Полимерсерные бетоны

Тип работы: Курсовая работа
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 41 страниц
В избранное:

Ф.4.7-006-02
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

ЮЖНО – КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ им. М.О. Ауезова

Технический институт

Кафедра: Технология строительных материалов, изделий и конструкций

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Композиционные строительные материалы

Специальность: 05.07.30 – Производство строительных
материалов, изделий и конструкций

Тема: Полимерсерные бетоны

Работа защищена Выполнил студент:
Некипелов С.А.
с оценкой
__________ гр. ТН – 04 – 10р

______________

Оценка, дата.
Руководитель: _________ Темиркулов Т.Т.

Нормоконтролер:_________Копжасарова Г.Т.

Комиссия:

Председатель: ________Копжасаров Б.Т.

Члены:_________Темиркулов Т.Т

__________Рисдавлетов Р.А.

ШЫМКЕНТ 2007

Список литературы.

1. М.Ш.Оспанова и др. Полимерсерные бетоны. Г. Тараз 2001г.

2. С.М.Байболов, Ю.К.Красиков и др. Композиционные строительные материалы.

3. Баженов Ю.М. Технология бетона. Учеб. пособие для вузов. – М., Высшая
школа, 1978г.

4. А.Г.Комар Строительные материалы.Москва, Высшая школа, 1976г.

Дата выдачи задания Дата защиты
работы

Руководитель курсовой работы к.т.н.; Темиркулов
Т.Т.

Задание к исполнению принял

Содержание

Аннотация ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...4
Определения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... 6
Обозначения и сокращения ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..6
1. Введение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...7
2. Серосодержащие отходы и добавки ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..10
3. Минеральные наполнители и заполнители ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .16
4. Эффективность и особенности использования отходов переработки фосфатов в
технологии бетонов ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..23
5. Заключение ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .37
Литература ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .38

ЮКГУ 050730 000 ____

ИзмЛист № ПодписьДата
документа
Студент Некипелов ЛитерЛист Листов

Полимерсерные бетоны
Руковод. Темиркуло
в
Зав. каф.Копжасаро
в
Н. контр.Копжасато
ва

1. Введение

Сера находит применение во многих отраслях народного хозяйства нашей
республики. Около 50% серы расходуется на получение серной кислоты, 25% - на
получение сульфидов6 используемых в бумажной промышленности, остальная часть –
на борьбу с болезнями растений, вулканизацию, синтез красителей, производство
спичек, строительство и др.
Впервые использования серы в строительстве в качестве вяжущего в производстве
композиционных материалам относятся к патентам Англии и США 140-летней давности
1. В основу изобретения использовано свойства серы плавится при 112,8 0С, а
при охлаждении ниже этой температуры – кристаллизоваться с приобретением
определенной прочности. Но до 30-х годов ХХ в. Сера использовалась только для
крепления болтов в бетонных фундаментах, стоек перил лестниц и ограждений
балконов. Это было связано с тем, что сера являлось дефицитным веществом, а сам
материал на ее основе получался хрупким и не морозостойким. Эти недостатки были
выявлены, а затем устранены результатами исследований С.П.Реина и В.В.Дюккера
2,3. Они улучшили свойства серных мастик и использовали их для футеровки
травильных ванн в качестве кислотоупорного кирпича. Однако дальнейшего развития
и широкого применения материалы на основе серы не получили из-за двух причин.
Во-первых: они получились по тем временам дорогими по сравнению с цементными
растворами и бетонами, а во-вторых: были вытеснены пластмассами на основе
попутных продуктов переработки нефти, появившимся в 40-х годах. Поэтому в
последующие 25 лет к применению серы как связующего материала для приготовления
мастик, растворов и бетонов почти не возвращались. Только лишь в конце 60-х
годов вновь появился интерес к ней в США и особенно в Канаде, где накопились
большие неиспользованные запасы регенерированной серы и стоимость бетонов на
основе серы оказалась ниже цементных.
В настоящее время перспективность применения серы в строительстве обусловлена
возможностью получения серы из вторичных источников в результате утилизации
серосодержащих отходящих газов, отходов производства. серы и серной кислоты, а
также очистки нефти что особенно важно при быстро развивающейся нефтедобывающей
промышленности Казахстана. Поэтому толчком к резкому увеличению производства
серы будет не только спрос на нее как к сырью, но и как результат усиливающейся
борьбы за охрану окружающей среды от вредного воздействия промышленных газов и
продуктов переработки различных видов сырья.

