книги из ГПНТБ / Новопашин А.А. Минеральная часть поволжских сланцев. Теоретические основы формирования строительных материалов и опыт применения их в строительстве
.pdfМПС СССР |
МВССО РСФСР |
|
«Главсредневолжскстрой» |
Куйбышевский |
инженерно- |
|
строительный |
институт |
А. А. НОВОПАШИН
МИНЕРАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ПОВОЛЖСКИХ СЛАНЦЕВ
Т е о р е т и ч е с к и е о с н о в ы ф о р м и р о в а н и я с т р о и т е л ь н ы х м а т е р и а л о в и о п ы т п р и м е н е н и я и х
вс т р о и т е л ь с т в е
Куйбышевское книжное издательство 1973
H 0—3—2—9 73
M148<03) — 73
6C3
H74
Книга «Минеральная часть поволжских сланцев» имеет целью определение рациональных путей комплексного исполь зования минеральных остатков после добычи и переработки горючих сланцев в строительстве и промышленности строи тельных материалов. Для более глубокой интерпретации про цессов формирования отходов горелых пород, шлаков и слан цевых зол, их свойств и способов переработки в строительные материалы автором разработаны новые теоретические поло жения, основанные на связи свойств минеральных кислород ных соединений с такими структурно-энергетическими показа телями, как ионная плотность, энергия связи между ионами, размер иона и координация.
Лабораторными и производственными исследованиями ус
тановлена |
возможность |
использования |
пустых шахтных |
по |
|
род для |
изготовления |
аглопорита, горелых пород — для |
изго |
||
товления |
минеральной |
ваты, известково-глинитного |
вяжущего |
||
и заполнителя в бетонах, сланцевых |
пылевидных |
зол — для |
приготовления золопортландцементов, известково-зольных це ментов, ячеистых бетонов и строительных растворов. Подсчи тано, что при организованном использовании сланцевых отхо дов можно в несколько раз увеличить добычу сланца и полу чить значительный экономический эффект.
Гос. публичная научно - TttxHH-;». кая библиотека ССОИ
ЭКЗЕМПЛЯР ЧИТАЛЬНОГО З А Л А
Куйбышевское книжное издательство, 1973 г.
ПРЕДИСЛОВИЕ
Грандиозные планы жилищного, культурного и промышленного строительства, намеченные XXIV съездом КПСС, требуют от строи тельной индустрии значительного напряжения сил и средств. Не прерывно растущие объемы работ обусловливают необходимость соответствующего расширения материальной базы и в первую оче редь бесперебойного обеспечения строительства строительными материалами. Вместе с тем с увеличением капитальных затрат на строительство особо остро встает проблема снижения его сто имости.
Решению этих задач в значительной степени должно способст вовать разумное и эффективное использование различных про мышленных отходов, в больших количествах получаемых в метал лургической, энергетической и химической промышленности. Пока транспортировка и складирование этих отходов тяжелым бременем ложатся на стоимость основной продукции, но при разумном ис пользовании отбросы могут превратиться в ценный продукт и вме сто убытков приносить значительный доход народному хозяйству страны.
В Среднем Поволжье имеются различные промышленные отхо ды, пригодные для использования в строительстве, но, бесспорно, и по количеству, и по качеству первое место среди них занимают от ходы от добычи и переработки кашпирских сланцев: пустые и го релые породы, шлаки и топливные золы. Строители в Среднем По волжье накопили некоторый опыт по их эффективному примене нию.
Издание предлагаемой вниманию читателя работы А. А. Новопашина «Минеральная часть поволжских сланцев», обобщающей
результаты исследований по изучению свойств сланцевых |
отходов |
и опыт их применения в строительстве, принесет большую |
пользу. |
В книге в доступной, но достаточно глубоко научной форме |
излага |
ются теоретические основы переработки минеральных отходов в строительные материалы, описываются свойства сланцевых горе лых пород и топливных зол, приводятся примеры их применения в строительстве и даются рекомендации по комплексному использо ванию.
Работа рассчитана на широкий круг инженерно-технических ра ботников в области строительства и производства строительных материалов и изделий.
