Методическое пособие 818

Окончание табл. 6

Таблица 7

Корреляция Ζ(SO42–), В(SO42–), Щ, К = ƒ (t) для электролита Na2SO4

210

Окончание табл. 7

Достижение реализованных изысканий озвучено в табл. 8.

Таблица 8

Корреляция Ζ(SO42–), Ж, Щ, К = ƒ (t) для электролита Na2SO4

211

Окончание табл. 8

Достижение реализованных изысканий озвучено и проиллюстрировано на рис. 3 и 4. Принципиальное изложение в форме чертежа технологического цикла и оснастки

электрохимической процедуры умягчения H2O описано на рис. 5 и табл. 9.

Рис. 3. Корреляция Ж, Щ, К = ƒ (t) для электролита с СaCl2 и MgSO4 в водопроводной H2O

212

Рис. 4. Корреляция Z, В, I = ƒ (t) для электролита с СaCl2 и MgSO4 в водопроводной H2O

Рис. 5. Основополагающая инновационная схема процедуры очищения H2O от анионов Cl- и SO42- электрохимическим методом при наличии катионов

213

Таблица 9

Описание технологического процесса

Выводы Обобщенно разработанная и реализованная процедура дает возможность

результативно умягчать H2O, содержащую значительное количество анионов Cl- и SO42- минуя употребление базовых ингредиентов ради результативного очищения по отношению к солям Cl- и SO42-.

Литература

1.Мулдер, М. Введение в мембранную технологию / М. Мулдер. М.: Мир, 1999. 513 с.

2.Юрчевский, Е. Б. Перспективы использования мембранных технологий водоподготовки для предотвращения загрязнения пароводяных трактов ТЭС органическими

примесями природной воды / Е. Б. Юрчевский, А. Г. Первов, А. П. Андрианов // Теплоэнергетика, 2006. № 8. С. 2–9.

3.Проскурин, В. М. Электродиализный метод умягчения и снижения щелочности воды / В. М. Проскурин, Н. В. Смирнов // Прикладная физика. 2008. №4. С. 41–43.

4.Алимов, А. Г., Карпунин, В.В., Сердюков, Д.А. Экологически совершенные технологии и технические средства для опреснения минерализованных дренажных вод и

утилизации их остаточных рассолов на основе использования природных возобновляемых источников энергии / А.Г. Алимов, В.В. Карпунин, Д.А. Сердюков // Инновационные технологии повышения эффективности мелиоративных систем и безопасности гидротехнических сооружений / Поволж. Науч.-исслед. Ин-т эколого-мелиоратив. Технологий. Волгоград, 2010. С. 86-92.

5.Гончарук, В. В. Ультрафильтрация и нанофильтрация – приоритетные направления

втехнологии подготовки питьевой воды из подземных и поверхностных источников / В. В. Гончарук, А. А Кавицкая, М. Д. Скильская // Химия и технология воды. 2009. Т. 31. № 2.

С. 198–226.

214

6. Кучерик, Г. В. Использование электролиза для выделения хлоридов и сульфатов из щелочных регенерационных растворов / Г. В. Кучерик, Ю. А. Омельчук, Н. Д. Гомеля // Екологічна безпека, 2012. Т. 1. № 13. С. 68–73.

ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет (СГУ)», Севастополь, Россия

G.V. Kucherik, Yu.А. Omelchuk

THE USE OF ELECTROCHEMICAL METHODS IN WATER TREATMENT HIGHLY

MINERALIZED NATURAL WATERS

The conditions for effective water purification by electrodialysis in the presence of hardness ions have been established. The influence of the current density and duration of electrolysis on the efficiency of electrochemical treatment of solutions containing sodium chloride and sulfate in twoand three-chamber electrolyzers has been determined. A basic technological scheme for purifying waters with increased mineralization from chlorides and sulfates with simultaneous softening of water during the electrochemical separation of chlorides and sulfates from water has been developed.