Лист
Введение

7
Изм. Лист №документподписьдата
а

Из выступления президента Назарбаева Н.А. 5 июля 2000 г. В средствах массовой
информации, в связи с открытием месторождения нефти Каспийского шельфа
Восточного Кашагана: Казахстан войдет в пятерку стран мира по добычи нефти и в
течении 10 ... 15 лет сможет вытеснить Арабские и Африканские страны, а
следовательно увеличатся и ресурсы серы.
Краткий обзор исследований по полимерсерным бетонам, проведенных ха рубежом,
показывает, что в ряде стран выполнен обширный объем научных работ. Изучены
основные свойства серных композиционных материалов, их химическая стойкость в
различных средах, определены рациональные области применения изделий из
полимерсерных бетонов в строительстве. Разработаны нормативные документы,
регламентирующие свойства и технологию. Так, в нормах США ASTMS 386-77
предусмотрена применение серных мастик в качестве химического материала. Ряд
составов и композиций, содержащих серу, запатентован и успешно производится
фирмами в промышленном масштабе. Однако сведения о составах и технологиях
изготовления носят, как правило, рекламный характер и практический не
воспроизводимы. Поэтому с целью широкого применения полимерсерных бетонов в
отечественной практике необходимы комплексные исследования этого специфического
строительного материала и определение его эффективности для различных регионов
Казахстана.
Анализ технической литературы показывает, что полимерсерные бетоны по
прочностным характеристикам занимают промежуточное положение между
высокопрочными цементными и полимербетонами. По химической и диэлектрической
характеристикам они не уступают большинству видам полимербетонам, а по
стоимости значительно ниже их.
Лист
Введение

8
Изм. Лист № подписьдата
документа

2. Серосодержащие отходы и добавки.
Сера. Общее содержание серы в земной коре сравнительно небольшое (около 0.03%),
однако как элемент – анионообразователь она занимает второе место после
кислорода, связывая в виде сульфидов всю массу халькофильных элементов,
составляющих 0.013...0.07% земной коры, и некоторую часть железа в виде пирротина
или пирита.
Характерной геохимической особенностью серы является то, что в земной коре она
содержится главным образом в концентрированном виде. На долю самородной серы,
т.е. встречающихся в виде вкраплений в известняке, мергеле и других минералов,
приходится сравнительно небольшая часть из общего содержания её в земной коре.
Основное её количество находится в природе в виде соединений сульфидного и
сульфатного типов, а также в различном виде в каменном угле, нефти, природном
газе, битумных песчаниках.
Так, например, на Запорожском коксохимическом заводе сера является побочным
продуктом при очистке коксовых газов, что создаёт условие для организации в
этом регионе производства полимерсерного бетона. Поэтому в Днепропетровском
инженерно – строительном институте проводятся исследования промышленных отходов
Запорожской области для получения высокопрочных композиций.
Нефть занимает большое место в топливно-энергетическом балансе республики.
Большая часть запасов нефти в нашей республике является сернистой и
высокосернистой, содержание серы в ней колеблется от 0,02 до 7% Наличие
серосодержащих примесей в топливе (бензине, дизельном топливе и др.) приводит к
коррозии моторов, снижению их мощности и наносит большой вред окружающей среде,
что обуславливает перспективность научных исследований, направленных на
применение извлеченной из нефти серы дан разработки и внедрения полимерсерных
бетонов в строительстве.
Среди различных видов сырья для производства элементарной серы серо
водородсодержащие газы в настоящее время занимают второе место пост самородных
серных руд. Доля серы, производимой из этих газов, непрерывно возрастает. В
последние годы особое значение приобрели улавливание и утилизация
серосодержащих соединений, присутствующих в различных промышленных выбросах.
Они и являются основными загрязнениями атмосферы. В общем мировом производстве
серы доля ее, извлекаемая при очистке указанных выбросов, а также из природных
газов, нефти, углей, горючи сланцев (так называемая попутная сера), будет
непрерывно увеличиваться.
Серу добывают более чем в 50-ти странах мира. В большинстве случаев её
производят в элементарном виде. Основными производителями серы в мир являются
США, Канада, Польша, Мексика, Ирак, Франция и СНГ. На эти страны приходится
около 70% мирового производства серы в капиталистических и развивающихся
странах.
Серосодержащие отходы и добавки Лист

9
Изм. Лист № подписьдата
документа

Все газы, содержащие сероводород можно разделить на природные, технологические
и вентиляционные. С точки зрения выбора технологии очисти этих газов от
сероводорода их удобно разделить на кислородсодержащие и бескислородные.
К группе кислородсодержащих относятся вентиляционные газы различных
предприятий. Содержание сероводорода в этих газах непостоянно, как правило,
невысоко и колеблется в широких пределах (0,03...2 гм3). Это создает
значительные трудности в очистке таких газов, которая осуществляется, главным
образом, с целью обезвреживания выбросов и в дальнейшем, даже при росте их
объема, а также совершенствовании технологии очистки, эту группу врядли можно
рассматривать как значительный источник попутной серы.
Вторая группа бескислородных сероводородсодержаших газов представлена
природными газами, газами нефтедобычи, нефтепереработки и газификации твердого
и жидкого топлив и т.д. Среди них наибольшее практическое значение как сырье
для производства серы имеют природные сероводороде держащие газы.

