Разработка технологии сульфидных материалов на основе серы нефтегазового комплекса

Сера является важным и многотоннажным видом сырья в химической промышленности. В связи с тем, что в последнее время наблюдается перепроизводство серы, предлагаются варианты расширения ее использования в нетрадиционных материалоемких сферах. Одной из нетрадиционных областей применения серы – это использование ее в качестве вяжущего компонента для получения серных бетонов, обладающих рядом положительных свойств по сравнению с цементным бетоном: быстрый набор и сохранение высокой прочности, низкое водопоглощение и морозостойкость. При производстве серных бетонов возможно выделение токсичного диоксида серы SO2. Для предотвращения этого процесса наиболее часто исследователями предлагается введение в состав серных бетонов различных функциональных добавок. Мы для решения этой проблемы предлагаем связать элементную серу в получаемом материале в сульфиды с использованием электрофильного активатора хлорида цинка. На наш взгляд, это позволит улучшить и эксплуатационные свойства получаемых сульфидных материалов (СМ).

Для получения СМ использовались широко распространённые компоненты: сера (вяжущее) - побочный продукт нефтегазового комплекса, образующийся при очистке сырой нефти, природное кремнеземсодержащее сырье Кокдумалаккого месторождения (наполнитель), содержащее до 70% аморфного диоксида кремния и кварцевый песок (заполнитель). В качестве активирующей добавки процесса синтеза сульфидов - хлорид цинка.

Образование сульфидов при взаимодействии хлорида цинка как с серным компонентом, так и с аморфным диоксидом кремния было подтверждено теоретическими (квантово-химическими) методами исследования и современными экспериментальными методами анализа (ИК-спектроскопия, ЭПР, РФА) [1, 2]. За счет химического связывания компонентов получались плотные и высокопрочные образцы СМ.

Технология получения СМ может быть реализована за счет модернизации существующей производственной базы и осуществляется в несколько стадий:

• -    измельчение и сушка наполнителя;

• -    модифицирование аморфного диоксида кремния, входящего в состав наполнителя, активирующей

электрофильной добавкой ZnCl2;

• -    смешение модифицированного наполнителя с заполнителем;

• -    получение серного расплава;

• -    сульфидирование силикатного компонента путём смешения его с серным расплавом;

• -    укладка или заливка полученной массы в формы с последующим прессованием под давлением.

Полученные СМ испытывались по стандартным методикам с оценкой их физико-механических свойств: прочность на сжатие, водопоглощение, плотность, морозостойкость и стойкость к агрессивным средам. В ходе исследований получен оптимальный состав СМ, отвечающий следующим характеристикам: прочность на сжатие 70-80 МПа, плотность 2,23-2,53 г/см3, морозостойкость 200-240 циклов и водопоглощение 3,9-7,8 масс.%, стойкость к 5 % растворам солей и кислот от 0,94 до 0,98 [3]. Оптимальным составом СМ является композиция с соотношением вяжущего к силикатной части 1:1 и состава силикатной составляющей 25% породы и 75% песка с количеством добавки хлорида цинка от 1 до 5 %. Таким образом, нами предложена технология сульфидных материалов с улучшенными характеристиками. За счёт химического взаимодействия исходных компонентов происходит не только упрочнение материала, но и снижение количества выделяемого диоксида серы на стадии приготовления СМ, что положительно скажется на эколого-санитарной обстановке предприятия.

СМ могут применяться в конструкциях зданий и сооружений, в период эксплуатации которых предъявляются повышенные требования по стойкости к агрессивным средам, морозо- и атмосферостойкости, непроницаемости. Такие конструкции применяются в промышленных, сельскохозяйственных, складских сооружениях как для сыпучих, так и для жидких материалов. Наиболее перспективны CМ для изготовления: элементов дорожных покрытий (плиты, тротуарные плитки, торцовые шашки, бортовые камни, дорожные ограждения); конструкций, подверженных солевой агрессии (полы, сливные лотки, фундаменты); инженерных сооружений (коллекторные кольца, канализационные трубы, очистные сооружения); футеровочных блоков и ряда других конструкций.