ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ НЕФТЯНЫХ ШЛАМОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЛЕГКОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО МАТЕРИАЛА – КЕРАМЗИТА

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты экспериментальных исследований по оценке возможности использования бентонитовых глин Каракалпакстана и нефтешламов Ферганского нефтеперерабатывающего завода в качестве техногенного сырья для получения керамзитового гравия. Определены оптимальные параметры состава шихты (75% бентонита и 25% нефтешлама) и температурного режима обжига (1000–1050°С, выдержка 15–20 мин). Полученный материал характеризуется средней плотностью 0,64 г/см³, коэффициентом вспучивания 2,7, водопоглощением 15,7% и прочностью при сжатии 0,49 МПа. Установлено, что использование нефтешламов способствует снижению энергозатрат и повышению экологической эффективности технологии производства керамзитовых заполнителей строительного назначения.

ABSTRACT

This study presents the results of experimental research aimed at evaluating the potential use of Karakalpakstan bentonite clay and Fergana Oil Refinery sludge as technogenic raw materials for producing expanded clay aggregate. The optimal mixture composition (75% bentonite and 25% oil sludge) and firing conditions (1000–1050°C, 15–20 minutes holding time) were determined. The produced material exhibited an average density of 0.64 g/cm³, a swelling coefficient of 2.7, water absorption of 15.7%, and compressive strength of 0.49 MPa. The findings indicate that incorporating oil sludge reduces energy consumption and enhances the environmental efficiency of expanded clay aggregate production technologies.

Ключевые слова: керамзит, бентонитовых глин месторождения Каракалпакстана, нефтешлам, обжиг, вспучиваемость.

Keywords: expanded clay (keramzite), bentonite clays of the Karakalpakstan deposit, oil sludge, firing, bloating.

Введение. Современные нефтеперерабатывающие заводы являются основным источником постоянного загрязнения, образующего большое количество нефтешламов [1].

Наибольшее количество нефтесодержащих отходов образуется в процессе очистки водоемов теплоэлектростанций, аэропортов, железнодорожных вокзалов и металлургических заводов. Железнодорожные цистерны и очистные сооружения являются источниками большого тонны углеводородных суспензий различных фаз и химического состава [2].

Цель состоит в том, чтобы использовать отходы, образующиеся в результате переработки нефти, которые используются для производства керамзита. Керамзит-один из важных строительных материалов [3].

Нефтяные отходов вызывают основные проблемы экологического экономического характера - хранение отходов на свалках приводит к загрязнению почвы, воды и окружающего воздуха. В настоящее время нефтяные отходы частично используются в качестве сырья [4].

Нефтяные отходы могут бесконечно использоваться в качестве основного ингредиента, добавок и наполнителей при производстве различных строительных материалов и полностью удовлетворяют санитарным требованиям, включая радиологические аспекты [5,6].

Наглядно показана возможность использования современных технологий на нефтеперерабатывающих предприятиях и решения сложной экологической проблемы переработки нефтешламов и использования больших тонн отходов в качестве ценного вторичного сырья для нефти [7].

Нефтешламы представляют собой тяжелые нефтяные остатки и из-за значительного количества нефтепродуктов относят к вторичным материальным ресурсам. Использование шламов в качестве сырья является одним из наиболее эффективных способов утилизации, позволяющим добиться высокого эколого-экономического результата [8].

Целью работы является проведение предварительных экспериментальных исследований использования нефтяных отходов. Для получения керамзита в составе с бентонитовой глиной [9].

Материалы и методы. Бентонит и нефтешламы использовались для проведения экспериментальных исследований в качестве сырья.

Таблице 1.

Химический состав бентонитовой глины и нефтешламы

Результаты химического анализа проб бентонитовых глины и нефтешламы показали следующее:

- Для изготовления керамзитового гравия содержание SiO₂ (% по массе) в алюмосиликатном сырье должно быть не более 70%, по ГОСТ 32026-2012. Фактическое содержание SiO₂ составило 53,37%.

- по фактическому содержанию Al₂O₃ в прокаленном состоянии (от 14,09) % пробы относятся к полукислой группе глинистого сырья (от 14 до 28) %. Для изготовления керамзитового гравия содержание Al₂O₃ (% по массе) должно составлять (Al₂O₃ - 10-25%).

