ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕШЛАМОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

Гурьева В.А.¹, Бутримова Н.В.², Дорошин А.В.³, Дубинецкий В.В.⁴, Вдовин К.М.⁵

¹ORCID:0000-0003-1871-2527, Доктор технических наук, Оренбургский государственный университет, ²ORCID:0000-0002-7804-5554, Кандидат педагогических наук, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ, ³ORCID:0000-0001-7468-1353, Аспирант, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ, ⁴ORCID:0000-0002-3116-9496, Аспирант, Бузулукский гуманитарно-технологический институт (филиал) ОГУ, ⁵ORCID:0000-0003-2400-8042, Аспирант, Оренбургский государственный университет

ЭКОЛОГО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ПРИМЕНЕНИЯ НЕФТЕШЛАМОВ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

Аннотация

Целью нашего исследования было изучить нефтяные промышленные отходы месторождений Оренбуржья и разработка на их основе ресурсосберегающих технологий строительных материалов. Исследованы минералогический и гранулометрический составы техногенного сырья – бурового шлама Пашийского месторождения и глинистого сырья Бузулукского месторождения, гидрохимический анализ воды. В результате проведения экспериментов в зависимости от состава сырьевой смеси и различной температуры обжига выявлены закономерности изменения основных свойств строительной керамики: водопоглащение, плотность, предела прочности при сжатии.

Ключевые слова: гидрохимический анализ воды, буровой шлам, двухкомпонентная шихта, строительная керамика.

Gurieva V.A.¹, Butrimova N.V.², Doroshin V.A.³, Dubinetsky V.V.⁴, Vdovin K.M.⁵

¹ORCID:0000-0003-1871-2527, PhD in Engineering, Orenburg state University, ²ORCID:0000-0002-7804-5554, PhD in Pedagogy, Buzuluk humanitarian-technological Institute (branch) OSU, ³ORCID:0000-0001-7468-1353, Postgraduate student, Buzuluksky Humanities Institute of technology (branch) OSU, ⁴ORCID:0000-0002-3116-9496, Postgraduate student, Buzuluksky Humanities Institute of technology (branch) OSU, ⁵ORCID:0000-0003-2400-8042, Postgraduate student, Orenburg state University

ENVIRONMENTAL AND ECONOMIC EFFECTS OF SLUDGE IN THE PRODUCTION OF CERAMIC BRICKS

Abstract

The aim of our study was to investigate the oil fields of the Orenburg industrial waste and the development of their resource-based building materials technologies. Studied mineralogy and particle size distribution of technogenic raw material - cuttings Pashiysky deposits and clay raw materials Buzuluksky deposits, hydro-chemical analysis of water. As a result of experiments, depending on the composition of the raw mix and different patterns of change in the basic properties of building ceramics firing temperature identified: water absorption, density, tensile compressive strength.

Keywords: hydrochemical analysis of water, drill cuttings, a two-component mixture, of construction ceramics.

В ходе производственной деятельности предприятий нефтяной промышленности образуются промышленные отходы - нефтяные шламы, которые накапливаются в открытых амбарах-накопителях. Накопление и хранение нефтешламов происходит десятилетиями, и на протяжении всего этого времени они оказывают негативное воздействие на воздух, почву, подземные воды и локальные биоценозы.

Шламы представляют собой уникальный техногенный продукт, особенность которого технологическая пригодность к производству строительных материалов широкой номенклатуры общестроительного и специального назначения. Химико-минералогический состав нефтешламов в рамках одного месторождения имеет постоянную стабильность, так как процесс нефтеперегонки и сбора состоит из аналогичных по назначению и принципу действия операций.

Наиболее распространенными загрязнителями поверхностных вод являются нефтяные углеводороды (нефтепродукты), фенолы, аммонийный и нитритный азот, соединения тяжелых металлов и другие вещества. Они вызывают изменение физических и органолептических свойств (нарушение прозрачности, окраски, запахов, вкуса), увеличение содержания сульфатов, хлоридов, нитратов, токсичных тяжелых металлов, болезнетворных бактерий и других загрязнителей, сокращение растворенного в воде кислорода [1].

Проведя исследования водной среды на территории Первомайского района Оренбургской области, где располагается Зайкинское нефтяное месторождение, определен уровень концентрации типичных загрязняющих веществ в поверхностных водах (табл. 1).

Таблица 1 – Результаты гидрохимического анализа вод рек в зоне влияния Зайкинского нефтяного месторождения Оренбургской области

 

По результатам исследования уровень загрязненности поверхностных вод в районе месторождения считается умеренно загрязненным, что свидетельствует об ухудшении экологии и качества воды.

В ходе исследований изучен элементный состава сырья для производства керамического кирпича и возможность утилизации бурового шлама, как промышленного отхода нефтяной отрасли. Минеральный состав бурового шлама является сложным. Большую его часть составляют частицы кальция в виде карбоната. Относительно меньше содержание в шламе доломита, барита, аргонита, слюд, магнезита, так же присутствуют полевые шпаты, барит, гипс, слюда, гидрослюды, глинистые минералы в виде каолинита. Анализ элементного состава буровых нефтешламов и глины, был произведен на растровом электронном микроскопе JEOL-6390A (табл. 2).

