Учёные Пермского политеха придумали, как использовать отходы угледобычи в качестве сырья для производства строительных материалов

Террикон. Фото: Степан Леонтьев, доцент ПНИПУ, кандидат технических наук, один из авторов эксперимента (сборник «Химия. Экология. Урбанистика»). Источник: pstu.ru

Специалисты Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ, Пермского политеха) предложили ранее неизученный подход по применению отходов угледобычи, складируемых в терриконы, в качестве минеральных добавок для цемента и материалов на его основе, в частности, – бетонов. Предлагаемый подход – замена 20% цемента добавкой из измельчённых отходов угледобычи – на 21% повышает прочность раствора по сравнению с бездобавочным составом. Это говорит о принципиальной возможности использования отходов угледобычи в качестве минеральных добавок для цемента и материалов на его основе, сообщает пресс-служба университета.

Образец бетона с добавкой терриконика. Фото: Степан Леонтьев, доцент ПНИПУ, кандидат технических наук, один из авторов эксперимента (сборник «Химия. Экология. Урбанистика»). Источник: pstu.ru

В процессе добычи угля извлекается много пустой породы, которая со временем накапливается в виде насыпей, достигающих десятки метров в высоту – эти отвалы называют терриконами. Породы терриконов представляют собой смесь глины с небольшими включениями угля, алюминия, кремния и железа, а поскольку общий объём терриконов – громаден, специалисты давно примериваются к вторичному использованию содержимого отвалов в промышленности. После отделения полезных соединений породы терриконов – терриконики – могут применяться в сплавах, при производстве удобрений, асфальта, различных строительных материалов.

Учёные Пермского политеха решили проверить свою идею, используя породы терриконов одного из старейших по времени освоения угольных бассейнов на Урале, где скопилось 13 миллионов кубических метров техногенных отходов (для наглядности понимания, что такое 13 миллионов кубических метров, – можно представить, к примеру, 13 стадионов, заполненных водой). Терриконы, при своей громадности, еще и экологически небезопасны: из-за остатков угля породы в них могут самовозгораться и гореть годами, выбрасывая в атмосферу большие концентрации угарного газа, сероводорода и других токсичных веществ, что усиливает парниковый эффект, загрязняет воздух и воду, вредит здоровью живых существ. Использование содержимого терриконов в качестве сырья при производстве цемента может стать эффективным решением экологической проблемы их утилизации. А еще – позволит сэкономить природное сырье и увеличить объем производства за счёт разбавления основного состава.

При проведении экспериментов в Пермском политехе результаты проведённых анализов показали, что горелый терриконик состоит преимущественно из кварца, а не горелый – из каолинита и кварца с включениями угля. Для получения нескольких вариантов минеральных добавок эксперты измельчали частицы горелого и не горелого терриконика до 0,08 мм, а не горелый терриконик после этого дополнительно обжигали в муфельной печи при температуре 700°С в течение 2 часов. Полученными добавками заменяли 10, 20 и 30% портландцемента. Из составов специалисты формовали образцы, которые после 28-суточного твердения испытывали на изгиб и на сжатие.

Испытания показали, что замена до 30% цемента горелым террикоником совсем незначительно сказалась на его прочности, – по словам авторов эксперимента. Тогда как замена 20% цемента не горелым террикоником на 21% повысила прочность, водонепроницаемость, коррозионную стойкость и другие качества раствора – по сравнению с бездобавочным составом. В Пермском политехе считают, что опыт показал потенциал использования отходов угледобычи в качестве минеральных добавок для цемента и материалов на его основе.

Статья об эксперименте опубликована в сборнике «Химия. Экология. Урбанистика», том 1, 2025.