- по содержанию Al₂O₃ в прокаленном состоянии (18,64%) пробы отход угля;

- по содержанию красящих оксидов Fe₂O₃ в прокаленном состоянии (от 1,99 до 5,96) % пробы относятся к группе с высоким содержанием красящих оксидов (св. 3,0 %). Для изготовления керамзитового гравия содержание Fe₂O₃ (% по массе) должно составлять (2,5-12) %.

- Для изготовления керамзитовго гравия содержание СаО (% по массе) должно составлять (не более 6,0%). Фактическое его содержание бентонитовых породы – (1,36) %.

Результаты и обсуждение. При определении массовой доли суммы соединений серы в пересчете на SO₃ в бентонитовых породы из Каракалпакстана установлено, что его содержание составляет (1,36) % при норме не более 2%, что соответствует требованиям O'z DSt 2294:2011 «Сырье глинистое для производства керамических стеновых материалов. Технические условия». Для изготовления керамзитового гравия содержание SO₃ (% по массе) регламентируется не более 1,5%.

Для определения числа пластичности все пробы отдельно измельчали вручную до полного прохождения через сито с сеткой №05 и отбирали навеску массой 50 г из каждой пробы.

Оптимальном составом оказался 75% бентонита 25% нефтешламы. Пластичность массы – 16,6 по ГОСТ 21216.

По результатам определения числа пластичности (от 22 до 23) пробы бентонитовой глины относятся к среднепластичной группе глинистого сырья (число пластичности св.15 до 25). Согласно ГОСТ 9169 (п. 10).

Представленные на испытание бентонитовые глины по химическому составу, содержанию, крупнозернистых включений, вспучиваемосте керамзита и числу по пластичности (соответствуют) требованиям ГОСТ 9169-75, пункт – 10. В связи с этим, было принято решение продолжить испытания на объединенной пробе, которая готовилась путем тщательного перемешивание нефтешламы.

Сырьевые материалы сначала высушивались и размалывались в лабораторной шаровой мельнице до удельной поверхности 1300-1500 г/см². Затем компоненты отвешивались в нужных количествах и насухо перемешивались. После чего в сухую смесь добавлялась вода. Из полученной смеси изготовлялись гранулы 10-20мм.

Отформованные изделия сушили в сушильном шкафу при t=100-110^оС до постоянной массы. Обжиг образцов производили в лабораторной электропечи при следующих температурных режимах: 300^оС; 500^оС; 700^оС с выдержкой при 20 - минут. 900^оС; 1000^оС; 1050^оС с выдержкой при 15-20 минут. (ГОСТ 32026-2012, пункт 7.4.) При каждой температуре. Максимальную температуру обжига керамзита установили по признакам появления блеска на образцах (1000-1050 ^оС). За оптимальную температуру принимали начала слипания гранул. После остывания гранулы, имеющие пористую структуру, при постукивании об стол начинают отделяться друг от друга в области контакта, плотность керамзита: ρ₁-0,62; ρ₂-0,64; ρ₃-0,66; ρ_ср =0,64.

Оптимальная температура обжига для получения керамзита – 1000-1050^оС.

Таблица 2.

Классификация глинистого сырья по вспучиваемости Согласно ГОСТ 32026-2012 п 4.4.

После определяли коэффициента формы зерен керамзита. Метод основан на определении наибольшего и наименьшего размеров зерна керамзита. Коэффициент формы зерен вычисляют путем деления наибольшего размера зерна, на наименьший.

С помощью штангенциркуля определяют коэффициент формы каждого зерна. Штангенциркулям измеряют наибольший и наименьший размеры каждого зерна с погрешностью до 1 мм. Затем вычисляют коэффициент формы (Кф) для каждого зерна по формуле:

К_ф= Д_наиб/Д_наимен; К_ср= 2,7

Для определения водопоглощения, навеску керамзита укладывали в контейнер и медленно погружали в воду, выдерживали в воде в течение 1 час, после чего вынимали и дали стечь воды в течение 10 минут и определяли водопоглашение проб керамзита; W₁-16,2; W₂ -15,4; W₃-15,6; W_ср-15,7%.