За последнее время природные сероводородсодержащие газы становятся сырьем для
производства попутной серы в Канаде, Франции, России. В нашей республике
наращивание производства газовой серы происходит за счет ввода в действие
Атырауского нефтеперегонного завода, а именно Тенгизского газоконденсатного
завода.
Сера при температуре 15...20°С является твердым кристаллическим веществом с
пределом прочности на сжатие 15...20 МПа. Твердость элементарной серы по шкале
Мооса 1,5...2,5. Сера относится к хорошим изоляторам тепла, теплопроводность
которой меняется от 0,276 до 0,155 Вт(м-°С) в интегрьале температур 12...96°С.
Электросопротивление серы 1О16...1О17 Ом-см. Механические свойства серы
существенно зависят от температурно-временной предыстории.
Твердую серу нельзя рассматривать как однородный материал и в большей степени
следует считать композиционным материалом, в котором часть аллотропов выполняет
речь наполнителя, а другая часть аллотропов - связующего.
Элементарная сера химически активна и взаимодействует почти со всеми
элементами, за исключением азота, йода, золота, платины и инертных газов.
При комнатной температуре во влажном воздухе сера слабо окисляется с
образованием следов SO2. В воде сера практически нерастворима.
При взаимодействии серы с металлами образуются сульфиды. При комнатной
температуре сера соединяется со щелочными и щелочноземельными металлами.
С железом сера реагирует в присутствии влаги.
Сера взаимодействует с кислотами, не обладающими окислительными свойствами,
растворяется в концентрированной H2SO4. Разбавленная НМОз не реагирует с серой.
Серосодержащие отходы и добавки Лист

10
Изм. Лист № подписьдата
документа
Мелкодисперсная сера взаимодействует со щелочами при комнатной температуре с
образованием полисульфидов и тиосульфата.
Сера реагирует со многими органическими соединениями.
Серосодержащие отходы. Кроме технической серы, для производства серных бетонов
используются так называемые серосодержащие отходы (CCO) различных производств.
Использование ССО позволяет получить значительный экономический эффект.
Учитывая, что ССО, как правило, не используются, а вывозятся на свалки,
изготовление серных бетонов на основе ССО способствует решению одной из
важнейших задач современности - защиты окружающей среды от загрязнения
промышленными отходами, т.е. улучшению экологической обстановки.
В больших количествах ССО имеются практически на всех предприятиях по добыче
природной и попутной серы, а также в отраслях, использующих
серу в качестве исходного сырья для получения минеральных удобрений.
В настоящее время наиболее распространенными являются следующие ССО:
- зола-отстой (отходы фильтров и отстойников, содержащих серу в кол честве до
70%);
- хвосты плавок (отстой в плавителях после плавок, содержащие до 40 серы);
- хвосты флотации (отходы обогащение серных руд, содержащие до 7! серы).
Некондиционная сера, получаемая при подземной выплавке или друга способом,
содержит посторонние примеси, количество которых превышает предельно допустимые
значения по ГОСТу, также может быть использования для производства серных
бетонов.
Оценку пригодности ССО для приготовления серных бетонов произвол по следующим
показателям: содержание серы, гранулометрический состав минеральной части,
химический состав минеральной части.
В зависимости от гранулометрического состава минеральной части СС подразделяют
на мастичные, растворные, бетонные.
На предприятиях химической промышленности, которые выпускают различные виды
удобрений или серную кислоту комовая сера проходит через плавитель, в котором
предусмотрен отстойник. Каждый крупный завод такого профиля имеет 1000...3000 т
серосодержащих отходов, которые, как щ вило, не используются.
Таким образом, серосодержащие отходы наряду с технической серой являются
сырьевой базой для производства серного бетона. Несомненно, извлечённая сера
будет оставаться главным источником мировых поставок серы.

