>.0 >.0 ^ LO г— гм г— СП

2 2 2 2 2 2 2

LO LO m r-^ r^ г-^

l-N 00 rs о г^

3 2 2 2 3 2 2 2

о 00 vo с^ сл 00

LO ^ rt

<N 00 Ll^ Vо о Vо <■0 с^

LO г^ LO со гм

4 4 4 4 ^ ^ 4 4 4

00 <■0 Vо с^ Ll^

VO ю ю Ю ю ю

CS г-^ 1 со 00

CO ro LO LO со ю

3 3 3 3 3 3 3

о es сл с^

ю LO LO LO LO LO LO LO LO

LO C^ г^ VО о с^

гл LO ГО т LO

2 2 2 2 2 2 2 2 2

m сл 00 с^

LO rt ^

cn СП

LO í— т г— т Í— СП

1 1 1 1 1 1 1

<N <N с^ LO 1

cn m т т т т СП СП

3 4 9 9 9 5 7 4

с 3 LO с л гч гч т с л с л

3 3 2 3 2 3 2 2 2

т с^ •f гм

o tj г-^ tj tj по

5 0 о 0 LO 0 5 5 5

ГО Í— о чг Ll^

cn m гл т т 3 СП

0 5 0 5 5 5 0 5

ro <N *— t LÍ1

<N <N со г^ 3 г^ г^ (N

с; с; с; с; с; с;

m m m m m m m m m

* * it it it it it it it

(> (> !) (> !) !) !) !) !)

C1J C1J C1J ф ф ф (U ф (U

el el el CI CI

.o n n п П П n П n

cu cu cu cu CU CU cu CU cu

3 2 3 2 2 2

5 5 5 5 5 5 5 0 0

<N <N r^ <N

>.0 r^

2 2 2 2 2 2 2 2 2

4 ч 4

1 1 □Г 1 3

1_ 1_ 1_ 1_

1 ov ov ov ov ov ov

С 3 С 3 Ю Ю С 3 С 3 rt^

2 2 1 1 1 1 5 5

+ + + + + + + +

V V V V V V V V

00

с с С С с с с С

Результаты сравнительных испытаний добавок к клинкеру АМД в виде ГДШ и ГП на получение портландцемента марки ЦЕМ II /А первой группы приведены в табл. 5. При затворении образцов водой соотношение объемов воды и цемента составляло 0,40.

Из табл. 5 следует, что ввод ГП в количествах 15-20% вместо ГДШ гарантированно обеспечивает получение цемента марки ЦЕМ II /А первой группы ГОСТ 30515-2013 и ЦЕМ II /А-Г32,5 Б по ГОСТ 31108-220. По ГОСТ 31108-2020 цемент с добавкой ГП можно отнести к ЦЕМ II/А-Г 42,5 Н, т.е. к более высокому классу прочности, чем с ГДШ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования состава, физических свойств и структуры горелой породы шахтных отвалов Черемховского месторождения показали возможность ее применения в качестве активной минеральной добавки. Кристаллооптические исследования с определением строения образцов горелой породы позволили установить, что ее активность в контакте с цементом при формировании цементного камня связана с наличием игловидных новообразований, их химическим взаимодействием как со связующей тонкозернистой массой, так и с крупными кластическими зернами. Установлено, что ввод горелой породы в количествах 15-20% вместо гранулированного шлака в условиях АО «Искитимцемент» дает возможность получать цемент марки ЦЕМ II /А по ГОСТ 30515-2013 и ЦЕМ II /А-Г32,5 Б по ГОСТ 31108-2020, т.е. аналогично как и с гранулированным доменным шлаком. Показано, что добавка горелой породы в количествах 5-10% обеспечивает значительный запас активности для марки 400. По ГОСТ 311082020 цемент с добавкой горелой породы можно отнести к ЦЕМ II/А-Г 42,5 Н, т.е. к более высокому классу прочности, чем с гранулированным доменным шлаком. Ввод горелой породы не влияет на сроки схватывания, в то время как ввод гранулированного доменного шлака незначительно замедляет сроки схватывания. Опыт проведенных исследований позволяет рекомендовать их для применения в угледобывающей промышленности и в строительной отрасли.

Список литературы • References

1. Аг^о1а J.F. Chapter 21 - Industrial Waste and Municipal Solid Waste Treatment and Disposal. Environmental and Pollution Science (Third Edition). 2019. pp. 377-391. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-814719-1.00021-5.

2. Eva Pertile, Tomás Dvorsky, Vojtech Václavík, Lucie Syrová, Jakub Charvát, Katerina Mácalová, Lukás Balcarík. The Use of Construction Waste to Remediate a Thermally Аctive Spoil Heap. Appl. Sci. 2023;13(12):7123. https://doi.org/10.3390/app13127123.

3. АгШг Koper, Wtodzimierz Koper, Marcin Koper. Influence of Raw Concrete Material Quality on Selected Properties of Recycled Concrete Аggregates. Procedia Engineering. 2017(172):536-543.

4. Yong-Jic Kim. Quality properties of self-consolidating concrete mixed with waste concrete powder. Construction and Building Materials. 2017(35):177-185. https://doi.org/10.1016/j.conbuild-mat.2016.12.174.

5. АЬга^^ RA, Sokolov M.S., Derevianko S.V. Research of properties of modern construction materials based on industrial waste,

waste wood and metallurgical industries. Key Engineering Materials. 2019;(802):113-124.

