Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М. И. Платова, Новочеркасск, Россия:

Е. А. Яценко, заведующая кафедрой «Общая химия и технология силикатов», докт. техн. наук, профессор, эл. почта: e_yatsenko@mail.ru
Б. М. Гольцман, доцент кафедры «Общая химия и технология силикатов», канд. техн. наук, эл. почта: boriuspost@gmail.com
А. А. Третьяк, декан факультета геологии, горного и нефтегазового дела, докт. техн. наук, эл. почта: aleksandr_bngs@mail.ru
А. А. Чумаков, аспирант кафедры «Общая химия и технология силикатов», эл. почта: a-chumakov@mail.ru

Шлаки, образующиеся при выплавке железистых сплавов, более чем на 75 % состоят из оксидов кальция, железа и кремния, что предопределяет широкие перспективы их использования в качестве альтернативы природному сырью. Содержание в металлургическом шлаке существенного количества щелочноземельных оксидов кальция и магния позволяет рассмотреть его использование в качестве флюсующей добавки в высокоглиноземистые алюмосиликатные материалы, одними из которых являются пропанты – гранулированные алюмосиликатные изделия, предназначенные для интенсификации добычи нефти способом гидравлического разрыва пласта. В работе проведено исследование влияния добавок металлургического шлака на процессы синтеза пропантов на основе буровых шламов. Исследован состав исходного бурового шлама Морозовского мес то рожде ния и флюсующей добавки металлургического шлака ООО «ТагМет». Исходя из химического состава металлургического шлака, сделано предположение о его флюсующей активности при синтезе силикатных материалов, что обусловлено большим количеством оксидов кальция и магния, низкой интенсивностью кристаллической фазы и наличием первичной термической обработки. Разработано пять составов сырьевых смесей для получения пропантов с добавлением двух видов флюсующих добавок: металлургического шлака и гидроксида натрия. Определены качественные (текстура и окраска) и количественные (плотность и коэффициент спекания) параметры степени спекания и плавления смесей. Показано, что обе добавки оказывают флюсующее воздействие на буровой шлам. Установлено, что введение металлургического шлака ведет к изменению текстуры на более спеченную, а также увеличению плотности и коэффициента спекания. Введение гидроксида натрия оказывает более активное воздействие на буровой шлам, что ведет к стеклованию поверхности и дальнейшему оплавлению материала. Рассмотрены физико-химические процессы при флюсующем воздействии выбранных добавок, объясняющееся формированием более легкоплавких силикатов, которые снижают итоговую температуру плавления смеси.

Работа выполнена в ЮРГПУ (НПИ) при финансовой поддержке Российского научного фонда в рамках Соглашения № 20-79-10142 «Разработка эффективной технологии синтеза алюмосиликатных пропантов с использованием отходов бурения нефтегазовых скважин Южного федерального округа» (руководитель А. А. Третьяк).

1. Шешуков О. Ю., Михеенков М. А., Некрасов И. В., Егиазарьян Д. К., Метелкин А. А., Шевченко О. И. Вопросы утилизации рафинировочных шлаков сталеплавильного производства : монография. – УрФУ им. первого Президента России Б. Н. Ельцина, Нижнетагил. технол. ин-т (фил.). – Нижний Тагил : НТИ (филиал) УрФУ, 2017. – 208 с.
2. Григорян В. А., Белянчиков Л. Н., Стомахин А. Я. Теоретические основы электросталеплавильных процессов. – М. : Металлургия, 1987. – 272 с.
3. Rashad A. M. A synopsis manual about recycling steel slag as a cementitious material // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, Iss. 5. P. 4940–4955.
4. Dong Q., Wang G., Chen X. et al. Recycling of steel slag aggregate in portland cement concrete: An overview // Journal of Cleaner Production. 2021. Vol. 282. P. 124447.
5. Chen X., Wang G., Dong Q. et al. Microscopic characterizations of pervious concrete using recycled Steel Slag Aggregate // Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 254. P. 120149.
6. Волокитина А. В., Волков И. Н. Комплексное применение доменного шлака в конструктивных слоях дорожной одежды // Высокие технологии в строительном комплексе. 2020. № 1. С. 56–59.
7. Пименов А. Т., Прибылов В. С. Применение шлаковых заполнителей в составе асфальтобетона для повышения долговечности дорожных покрытий // Вестник Сибирского государственного автомобильно-дорожного университета. 2019. Т. 16. № 6 (70). С. 766–779.
8. Гольцман Б. М. Комбинирование шлаков при производстве теплоизоляционных материалов // Научное обозрение. 2014. № 6. С. 75–78.
9. Yatsenko E., Tretyak A., Chumakov A., Golovko D. Prospects for the use of drilling slurries for the synthesis of aluminosilicate propants // Materials Today: Proceedings. 2021. Vol. 38, Part 4. P. 1886–1888.
10. Spínola D. C. S., De Miranda A., Macedo D. A. et al. Preparation of glassceramic materials using kaolin and oil well drilling wastes // Journal of Materials Research and Technology. 2019. Vol. 8, Iss. 4. P. 3459–3465.
11. Cheng X., Long D., Zhang C. et al. Utilization of red mud, slag and waste drilling fluid for the synthesis of slag-red mud cementitious material // Journal of Cleaner Production. 2019. Vol. 238. P. 117902.

12. Миронов Н. А., Усманов И. Р. Использование бурового шлама при строительстве дорог // Cloud of Science. 2013. No. 2. С. 33–36.
13. Шагигалин Г. Ю., Гатауллин А. В., Хабабутдинова Н. Б., Ломакина Л. Н. Оценка возможности применения в строительстве бурового шлама Республики Башкортостан // Строительные материалы. 2016. № 11. С. 57–58.
14. Зубехин А. П., Голованова С. П., Яценко Е. А. и др. Основы технологии тугоплавких неметаллических и силикатных материалов. – М. : Издательство КАРТЭК, 2010. – 308 с.