Лист
Серосодержащие отходы и добавки

11
Изм. Лист № подписьдата
документа

Степень, до которой новые материалы на основе серы будут стимулировать спрос,
может зависеть от места расположения источников и их доступности. В настоящее
время в мире нет единой системы распределения серы, которая могла бы
способствовать ее широкому использованию в производстве бетона или асфальта.
До разработки Тенгизского месторождения нефти, сера в Казахстан
экспортировалась из Туркмении Гаурдакского месторождения.
По данным РГП Национальный центр по комплексной переработке
минерального сырья Республики Казахстан Министерства энергетики, индустии и
торговли Республики Казахстан для использования, а разработке строительных
композиций могут быть использованы отходы
Николаевской обогатительной фабрики АО Восточно-Казахстанский мед
химический комбинат (ВКМХК) корпорации Казахмыс. Характерно
хвостохранилища Николаевской обогатительной фабрики: площадь - 42 га, объем -
7988,0 тыс. м\ 10351,0 тыс. т, объемный вес 2,9...3,0 тм\ коэффициент крепости
по Протодьякону - 8, минералого-петрографическая характеристика - алевролиты,
диабазы, туфы и др., химический состав, масс. %: Сu 036; Са 1,6; Zn 1,06; S
32,2; SiO2 13,4.
Кроме того, в забалансовых труднообогатимых рудах Текелнйского месторождения
ОАО Казцинк и отвалы № 7...11 забалансовых николаевских руд корпорация
Казахмыс также содержится элементарная сера. Характеристики отвалов:
суммарный объем - 3390,95 тыс. м3, 10173,84 тыс. т, объемный вес 2,9.. .3,0
тм3; коэффициент крепости по Протодьякову - 8, минералого-петрографическая
характеристика - алевролиты, диабазы, туфы и др., химический состав, масс. %:
Си 0,30...0,60; РЬ 0,04...0,1; Zn 0,28...0,43; S 23,0.
Удовлетворение растущих потребностей химической и строительных отраслей
народного хозяйства в элементарной сере требует укрепления известных и создания
новых надежных сырьевых баз. В настоящее время в балансе серодобывающей
промышленности самородная сера занимает первое место и в ближайшее десятилетие
будет играть значительную роль. Поэтому весьма актуальными являются поиски
серных месторождений в быстро развивающихся регионах республики Казахстан.
Весьма важной является эта проблема для Южно-Казахстанского территориального
промышленного комплекса по производству минеральных удобрений, включающего в
себя Жамбылский и Шымкентский суперфосфатные заводы.
Лист
Серосодержащие отходы и добавки

12
Изм. Лист № подписьдата
документа

На возможную сероносность региона указывал А.С. Уклонский (1940 г.). Впервые
сера обнаружена С.Н. Кагнером в 1951 г. Соображения о перспективах сероносности
Чу-Сарысуйской депрессии высказал Горбачев М.Г. в 1968 г. Планомерное изучение
сероносности района начато в 1969 г. сотрудниками Казахского института
минерального сырья (Брюшков, 1969 г., Егошин В.Ф., 1970...1975 гг.), по
рекомендациям которых в 1971 году ПГО Южказгеоло-гия были поставлены
поисковые работы 93, 94.
В результате поисков доказано наличие промышленных серных руд в пределах
Чу-Сарысуйской депрессии. В 1971 г. с учетом рекомендаций Его-шина В.Ф. были
начаты поисковые работы на Улькун-Бурултауском массиве. Впервые доказано, что
локализация самородной серы контролируется унаследованными тектоническими
деформациями в связи с раннеальцинским орогенезом.
Современная структура Чу-Сарысуйской депрессии характеризуется глы-Зовой
тектоникой байкальско-каледонского фундамента. Факты, обосновы-ыющие контроль
серного оруднения унаследованными активизированными лруктурами в центральных
частях депрессии, установлены при анализе палеорельефа домезозойской
поверхности Таласской зоны поднятий.
Находки серы в нижневизейских сульфатно-карбонатных слоях по вертикали на от
дельных структурах в этом районе колеблются от глубин 700 до 1500 м..
Анализ и обобщение геолого-геофизического, гидрохимического,
геоморфологического, а также фактического материала по сероносности
Сарысуйской депрессии, составление карты прогноза позволили сфермулировать
геологические критерии и дать оценку перспектив сероносности описываемого
региона. В результате исследований сделаны выводы:
1. Образование промышленных серных залежей Чу-Сарысуйской депрессии
происходило в результате инфильтрационно-метасоматических процессов
преобразования сульфатно-карбонатных пород карбона, в которых карбонатный
материал составляет не менее 50%.
2. Геологические блоки соразмерны (4x6 км), ортогональны. Главное направление
разломных зон, контролирующих серное оруднение, северо восточное и
севгро-западное.
3. Мощность зон серной минерализации пропорционально зависит от размаха
тектонических движений в соответствующих структурах и а ставляет 5...7 м на 100
м вертикального смещения.
Отходы серного месторождения Яворовского ПО Сера образуются при добычи серы
методом подземной выплавки, при котором расплавленная cера вместе с паром и
частицами породы выходит из скважины и проходит отстойник, где твердые частицы
осаждаются из расплава серы. Отстой периодически удаляется в виде гранул и
представляет собой гранулирован вещество серого цвета. Содержание серы 50%,
муки - 24%, песка (фр. 0,14.. .0,315 мм) - 24%, песка (фр. 0,315... 1,25 мм) -
2%.
Лист
Серосодержащие отходы и добавки