 

Таблица 2 – Элементный состав буровых нефтешламов и глины Бузулукского месторождения

Химический элемент	Масса бурового шлама, %	Масса глины, %
С	13,16	5,19
О	11,61	28,68
Мg	0,26	2,19
Al	0,94	12,61
Si	2,22	32,82
S	10,12	10,12
Cl	2,48	-
K	3,94	3,48
Ca	49,32	7,32
Fe	5,94	5,94

 

Эксперименты проводились на основе двухкомпонентной и трехкомпонентной системы. В качестве исходных компонентов исследования использовались сырьевые материалы - нефтяные отходы Бузулукского района: буровой шлам Пашийского месторождения с горизонта 3700-3850 м, находящийся на исследуемых территориях; глинистое сырье из карьера г. Бузулука, которое используется в настоящее время на заводе для производства кирпича; бытовой отход в виде стеклотары. Для использования последнего в эксперименте в качестве плавня стеклотара подвергалась тонкому помолу до остатка на сите 0063 не более 1-3% [2].

На первом этапе в соответствии с методикой эксперимента проводилась разработка составов двухкомпонентной системы в зависимости от состава сырьевой шихты «глина – буровой шлам» и режима обжига. Оптимизации шихты проводилась приготовлением смесей в виде формовочных масс, в которых количество техногенного сырья составляло от 0 до 100 %. Сырьевые материалы, смеси, образцы подготавливались по стандартной методике. На основании математической обработки полученных результатов получены уравнения регрессии, по которым построены графические зависимости в координатах «состав – температура обжига – свойство» (рис.1).

Рис.1 -  Изменение свойств в системе «состав – температура обжига – свойство» на основе нефтешлама в зависимости от температуры обжига -●- - 1000 ^оС; -■- - 1050 ^оС; -▲- - 1100 ^оС; -□- - 1150 ^оС; -♦- - 1200 ^оС

 

Качественной характеристикой процесса спекания принят определенный диапазон водопоглощения, который для изделий строительной керамики (стеновые, отделочные, кровельные и т.д.) в соответствии с нормативными документами характеризуется интервалом в пределах 18 - 20 %. На графиках пунктиром отмечено значение водопоглощения менее 20 %. Данное значение является контрольной точкой при оптимиза­ции керамической шихты и позволяет определить с учетом полученных значений усадочных деформаций, среднюю плотность и прочность при сжатии рационального диапазона изменения техногенного сырья (бурового шлама) в двухкомпонентной шихте - на основе легкоплавкой глины  - до 50 % при определенной температуре обжига.

Для формования образцов нефтяной шлам предварительно высушивался. Сырьевые материалы трехкомпонентной системы (нефтяной шлам, стеклобой и глина) дозировались в различном процентном отношении согласно матрице планирования эксперимента.

Анализ результатов физико-механических свойств керамических образцов, в которых содержание нефтешламов увеличено до 50% по массе, показывает снижение предела прочности при сжатии до 16,31 МПа (табл.3).

 

Таблица 3 - Физико-механические свойства керамических масс в зависимости от состава шихты

По результатам эксперимента видно, что трехкомпонентная система более эффективна, так как прочность керамики выше на 50% по сравнению с массами без стеклобоя.

Таким образом, проведенные исследования позволяют утверждать, что применение нефтешламов в качестве вторичного сырья при производстве керамического кирпича позволит не только улучшить экологическую обстановку на месторождениях Оренбургской области, но и получить экономический эффект, который обуславливают следующие кластеры:

1. Высвобождение территорий, отводимых для амбаронакопителей (экономия приведенных затрат на создание амбаров для хранения);
2. Сокращение воздействия химических компонентов нефтешламов на грунтовые и поверхностные воды (снижение затрат на водоохранные мероприятия);
3. Получение новой продукции (керамического кирпича) с меньшими затратами на добычу из недр сырья (глины) и сохранение его природных запасов по сравнению с традиционным способом.

Литература

1. Новиков, Ю. В. Методы исследования качества воды водоемов / Ю. В. Новиков, К. О. Ластикина, З. Н. Болдина. – М.: Медицина, 1990. – 400 с. – ISBN 5-225-00352-4.
2. Научно-технический и производственный журнал «Строительные материалы» №4 / В.А. Гурьева, В.В. Дубинецкий, К.М. Вдовин–2015. – 93 с. -ISSN0585-430X.

References

1. Novikov, Yu. V. Methods of study the water quality of water bodies / Y. V. Novikov, K. O. Plasticine, Z. N. Boldin.[Methods of study water quality of reservoirs]– M.: Medicine, 1990. – 400 S. – ISBN 5-225-00352-4. [in Russian]
2. Scientific-technical and production journal «Building materials», No. 4 / [Building materials]V. A. Gurieva, V. V. Dubinetsky, K. M. Vdovin -2015. – 93 p. - ISSN 0585-430X.[in Russian]