Коэффициент вспучивание гранул керамзитовых гравия определяют по ГОСТ 9758.

Объем каждой гранулы керамзита V, см; определяют по формуле V=(πD²/4) h.

Коэффициент вспучивания определяют по формуле К_всп=V₂/V₁.

Установлена что коэффициент вспучивания проб керамзита составляет: К₁=2,6; К₂=3,0; К₃=2,5; К_ср= 2,7.

Проводили испытание керамзита на прочность. Для этого цилиндр с плунжером помешают на плиту гидравлического пресса, сдавливают заполнитель до погружения плунжера. До верхней риска и отмечают показание стрелки манометра.

Прочность при сдавливании керамзита в цилиндре (R_сд), Мпа (кг/см²), вычисляют по формуле: R=P/F.

Испытаниями установлена, что прочность керамзита и его пробы составляет: R₁= 0,453; R₂=0,520; R₃ = 0,506; R_ср=0,493.

По результатом проведенных испытаний установлена, что имеется возможность получения керамзита из бентонитовых глин с отходами нефтяных шламов при оптимальной температуре 1000⁰С 15 – 20 минутной выдержкой.

Заключение. Таким образом, полученные результаты экспериментальных исследований послужат основой для разработки ресурсо-и энергосберегающих технологий производства керамзито-глинистого щебня с использованием нефтешламовых отходов и улучшения экологического состояния зоны Ферганского НПЗ за счет крупномасштабной утилизации нефтяных отходов.

Список литературы:

1. Пауков А.Н. Разработка технологии переработки нефтяных шламов, промышленных и бытовых отходов. дисc.канд.техн.наук. тюмень. 2010. 147 c.
2. Гронь В.А., Коростовенко В.В., Шахрай C.Г., Капличенко Н.М., Галайко А.В. Проблема образования, переработки и утилизации нефтешламов // Успехи современного естествознания. 2013. № 9. C. 159-162.
3. Xurmamatov A.M., Yusupova N.K., Mallabayev O.T., Mirhamitova D.X. Physicochemical Properties of Light Ractions Which Released During the Distillation of Diluted Oil Sludge. Nat. Volatiles & Essent. Oils, 2021, Vol. 8(5), pp. 10688 – 10693.
4. Khurmamatov A.M., Yusupova N.K. The results of determining the fractional composition and physico-chemical properties of oil sludge. Journal "Chemical Industry”, 2019, Vol.96, No.1, pp. 38-42.
5. Khurmamatov A.M., Yusupova N.K., Berdimbetov S.B., Alimov N.P. / “The influence of the solvent quantity on the separation of light hydrocarbon fractions” UNIVERSUM: Технические науки. Выпуск: 6(123) Июнь Москва 2024. Часть 7. С 43-48. https://doi/10.32743/UniTech.2024.123.6.17790
6.  Мингалеева Г.Р., Шамсутдинов Э.В., Афанасьева О.В., Федотов А.И., Ермолаев Д.В. Современные тенденции переработки и использования золошлаковых отходов ТЭС и котельных // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6. URL: http://www.science-education.ru/ru/article /view?id =16475.
7. Khurmamatov A.M., Yusupova N.K., Alimov N.P., Berdimbetov S.B., Khametov Z.M. / “Method for Increasing the Volume of Hydrocarbon Raw Materials through Waste Processing” ISSN 0012-5008, Doklady Chemistry, 2024, Vol. 515, Part 1, pp. 1–7. © Pleiades Publishing, Ltd., 2024. https://doi.org/10.1134/S0012500824600627
8. Ахметов А.Ф., Гайсина А.Р., Мустафин И.А. Методы утилизации нефтешламов различного происхождения. // Нефтегаговое дело. 2011. Т.9. №3. C.98 – 101.
9. Khurmamatov A.M., Burieva Z.R., Yusupova N.K., Mallabaev O.T. Study of physico-chemical properties of technical water of separated oil sludge. Scientific and Technical Journal of the Namangan Institute of Engineering and Technology, 2022, Vol.7, Issue 2, pp. 166-172.