13
Изм. Лист № подписьдата
документа
Химический состав отходов: SiO2 - 5,67; СаО - 81,96; MgO - 0,99; Fe2Oj 1,32;
А12О3 - 1,27; Na2O+K2O - 0,37; MnO -1,61; органические примеси - 6, Плотность -
2200 кгм3, водопоглощение - 0,2%. потеря прочности в воде 24%.
Отходы Воскресенского химического ПО Сера образуются после слива отстоя из
плавителя серы при производстве серной кислоты и минеральных удобрений. Отходы
представляют собой твердое вещество черного цвета, на излом, видны включения
гравия или щебня. Содержание серы - 30%, муки - 13' песка (фр.0,14...5 мм) -
43%, щебня - 14%. Твердая минеральная часть представлена включениями гранитного
щебня, кварцевого песка, найдено t большое количество известняка, содержание
угольной пыли до 6%.
Химический состав отходов: SiO2 - 65,2; СаО - 14,0; MgO - 2,3; Fe:03-l Ai2O3 -
2,3; ТЮ2 - 0,13; Na2O+K2O - 0,1; органические примеси - 6,7.
Плотность - 2280 кгм3, водопоглощенне - 0,1%, потеря прочности - 29%.
Отходы химкомбината (г. Чирчик) образуются при прохождении расплава серы через
фильтры тонкой очистки. Представляют собой твердую композицию темно-cepогo или
коричневого цвета. На изломе не видно каких-либо включений. Содержание серы-
71%, муки - 26%, песка (фр. 0.14...0,315.мм)-3%.
Химический состав отходов: SiO2 - 70; СаО - 0,24; MgO - 0,064; Fe2O3 -0,76;
А12О3 - 19: TiO2 - 0,053; Na2O+K,O - 8,24; MnO - 0,2; органические примеси -
0,3.
Плотность - 1950 кгм3, водопоглощение - 3,6%, потеря прочности в воде - 6%.
Отдельные образцы просто развалились. Причиной является большое содержание в
отходах глинистых примесей, которые при действии воды набухают и увеличиваются
в объеме.
Отходы Чард-дсоуского суперфосфатного завода образуются, как на Воскресенском
химкомбинате, после слива отстоя из плавителя серы. Отход представляет собой
твердое вещество темно-бурого цвета с включением гравия и щебня. Содержание
серы - 38%. Твердая минеральная часть представлена включениями кварцевого
песка, небольшим количеством известняка, основное содержание гипс.
Химический состав отходов: SiO2 - 3,92; А12О3 - 0,79; Fe2O3 - 0,82; СаО -51;
MgO-0,83; SO3-4,12; Na2O-0,22; К2О-0,1; МлО-0,24; п.п.п.-37,6.
На Гаурдакском ПО Туркменминерал имеются три вида серосодержащих отходов,
отличающихся как составом минеральной части, так и количеством серы. Это отходы
флотации серы или хвосты флотации, остающиеся после отделения серы от исходной
породы. Содержание серы в хвостах флотации 4,6%. Состав минеральной части
хвостов представлен в основном гипсом и гипсоангидритом.
Содержание компонентов, %: СаО - 15,45...30,64; MgO - 1,58...3,58; AI1O3 -
0,38...0,75; SO3 - 31,3...62,5; нерастворимый осадок целестина -0,48... 1,9.
Минералогический состав минеральной части представлен в основном гипсом -
48,3...76,5%.
Лист
Серосодержащие отходы и добавки