С. И. Пашков,
начальник «сГлавсредневолжскстроя»
3
ГЛАВА I . |
ОБЩИЕ |
СВЕДЕНИЯ |
О СЛАНЦАХ И ИСПОЛЬЗОВА |
ИХ |
МИНЕРАЛЬНОЙ |
ЧАСТИ |
Горючие сланцы — весьма распространенные полезные иско паемые. Залежи их встречаются во многих странах Европы, Азии, на Американском континенте и других местах земного шара. Круп ные месторождения горючих сланцев имеются и в СССР: в Эстонии
и Ленинградской области, под |
Москвой и |
в Горьковской |
области, |
|||||
в Чувашии и Башкирии, Белоруссии и Молдавии, Закавказье |
и Си |
|||||||
бири. |
|
|
|
|
|
|
|
|
В районе Среднего Поволжья отложения сланцев широкой по |
||||||||
лосой тянутся вдоль реки Волги от г. Ульяновска |
до г. Саратова и |
|||||||
в междуречье Волги и Урала |
(рис. 1). Общая |
площадь |
залега |
|||||
ния сланцев достигает 1000 км2 , а запасы исчисляются |
миллиарда |
|||||||
ми тонн. Только в разведанных месторождениях: |
Ундорском — в |
|||||||
Ульяновской |
области, Кашпирском •— в Куйбышевской, Савельев |
|||||||
ском— в Саратовской и Общесыртском — на |
стыке |
Куйбышев |
||||||
ской, Оренбургской, Саратовской и Уральской |
областей |
зареги |
||||||
стрированы |
запасы сланцев в |
количестве |
более |
10 |
млрд. |
тонн |
||
(табл. 1.1), |
что по теплотворной способности |
соответствует |
при |
мерно 2,5 млрд. тонн каменного угля или 1,5 млрд. тонн нефти.
По данным А. Н. Розанова и М. Д. Залесского, горючие слан цы этих месторождений однотипны по составу. По характеру орга нической части слаицы делятся на две группы: сапропелевые, пред ставляющие собой донные отложения древнего моря, и сапропеле- во-гумусовые, содержащие кроме сапропелевого вещества элемен ты наземных растений (тонкоизмельченные стеблевые ткани, сгустки гумусового вещества, пыльца, кутикулы и т. п.). Минераль ная часть сланцев состоит из глины и зерен алевритовой фракции с примесью карбонатов кальция. Пласты сланцев переслаиваются мергелистыми и битуминозными глинами, содержащими более или менее сохранившиеся раковины аммонитов и белемнитов.
Разработка залежей горючих сланцев, начатая в 20-х годах по инициативе Владимира Ильича Ленина, в предвоенные годы до стигла значительного развития. Успешно эксплуатировались три месторождения: Ундорское — в районе г. Ульяновска, Кашпирское — около г. Сызрани и Савельевское — в Саратовской области. Велись интенсивные разведки на Общем Сырте, где залегание сланцев оказалось наиболее богатым.
4
Услоіные овоэначения:
Освоенные месторождения -1-Унаорс/іое,
2- кашпирслоР,
3- Сабельеаское
Рис. 1. Месторождения горючих сланцев в Поволжье.
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1.1 |
Запасы и характеристика |
горючих |
сланцев в основных |
|
||||||
|
месторождениях |
Среднего |
Поволжья |
|
|
||||
М е с т о р о ж д е н ия |
|
Категория запасов, млн. тонн |
|
Теплотворная |
З о л ь |
||||
|
|
|
|
|
|
|
способность, |
||
|
|
с, |
|
|
|
с 2 |
ность, |
||
|
|
|
|
|
|
ккалікг |
|||
|
|
|
|
|
|
% |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общесыртское |
567,7 |
1426,2 |
— |
|
1993,9 |
4165,0 |
1410—3120 |
54—76 |
|
Ундорское |
|
45,5 |
354,2 |
399,7 |
210,2 |
1000—4050 |
37—80 |
||
Савельевское |
55,7 |
154,6 |
330,4 |
540,4 |
— |
1000—4660 |
37—82 |
||
Кашпирское |
62,8 |
93,9 |
12,1 |
168,8 |
207,8 |
800—3600 |
45—80 |
||
И т о г о |
686,2 |
1720,2 |
696,7 |
3102,8 |
4583,0 |
|
|
Открытие в Поволжье крупных залежей нефти и газа выдвину ло этот район в число основных тошшвоснабжающих районов Со ветского Союза. На базе нефти и газа выросла мощная химическая промышленность, развитие которой в значительной мере способст вовало превращению этого некогда аграрного района - в промыш ленный.
Горючие сланцы не смогли конкурировать с нефтью и газом ни как топливо, ни как химическое сырье. В результате были полно стью законсервированы шахты в Ульяновской и Саратовской обла стях и резко уменьшена добыча сланцев в Куйбышевской области.
В настоящее время добыча |
сланца в Поволжье производится толь |
|||||||
ко на |
Кашпирском месторождении — для |
удовлетворения потреб |
||||||
ностей сланцеперегонного завода в пос. |
Кашпир |
и |
Сызранской |
|||||
ТЭЦ. |
Общее |
количество |
добываемого |
сланца |
не |
превышает |
||
1,2 млн. тонн в год. |
|
|
|
|
|
|
||
Ценность |
поволжских |
сланцев |
заключается в |
неглубоком их |
||||
залегании, облегчающем |
добычу, |
и в специфическом составе орга |
нической части. Изучение химической природы органического ве щества, проводившееся в 1953—1954 гг. Всесоюзным научно-иссле довательским институтом по переработке сланцев (ВНИИПС) и Институтом горючих ископаемых АН СССР, показало, что слан цевая смола, полученная в прямоточно-пиролизном генераторе, со держит вещества, которых мало или совсем нет в нефти. Пример ный состав сланцевой смолы таков: ароматические углеводороды и типосоединения— около 46%; полимеры, асфальтены и проч.— около 24%; кислородные и сернистые соединения — до 18%; кис лые и основные соединения — до 10%; парафиновые, олефиновые и нефтеновые соединения — около 2,5%.