By means of electrodialysis, the technical regulations for the cost-effective purification of H2O, which has impurities of Ca2+ and Mg2+ cations in its composition, are fixed. The correlation of the modes of the electrochemical purification procedure of H2O, which contains impurities of NaCl and Na2SO4 salts, such as current density and electrolysis time, on the effectiveness of the treatment process is determined. Based on the research, a fundamental H2O purification technology was created and implemented, which includes ingredients in its composition: salts of Cl- and SO42- anions of critical accumulation.

Keywords: sulfates, softening, chlorides, electrodialysis, electrolytic cell.

Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education «Sevastopol State

University (SSU)», Sevastopol, Russia

215

УДК 624.131

Н.А. Ларионова

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЛАНЦЕВЫХ ЗОЛ ДЛЯ УКРЕПЛЕНИЯ ГРУНТОВ

В статье приводятся сведения по взаимозависимости химико-минерального состава с дисперсностью, изменению показателей гидравлической способности сланцевых зол. На основе лабораторных исследований установлена возможность и целесообразность использования сланцевых зол для укрепления песчаных и глинистых грунтов. Эффективность укрепления грунтов зависит от дозировки золы и времени твердения образцов. Исследованы процессы твердения и структурообразования зольных и зологрунтовых смесей во времени, подчеркнуто влияние химико-минерального состава сланцевых зол на формирование новообразований, способствующих укреплению грунтов.

Ключевые слова: сланцевые золы, прочность, стекловидная фаза, гидросиликаты, гидроалюминаты, эттрингит, гипс, мелкозернистый песок, моренный суглинок, процесс твердения.

С увеличением объемов строительства, в том числе дорожного, возрастает потребление строительных композитов. Альтернативные материалы из природных отходов описаны в табл. 1. На базе данных табл. 1 вырисовывалась ниша потенциальной реализации синтезируемых материалов из отходов [1-7], проиллюстрировано в табл. 2.

Таблица 1

Альтернативные материалы для строительной индустрии

216

Таблица 2

Классификация зол от сжигания твердого топлива

Учитывая состав и высокую гидравлическую способность большой интерес в разработках по получению строительных материалов, был проявлен к сланцевым золам.

В Прибалтийском регионе разработаны и внедрены технологии по производству вяжущих и строительных материалов с использованием сланцевых зол в качестве активной составляющей.

Сланцевая зола по нормативному регламенту ГОСТ 31108 применяется для изготовления сланцезольного высокомарочного цемента; минеральной ваты; товарных и высокопрочных бетонов; сухих строительных смесей и растворов; монолитных и сборных железобетонных изделий; конструкций из тяжелого, легкого и ячеистого бетона.

В настоящее время изготовление сланцезольного газобетона результативно реализуется на Ахметском и Нарвском комплексах стройкомпонентов.

Приложимость золы сухого отбора на Прибалтийском заводе ЖБИ позволило получать материалы с высокими технологическими показателями, при этом снизить себестоимость сборного железобетона на 20,00 %. В связи с активным их использованием для получения строительных материалов золы Прибалтийских сланцев практически не отпускались для укрепления грунтов.

Ранее проведенными исследованиями установлено, что активные золы характеризуются свойствами, представленными в табл. 3.

Исследованиями установлено, что зольные остатки имеют своей отличительной чертой степень измельчения, количественный состав совокупности ингредиентов и гидравлическую активность в зависимости от состава и качества сырья, регламент испепеления и процедур золозахвата.

Зольные остатки, улавливаемые батарейными циклонами, более крупнодисперсные, их удельная поверхность составляет 1700,0 см2/г, а содержание частиц < 50,00 мкм не превышает 47,0−60,0 %. Золы, улавливаемые электрофильтрами, высокодисперсные, в среднем с удельной поверхностью 2700,0−4500,0 см2/г, таких частиц содержат 65,00−100,00 % [1].

Сланцевые золы Прибалтийских сланцев характеризуются повышенным содержанием

CaO (32,00−59,00 %), в том числе CaOсвоб. (5,00−27,00 %), небольшим присутствием SiO2,

высокой удельной поверхностью (2000,0−4000,0 см2/г). Такой состав предопределяет

217

наращенные значения Mo и Kk, что обеспечивает их гидравлическую активность и способность к самостоятельному твердению в нормальных условиях.