14
Изм. Лист № подписьдата
документа
Головки плавок или хвосты плавок серы остаются после плавления серы,
очищенной от породы, в аппарате с острым паром. При этом оставшиеся твердые
частицы оседают в отстойнике, из которого периодически удаляются. Представляют
собой твердую массу темно-серого цвета. Содержание серы
- 38,5%. Химический состав минеральной части, %: SiO2 - 5,6; СаО - 27,5; MgO-
1,83; Al2O3+Fe2O3 - 0,64; SO3-58,1; целестин - 0,93.
Отходы образуются при добыче серы методом подземной выплавки. Расплавленная
сера вместе с перегретым паром и частицами породы выходит под давлением аз
скважины и проходит через отстойник, где твердые частицы осаждаются. В таких
отходах содержатся частицы в виде муки от 0,1 до 0,315 мм. Химический состав
минеральной части такой же, как в головках плава Содержание серы в отходе 56%.
В Кемеровском ПО Азот отходы образуются в цехе производства серной кислоты.
Это шлам из бункеров плавителей, сборников серы и фильтра представляет собой
куски серого цвета. Одни куски - легкий пористый материал, другие - плотный
конгломерат с включением зерен щебня и гравия. О держание серы в усредненной
пробе - 24%. Состав минеральной части; мука - 4, песок (фр. 0,14.. .2,5 мм) -
15, щебень (фр. 5... 10 мм) - 57, количес во отходов - 100000 т в год.
Плотность - 2050 кгм\ водопоглощение - 1,65 Химический состав минеральной
части, %: SiO2 - 41,38; А12О3 - 6,03, Fe2Oj 3,38; СаО - 9,10; MgO-1,59;
Na2O-2,16; К2О-1,23.
Необходимо также отметить, что на ряде производств химической п промышленности,
минеральных удобрений, цветной металлургии и др. образуются значительные
количества побочных серосодержащих отходов, которые содержат в своем составе от
15...20 до 60...70% технической серы.
Исследования Никитина А.Е. показали, что, несмотря на разнообразие таких
отходов, их можно условно разделить на три группы по виду и количеству
минеральных составляющих: серосодержащие отходы, содержащие основные фракции
наполнителей и заполнителей; серосодержащие отход содержащие песок и
минеральную муку; серосодержащие отходы, содержащие только мелкодисперсную
фракцию минеральной, муки.
Серосодержащие отходы первой группы, имеющие в своем составе
30% технической серы, характерны для химической промышленности. Так только на
предприятиях, выпускающих серную кислоту, ежегодное количество таких отходов
составляет 25...30 тыс. т.
Серосодержащие отходы второй группы характерны при получении
технической серы прямыми методами термического ее извлечения из самородных руд
или методом подземной выплавки. В этом случае расплавленная сера после
сепараторной очистки поступает в отстойники, в которых освобождается от
минеральных примесей. Содержание серы в таких отходах доходит до 50%.
Серосодержащие отходы третьей группы характерны для предприятий, которые из
технической серы получают более чистую серу. В этих отходах содержится до
60...70% серы.
Лист
Серосодержащие отходы и добавки

15
Изм. Лист № подписьдата
документа
Только из первой группы серосодержащих отходов можно изготовить
менее ответственные изделия, например, тротуарные плиты прочностные
характеристики которых на 30...40% меньше по сравнения с
серными бетонами на технической сере. Однако и при изготовлении таких
изделий в состав необходимо вводить соответствующие модифицируютщие
добавки.
Так как все три группы серосодержащих отходов имеют произвольный
гранулометрический состав минеральных составляющих и большое количество серы,
особенно в третьей группе, то для получения достаточно качественных изделий и
конструкций на ах основе необходимо корректировать гранулометрический состав
минеральных заполнителей, доводя его по возможности близким к оптимальному.
Ожидается, что производство серы в Казахстане будет возрастать по мере
разработки новых газовых месторождений и ростом извлечения серы из смолистых
песков.
Модифицирующие добавки.
Физические свойства серы зависят от способа термической обработки, т.е.
начальной температуры и скорости охлаждения, и могут изменяться от эластомера
до пластического состояния с высокими прочностными показателя-ми. Охлажденная
сера и композиции на ее основе сохраняют стабильность свойств на определенное
время. Установлено, что в течение нескольких часов пластическая форма серы
кристаллизуется, что приводит к потере пластифицирующего эффекта и образованию
хрупкого материала. Поэтому в последние годы значительная часть исследований
направлена на поиск различных модифицирующих добавок, способствующих сохранению
на длительное время необходимых свойств серных композиций.
В настоящее время известно, что все используемые пластифицирующие добавки
содержат полимерные полисульфиды или вещества, которые реагируют с элементарной
серой с образованием полимерных полисульфидов 95. • Предложено в качестве
добавок к сере использовать уголь, песок, древесину, муку, крахмал, фенолы,
смолы, хлорированные нафталины, хлористую сурьму, фосфор, селен, мышьяк,
фосфины и др. Эти добавки замедляют процесс кристаллизации или вступают во
взаимодействие с серой с образованием прочных эластомеров. Технология получения
серных мастик предусматривает введение органических добавок трех типов:
полимерные полисульфиды, тиолы и непредельные соединения.
Возможность использования полисульфидов описывается в большом числе зарубежных
патентов, подробный анализ которых свидетельствует о целесообразности их
применения. В процессе сополимеризации элементарной серы с пропиленсульфидом
96 обеспечивает повышение плотности, прочности, водо-, масло-, бензостойкости
серной композиции.
Полимерный полисульфид реагирует с серой с образованием посульфид-ных звеньев
следующего типа: (RSx)n + nSy - (RSx+y)n.