Из этой комбинации органических веществ на сланцеперегонном заводе изготовляют чрезвычайно ценные для народного хозяйства препараты, часть которых уникальна и служит предметом экспорта (табл. 1. 2). Надо полагать, что перечень органических продуктов, которые можно изготовлять из сланцевой смолы, отнюдь не ис черпан.
6
|
|
|
|
|
|
Таблица |
1.2 |
Органические |
продукты переработки |
сланца |
|
||||
|
и область |
их применения |
|
|
|
||
Наименование |
продукта |
|
|
Область |
применения |
|
|
Сульфонатриевые |
и сульфоам- |
В |
сланцевом |
деэмульгаторе |
в нефтяной |
про |
|
мониевые соли |
|
мышленности для деэмульсации нефти |
|
||||
Натрий-ихтиол |
|
В сельском хозяйстве для производства крео- |
|||||
|
|
линовой пасты |
|
|
|
||
Мягчитель |
|
В резиновой промышленности для регенерации |
|||||
Флотореагент |
|
резины |
|
|
|
|
|
|
В |
цветной металлургии |
|
|
|||
Ихтиол |
|
В лечебных учреждениях, в ветеринарии |
|||||
Битум |
|
В |
производстве кислотостойких материалов |
||||
|
|
/аккумуляторные баки и т. п./ |
|
||||
Сульфихтон |
|
Экспортный |
продукт |
|
|
|
|
Паста-инсектицид |
|
В сельском хозяйстве для борьбы с полевыми |
|||||
|
|
вредителями |
|
|
|
|
|
Альбихтол |
|
В кабельной промышленности и в качестве |
|||||
|
|
антисептика |
|
|
|
|
|
Пластикат |
|
В кабельной промышленности для замены |
|||||
|
|
дибутилфталата |
|
|
|
||
Крепитель стержневой |
В |
литейном |
производстве |
|
|
||
Перспективы использования |
сланцев |
в качестве |
топлива |
на |
теплоэнергетических станциях также весьма заманчивы. Примером
такого использования может служить мощная |
Прибалтийская ТЭЦ |
|
в г. Кохтла-Ярве, работающая |
на эстонских сланцах. В районе По |
|
волжья, несмотря на наличие |
серии гидроэлектростанций, строит |
|
ся целый ряд ТЭЦ, работающих на отходах |
нефтеперерабатываю |
щей промышленности, попутном газе и привозном каменном угле.
Однако развитие химической промышленности неизбежно |
поста |
||
вит вопрос о необходимости более целесообразного использования |
|||
нефти |
и газа, что обусловит |
перевод ТЭЦ на твердое топливо, ко |
|
торым |
по всему Среднему |
Поволжью может быть только |
сланец. |
К этому нужно готовиться уже сейчас, так как сжигание сланца
порождает |
ряд сложных проблем, основной из которых |
является |
целесообразное использование минеральной части. |
|
|
Сланец |
как твердое топливо относится к категории |
низкокало |
рийных: |
редко теплотворная способность его достигает 4000 ккал/кг, |
|
обычно |
же она колеблется в |
пределах 1300—1500 ккал/кг. |
В соответствии с этим зольность |
сланца изменяется от 50 до 75%. |
Если к этому добавить пустые породы, накопляющиеся в терриконниках, то общее количество минеральных остатков от добычи и пе реработки сланца достигнет 80%.
Эти остатки в виде пылевидной золы, получающейся при сжи гании сланца, шлаков сланцеперегонного завода и горелых пород в терриконниках шахт, создают большие эксплуатационные труд ности, так как их надо транспортировать и складировать. Посте пенно накопляющиеся отвалы отходов занимают значительные пло-
7
щади, пригодные для другого, более целесообразного использова ния; пыль, уносимая ветром, загрязняет окружающую местность, а вода после гидрозолоудаления требует специальной очистки. Вслед ствие этого расходы на золоудаление весьма значительны и дости гают в отдельных случаях 1 руб. 50 коп. на 1 т транспортируемой золы. Газы, выделяющиеся при самовозгорании пустых пород, от равляют атмосферу в прилегающем к шахтам районе. Все это слу жит основанием для вывода, что при широком использовании слан цев необходимо в первую очередь решить проблему утилизации ми неральных остатков от их добычи и сжигания.