Таблица 3

Основные свойства активных зол

Показатель Mo оценивается по соотношению:

(1)

Показатель Kk оценивается по соотношению:

(2)

Следует отметить, что показатели дисперсности и химико-минерального состава зол взаимосвязаны. Их гидродинамика обуславливается немалым числом предикторов, в кругу каковых ключевую значимость исполняют количественная совокупность ингредиентов, степень измельчения, наличие фаз активных клинкерных минералов, и их соотношение, а также присутствие стекловидной фазы.

С увеличением дисперсности зол повышается содержание SiO2, Al2O3, Fe2O3 и SO3, но снижается количество извести (CaO), в том числе в свободной форме (CaOсвоб.) и стекловидной фазы (15,00−60,00 %), состоящей в основном из стекла, алюмоферритов и ферритов кальция. С увеличением дисперсности в составе зол увеличивается содержание активных клинкерных минералов. Так, в крупнозернистых золах содержание 2CaO∙SiO2 колеблется от 1,00 % до 14,00 %, CaO∙Al2O3 – не превышает 2,00 %.

Всреднезернистых золах содержание 2CaO∙SiO2 составляет 11,30−14,30 %; CaO∙Al2O3

–1,58−3,40 %; 2CaO∙Fe2O3 – 2,04−3,30 %. В мелкодисперсных золах присутствие 2CaO∙SiO2 увеличивается до 13,70−19,60 %, а сланцевого стекла составляет 32,90−38,20 % [1].

Установлено, насколько значительнее размер фракций, настолько медленнее

реактивность протекания реакции CaO и MgO с H2O. С увеличением дисперсности зол уменьшаются показатели Mo и Kk, а также соотношение некоторых оксидов (табл. 4).

218

Таблица 4

Изменение показателей гидравлической активности зол с увеличением их дисперсности (на примере сланцевой золы Прибалтийской ГРЭС)

Изысканиями, реализованными до этого времени в [4, 5] зарегистрирована потенциальность и рациональность приложимости активных сланцевых зол в ипостаси индивидуального вяжущего ингредиента ради закрепления и упрочнения почв. К их числу относятся сланцевые золы, отличающиеся присутствием в их составе извести, в том числе в свободном состоянии, определяющую способность к твердению. Но сланцевые золы, как и все активные золы, отличаются по химико-минеральному составу даже в пределах одной станции в зависимости от температуры сжигания сланцев, способа улавливания и места отбора (табл. 4). Существуют золы с повышенным содержанием SO3, присутствие которого лимитируется при использовании для укрепления грунтов нормативными требованиями, в связи с чем, представляют определенный интерес при изучении их процесса твердения как гидратированныхзол, так и в композиции с грунтами.

Большинство исследований было проведено с использованием сланцевых зол Эстонских и Прибалтийских сланцев, однако весьма лимитирована информация по освящению сланцевых зол Приволжского региона. При этом преимущественно исследования были направлены на фиксирование наиболее приемлемого количества зол ради укрепления грунтов и ограничены сведения по изучению процессов структурообразования, обусловленные их химико-минеральным составом.

Ввиду установленной зафиксированной информации из литературных источников миссией настоящей работы являлась оценка возможности использования сланцевых зол различного химико-минерального состава для укрепления грунтов. А также проведения сравнительной оценки по его влиянию на процесс твердения зольных и золо-грунтовых смесей и, соответственно, на изменение их физико-механических свойств во времени.

Золы Прибалтийских сланцев достаточно подробно исследованы, выявлены многие факторы, влияющие как на процесс их твердения, так и на возможность их использования для производства строительных материалов. Достаточно ограничены сведения по гидратации золы сланцев Кашпирского месторождения и их взаимодействия с грунтами разного состава.

Исследования проведены с использованием сланцевых зол, полученных при сжигании Прибалтийских и Поволжских сланцев, для укрепления мелкозернистого песка и моренного суглинка. Изыскание качественной и количественной совокупности ингредиентов сланцевых зол зафиксировано в табл. 5.

219