Лист
Серосодержащие отходы и добавки

16
Изм. Лист № подписьдата
документа

Простейшим из применяемых полисульфидов является полиэтилентетра-сульфнд. При
его нагревании до 13О...14О°С происходит значительное выделение летучих
веществ. Как следствие этого, в серной мастики возникают поры, что снижает ее
прочность. Поэтому стал необходимым выбор модифицирующих добавок, обладающих
способностью адсорбировать образующиеся, при нагревании серы газы. В патенте
США описывается использована сажи, введение которой в количестве 4% повышает
прочность материала к растяжение в 2 раза. Использование тиолов типа (R-S-H). В
реакцию вначале вступают сероводородные связи и цепочки атомов серы, а затем
происходит полимеризация с выделением сернистого ангидрида:
-S-H + Sx--S-Sx-H
-S-S,-H + H-Sx-S--S-Sx + H2S
s + о2 - - so2
Установлено, что введение тиолов в расплав серы приводит к повышению
прочностных свойств, адгезии, трещиностойкости и, морозостойкости,
деформативности, химической стойкости и пластичности, что повышает
удобоукладываемость серных композиций.
Известно использование непредельных соединений типа циклических и винильных
мономеров, действие которых аналогично процессу вулканизации в каучуках.
Отличие заключается а том, что не олефин, а сера находится в избытке:
C = C + 2S;--Sx-C-C-Sx
Введение в расплав серы добавки органосилана в количест
0,027...0,15% от массы наполнителя, содержащей по крайней мере одну pеакционную
группу, взаимодействующую с расплавленной серой, приводит к значительному
увеличению прочностных свойств композиции .
Использование пластифицирующих добавок позволило получить серные мастики,
характеризующиеся различными свойствами.
Серная мастика (серный цемент) - связующее, которое получают и вводя в
расплавленную серу мелкодисперсный наполнитель в соотношении 60:40 и
пластификатор в количестве 1,5...4%.
Известна композиция, состоящая из смеси серы, органического вяжущ; и золы -
уноса в количестве 10... 150 на 100 мас.ч. серы. Органическое вяжущ которое
составляет до 10 на 100 мас.ч. серы, представляет собой полученк из нефти
олефиновый полимер с ионным числом 100 сгг, содержащий бо: 50 мас.ч.
труднолетучих компонентов .
Взаимодействие серы и модифицирующей добавки происходит при температуре
115...160°С и отсутствии растворителей. Введение углеводорода, например,
винилтолуола, стирола, индена, метилстирола в значительной степени ускоряет
процесс полимеризации.
Как показано в, в процессе кристаллизации возрастает напряженность полимерных
цепей, наличие на которых петлеобразных участков не позволяет полимерным
системам полностью кристаллизоваться. Именно в