6. Стеновые материалы на основе горелых пород / И.Г. Енджиев-ская, Н.Г. Василовская, Г.П. Баранова и др. // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2016. Т. 9. № 4. С. 563-571.

Endzhievskaya I.G., Vasilovskaya N.G., Baranova G.P., Voroshilov I.S. Wall Materials on the Base of Burned Rocks. Zhurnal Sibirskogo federal'nogo universiteta. Seriya: Tekhnika i tehnologii. 2016;9(4):563-571. (In Russ.).

7. Астафьева О.Е. Применение золошлаковых отходов в промышленности строительных материалов // Уголь. 2024. № 2. С. 85-88. DOI: 10.18796/0041-5790-2024-2-85-88.

Astafyeva O.E. Application of ash and slag waste in the building materials industry. Ugol'. 2024;(2);85-88. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2024-2-85-88.

8. Лаухин В.М., Абдрахимов В.З. Экология, цифровая экономика и практические аспекты использования золошлакового материала в производстве пористого заполнителя // Уголь. 2023. № 6. С. 48-54. DOI: 10.18796/0041-5790-2023-6-48-54.

Laukhin V.M., Abdrakhimov V.Z. Environment, digital economy and practical aspects of using the ash and slag materials in production of porous aggregates. Ugol'. 2023;(6);48-54. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790- 2023-6-48-54.

9. Исследование свойств отходов потребления и обогащения угля Кузбасса для использования в качестве сырья для изготовления строительных материалов / Т.Г. Черкасова, Е.А. Шабанов, А.А. Бу-шуев и др. // Уголь. 2023. № 10. С. 89-95. DOI: 10.18796/0041-57902023-10-89-95.

Cherkasova T.G., Shabanov E.A., Bushuev A.A., Tikhomirova A.V., Barantsev D.A. Studying properties of the Kuzbass coal consumption and preparation wastes to be used as feedstock for construction materials manufacturing. Ugol'. 2023;(10):89-95. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2023-10-89-95.

10. Nagrockiene D., Girskas G., Skripkiunas G. Properties of concrete modified with mineral additives. Construction and Building Materials. 2017;(135):37-42.

11. Акулова В.В., Прокопьев Е.С., Алексеева ОЛ. Пирогенез угленосных отложений терриконов Кузнецкого бассейна // Уголь. 2022. № S12. С. 60-66.

Akulova V.V., Prokopiev E.S., Alekseeva O.L. Pyrogenesis of coal-bearing deposits of waste heaps of Kuznetsk Basin. Ugol'. 2022;(S12):60-66. (In Russ.). DOI: 10.18796/0041-5790-2022-S12-60-66.

12. Бердов Г.И., Ильина Л.В., Машкин Н.А. Влияние минеральных добавок на свойства цементных материалов // Современные наукоемкие технологии. 2011. № 1. С. 49-52.

Berdov G.I., Ilyina L.V., Mashkin N.A. Effect of mineral additives on the properties of cement materials. Sovremennye naukoyomkie teлрnologii. 2011;(1):49-52. (In Russ.).

13. Низина Т.А., Балбалин А.В. Влияние минеральных добавок на реологические и прочностные характеристики цементных композитов // Вестник ТГАСУ. 2012. № 2. С. 148-153.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Nizina T.A., Balbalin A.V. Influence of mineral additives on rheo-logical and strength characteristics of cement composites. Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo arkhitekturno-stroitel'nogo universiteta. 2012;(2):148-153. (In Russ.).

14. Bourdot A., Thiery V., Bulteel D., Hammerschlag J.-G. Effect of burnt oil shale on ASR expansions: A petrographic study of concretes based on reactive aggregates. Construction and Building Materials. 2016;(112):556-569.

15. Бердов Г.И., Виноградов С.А., Бернацкий А.Ф. Влияние тепло-влажностной обработки на структуру и свойства цементного камня // Строительные материалы. Май 2017. С. 81-85. Berdov G.I., Vinogradov S.A., Bernatsky A.F. Effect of thermal-humidity treatment on structure and properties of cement stone. Stroitel'nye materialy. May 2017:81-85. (In Russ.).

16. Bassani M., Bertola F., Bianchi M., Canonico F., Marian M. Environmental assessment and geomechanical properties of controlled low-strength materials with recycled and alternative components for cements and aggregates. Cement and Concrete Composites. 2017;(80):143-156.

Authors Information

Kulikov B.P. - Doctor of Chemistry Sciences, Leading Researcher, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, е-mail: [email protected] Manujlov E.V. - Chief Specialist of the Development Department, «Iskitimcement» JSC, Iskitim, 633209, Russian Federation, е-mail: [email protected]

Larionov L.M. - Research Engineer, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, е-mail: [email protected]

Konstantinov I.L. - PhD (Engineering), Senior Researcher of the Laboratory of Low Carbon Metallurgy and Power Engineering, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, е-mail: [email protected] Voroshilov D.S. - PhD (Engineering), Head of the Laboratory of Physicochemistry of Metallurgical Processes and Materials, Siberian Federal University, Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation, е-mail: [email protected]

Информация о статье

Поступила в редакцию: 31.07.2024 Поступила после рецензирования: 16.09.2024 Принята к публикации: 26.09.2024

Paper info

Received July 31,2024 Reviewed September 16,2024 Accepted September 26,2024

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.