Опыт других отраслей промышленности показывает, что наи более крупным потребителем минеральных остатков является про мышленность строительных материалов и строительство, для кото рых шлаки и золы служат сырьем, а иногда и объектом непосред ственного использования. Возможность изготовления из минераль ных отходов стеновых материалов, минеральной ваты и утепляющих засыпок, пористых заполнителей и ячеистых бетонов, а также мест ных вяжущих веществ позволяет одновременно решить две задачи: утилизацию отходов и обеспечение строительства строительными материалами. Особенно большое значение это имеет для заволж ских степей, где для промышленности строительных материалов, кроме суглинков, другого сырья нет.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1.3 |
||
|
Потребность строительных |
организаций |
Поволжья |
|
|||||
|
|
в основных строительных материалах |
|
|
|||||
Название |
материала |
Ед. измер. |
|
|
Потребность по годам |
||||
|
тч |
|
|
J |
1975 |
||||
|
|
|
|
|
|
1970 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Сборный |
бетон |
и железобетон |
тыс. м3 |
4 672.9 |
|
8 508,0 |
|
10 799,0 |
|
Товарный |
бетон |
|
тыс. м3 |
2 925,8 |
|
11 243,4 |
|
13 381,0 |
|
Товарный |
раствор |
тыс. м3 |
1 291,2 |
|
6 597,0 |
|
9 868,0 |
||
Цемент |
|
|
тыс. т |
2 956,0 |
|
8 355,0 |
|
10 645,0 |
|
Пористые |
заполнители |
тыс. м3 |
|
1 304,9 |
|
2 069,0 |
|
2148,0 |
|
Пористые |
засыпки |
тыс. м3 |
|
— |
I |
— |
|
791,0 |
|
Теплоизоляционные материалы |
тыс. м3 |
|
639,3 |
|
705,4 |
|
3 279,0 |
||
Между тем, согласно |
разработкам |
института «Гипростроймате- |
|||||||
риалы», выполненным по заданию плановой комиссии |
Поволжского |
||||||||
экономического района, |
потребность |
в строительных |
материалах |
для обеспечения жилищного, промышленного и культурного строи
тельства непрерывно |
растет (см. табл. 1.3). При этом следует иметь |
|||||
в виду, что в расчет |
не включены потребности Оренбургской |
обла |
||||
сти и Западного Казахстана, прилегающих к району |
залежей |
слан |
||||
ца. Также не учтено обеспечение |
строительными материалами ир |
|||||
ригационных |
работ |
в Заволжье, |
которые должны |
развернуться |
в |
|
ближайшие |
годы, а это создаст |
дополнительную |
потребность |
в |
миллионах тонн гидравлических вяжущих веществ, в миллионах кубометров заполнителей для бетона и в больших количествах других, не менее важных материалов.
8
Надо полагать, что минеральные отходы от добычи и переработ ки сланца могут быть использованы для изготовления многих строительных материалов, то есть они могут оказаться ценным вто ричным сырьем.
В данной работе автор поставил задачей в результате обобще ния материала, накопленного учеными, изучавшими родственные виды вторичного сырья, и собственных многолетних исследований в лаборатории и на производстве наметить основные пути исполь зования минеральной части поволжских сланцев в промышленности строительных материалов и строительстве, с тем чтобы расширить потребление сланцев, этого ценного ископаемого, и тем самым спо собствовать росту экономического потенциала страны.
Основная часть исследований выполнена под руководством ав тора коллективом кафедры строительных материалов Куйбышев ского инженерно-строительного института в период с 1956 г. по на стоящее время. В работе принимали участие кандидаты техниче ских «аук доценты Ю. В. Сухов, Н. К- Хохрин и К. П. Чалкин, асси стенты А. М. Григорова, Н. Ф. Крупникова, инженер И. П. Свищева и лаборанты кафедры и кафедральной лаборатории. По мере надобности для более широкой оценки свойств отходов минераль ной части поволжских сланцев привлекались данные других иссле дователей, изучавших аналогичные виды материалов, а также фа зовые диаграммы бинарных и тройных алюмосиликатных систем.
Активную помощь и участие в производственной проверке и внедрении результатов исследований в промышленность оказали Кашпирское рудоуправление (М. Я. Жуков), совет народного хо
зяйства Средневолжского экономического района (М. |
Г. Чентеми- |
||
ров), управление промышленности |
строительных |
материалов |
|
(В. П. Горных), управление |
капитального строительства КСНХ |
||
(В. П. Белов), тресты № 24, |
№ 25, «Металлургстрой» |
а также ряд |
промышленных предприятий.
Не все из организованных производств работали успешно. Не которые из них прекратили свое существование, в основном, по ор ганизационным причинам, но их опыт, как надеется автор, помо жет избежать многих ошибок в дальнейшем.