Лист
Серосодержащие отходы и добавки

17
Изм. Лист № подписьдата
документа
природе запутанных полимерных молекул заключена причина того, что содержание
полимера в расплаве серы не превышает 60%. Образование полимерных молекул в
сере происходит очень быстро, и так как полимерные цепи существуют в виде
молекулярных клубков, то естественно, что часть незапо-лимеричовавшихся молекул
попадает внутрь клубка, что ограничивает их полимеризацию. Из этого следует,
что полимеризация серы при нормальных условиях не происходит до конца, так как
полимерные цепи сами по себе изолируют от полимеризации некоторую часть
мономера, молекулы которого также могут оказать влияние на полимеризацию.
Степень полимеризации серы зависит от температуры, продолжительности
нагревания, а также количества и природы модифицирующих добавок. По силе связи
между атомами в цепочечной структуре серу превосходит только углерод. Энергия
связей -С-С- и -S-S- составляет соответственно 330 и 260 ■ кДжмоль.
Американскими исследователями установлена эффективность введения в расплав серы
дициклопентадиена в количестве 1...7% 40, молекула которого при температуре
150°С распадается на две молекулы циклопента-диена, играющих роль концевых
групп линейных молекул полимера серы. Это приводит к уменьшению молекулярной
массы и вязкости расплава до 0,0080 ПаС, обеспечивая тем самым повышение
технологических и эксплуатационных свойств композиций. Специфичность данного
эффекта обуславливается также тем, что распад дициклопендиена на циклопентадиен
происходит в интервале температур максимального полимерообразования серы,
стабилизация которой осуществляется за счет присоединения циклопентадиена к
концам полимерной цепи, насыщая свободные валентности и обрывая процесс
полимеризации.
Одним из определяющих факторов в кинетике перехода стабилизированной полимерной
серы в растворимые аллотропные формы при данной температуре, является
реакционная способность макромолекулы полимерной серы по отношению к веществам,
входящим в состав конкретной среды, в которой протекает процесс, тем самым
замедляя его. Это особенно ярко проявляется в том случае, когда превращения
полимерной серы происходит в среде, содержащей электрофильные или нуклеофильные
агенты, которые легко вступают с серой в химическое взаимодействие, ускоряя ее
распад. Поэтому при разработке способов получения и использования полимерной
серы в качестве связующего необходимо учитывать ее термостабильность.
Серные мастики по своему составу отличаются прежде всего отсутствием
традиционного вяжущего. Широкий диапазон химических и физический свойств серы
при определенных термических условиях, введение различны пластификаторов и
заполнителей позволяют варьировать физико - механические свойства мастик на ее
основе. Однако, эти вопросы изученны недостаточно и требуют широких
исследований.
Таким образом, свойствами серных композиций возлюжно в некоторый пределах
целенаправленно управлять путем введения в состав

Лист
Серосодержащие отходы и добавки

18
Изм. Лист № подписьдата
документа

модифици рующих добавок, которые вводятся в процессе приготовления расплава
серн или серной мастики в зависимости от принятой технологической схемы
производства. Количество модифицирующей добавки составляет от 1 до 10% от массы
серы. Сера является типичным термопластом, хорошо совмещается с различными
модификаторами и при определенных условиях может переходить в полимерное
состояние. По гранулометрическому составу наполнителей и заполнителей серные
бетоны весьма близки к полимербетонам, их основные характеристики также
определяются свойствами серного вяжущего видом минеральных составляющих и
правильно подобранным соотношение различных фракций, видом и количеством
модифицирующих добавок.
Высокие адгезионные связи при оптимальной степени наполнения серы минеральными
наполнителями в значительной степени затрудняют негативные структурные
изменения серного вяжущего, но полностью не могут их исключить. Поэтому для
повышения стабильности структурного состояния серного вяжущего, повышения
технологичности и долговечности серных масс и в конечном итоге серных бетонов в
их состав вводят различные модифицирующие добавки.
На стадии разработки составов серных композиционных материалов рекомендуется
использовать наполнители в виде пылеватых минеральных частиц, модификаторы,
пластификаторы, например олефин полисульфид, и применять дисперсное
армирование. Выше приведены сведения при армировании стекловолокном и
асбестовым волокном.
Т.А. Sullivan, W.C. Mс Bee показали, что для снижения внутренних пряжений в
результате температурных воздействий в серный бетон необходимо вводить добавки
дициклопентадена и дипентена в количестве 2...5% массы серы. При этом
количество серы, необходимое для получения удобоукладываемого состава с
оптимальной прочностью, уменьшается. Введение пластификаторов повышает также
морозостойкость, атмосферостойкость, стойкость к температурным колебаниям
бетона.
В докладе Me Bee W.C. и др. (Управление шахт Министерства внутрень дел США)
описана технология модифицирования серы смесью дициклодиена и олигомера
циклопендиена с целью получения бетона и вяжущего.
Смесь пластификатора в количестве до 5% вводилась в расплав серы. Повышение
прочности бетона объясняется устранением внутренних напряжений, вызванных
переходом моноклинной серы в ромбическую при охлаждении расплава.
Разработан специальный состав серного бетона на основе модифицированной серы,
известнякового или кварцевого заполнителя, отличающийся высокой коррозионной
стойкостью и долговечностью. Применение дициклопен-Тздиена в количестве 5%
повысило морозостойкость и значительно снизило водопоглощение бетона. Подобраны
оптимальные составы бетона на кварцевом заполнителе (77% заполнителя, прочность
на сжатие 40МПа) и на известняковом заполнителе (76%
заполнителя, прочность на сжатие 60 МПа).

Лист
Серосодержащие отходы и добавки

19
Изм. Лист № подписьдата
документа

При ... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.