Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев

Ромаденкина, Светлана Борисовна

Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев тема автореферата и диссертации по химии, 02.00.04 ВАК РФ

Ромаденкина, Светлана Борисовна АВТОР

кандидата химических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Саратов МЕСТО ЗАЩИТЫ

2005 ГОД ЗАЩИТЫ

02.00.04 КОД ВАК РФ

Диссертация по химии на тему «Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев»

Автореферат диссертации на тему "Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев"

На правах рукописи

РОМАДЕНКИНА Светлана Борисовна

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОЛУЧЕНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ГОРЮЧИХ СЛАНЦЕВ

Специальность 02.00.04. - Физическая химия АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата химических наук

Саратов - 2005

Работа выполнена в Саратовском государственном университете имени Н. Г. Чернышевского на кафедре физической химии

Научный руководитель - доктор технических наук

Решетов Вячеслав Александрович

Официальные оппоненты: - Заслуженный деятель науки РФ

доктор химических наук, профессор Трунин Александр Сергеевич

- доктор химических наук, профессор Кузьмина Раиса Ивановна

Ведущая организация - Саратовский государственный технический университет

Защита состоится « 28 » июня 2005 г. в 1400 на заседании диссертационного совета Д 212.243.07 при Саратовском государственном университете по адресу: 410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, корпус 1, химический факультет СГУ.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Саратовского государственного университета им. Н.Г. Чернышевского.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 410012, Саратов, ул. Астраханская, 83, корпус 1, химический факультет СГУ.

Автореферат разослан «¿¿>> мая_2005г. <

Ученый секретарь диссертационного совета доктор химических наук, профессор

Штыков С.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Разработка новых энергетически выгодных и экологически безопасных технологий комплексного использования горючих сланцев представляет собой актуальную задачу. Экономическая целесообразность обусловлена доступностью и низкой стоимостью сланцев. Общие запасы горючих сланцев в России оцениваются сотнями миллиардов тонн, в том числе в Поволжье - 10 млрд т. В РФ действуют крупные сланцеперерабатывающие предприятия (ООО «Ленинградсланец», ООО «Сызранский сланцехимический завод» и др.) по комплексной переработке сланцев с получением тепловой энергии и различных химических продуктов: битума, бензола, тиофена, толуола и ксилола, серы, альбихтола, керогена.

Однако промышленностью освоены далеко не все направления применения горючих сланцев. Ассортимент выпускаемой сланцехимической продукции требует существенного расширения и обновления. Низкая сортность сланца как топлива диктует необходимость повышения его теплотворной способности. При переработке высокосернистых горючих сланцев возникает множество экологических проблем, обусловленных выделением токсичных и химически агрессивных газообразных компонентов в окружающую среду.

Существование указанных проблем связано с недостаточным уровнем разработки физико-химических основ переработки сланцев и производства промышленных изделий на их основе. Не определены главные физико-химические критерии процессов переработки сланцев в комбинированное твердое топливо, композиционные материалы, сорбенты, катализаторы, обогащенную руду и др. Не выявлена связь между элементным и фазовым составом сланцев и эксплуатационными свойствами изделий. Не исследованы термодинамические и кинетические закономерности переработки сланцев и механизмы взаимного влияния компонентов друг на друга. Не разработаны диаграммы состояния многокомпонентных сланцевых систем. Не выявлены критерии экологической безопасности производства изделий из сланцев.

Целью диссертационного исследования является разработка физико-химических основ получения твердого топлива, композиционных материалов и сорбентов из горючих сланцев.

Задачи исследования:

1. Исследование взаимосвязи состава, физико-химических и физико-механических свойств горючих сланцев и функциональных материалов на их основе.

2. Разработка критериев получения комбинированного твердого топлива на основе сланцев.

3. Разработка физико-химических основ формирования композиционных материалов из сланцевых наполнителей^ внутренних и внешних связующих продуктов.| РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ]

бММНвТМА |

4. Поиск оптимальных условий термической обработки сланцев с целью получения сорбентов для извлечения компонентов из водных и неводных сред.

5. Экспериментальная проверка эффективности разработанных положений на примерах получения комбинированного твердого топлива, композиционных материалов и сорбентов.

Работа выполнена по Межвузовской научно-технической программе «Переработка горючих сланцев Поволжья» (№19 от 23.01.92, головная организация - Саратовский государственный технический университет), конкурсу Грантов Российской научно-технической программы по фундаментальным научным исследованиям в области строительства и архитектуры (договор №33 - КГ-99, головная организация - Томский государственный архитектурно-строительный университет), а также в рамках договорных исследований.

Научная новизна:

1. Разработаны физико-химические основы создания функциональных материалов из горючих сланцев, сущность которых состоит в применении на практике установленных критериев, принципов и зависимостей, обеспечивающих достижение положительных результатов.

2. Выявлены физико-химические критерии получения комбинированного твердого топлива на основе сланцев: теплотворная способность наполнителей и матриц, температура начала термоокислительной деструкции, энергия активации этого процесса и порядок реакции. Особая роль отводилась величинам энергии Гиббса реакций химического связывания серосодержащих компонентов.

3. Сформулированы принципы формирования гибридных композиционных материалов со сланцевым наполнителем, основанные на установленных зависимостях удельной энтальпии образования и эксплуатационных показателей от плотности индивидуальных компонентов и температуры термообработки сланцев.

4. Предложены критерии получения сорбентов на основе сланцев и продуктов их термической обработки для извлечения тяжелых фракций из нефтей различных месторождений и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (СггОу2-, Сг3+, Ре3+, Ре2+, Со2+, N1^, Мп2+, Мп04"): адсорбционная и восстановительная способность керогена, наличие адсорбционно-активных минеральных компонентов, высокоразвитая пористая структура.

Положения, выносимые на защиту:

1. Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев.

2. Физико-химические критерии получения комбинированного твердого топлива на основе сланцев.

3. Принципы оптимизации эксплуатационных показателей композитов со сланцевым наполнителем по величине удельной энтальпии образования, плотности индивидуальных компонентов и температуре термообработки.

( е » л . I г

4. Критерии получения сорбентов на основе сланцев для извлечения компонентов из водных и неводных сред.

Практическая значимость. Результаты работы внедрены на ООО НПП «Самотлор» (г. Самара), ООО НПП «Лисскон», ООО НПП «Лакокра-ска», ООО «Перелюбская горная компания» и рекомендованы к использованию на заводах резинотехнических изделий РФ. Разработки применяются в учебном процессе на химическом факультете Саратовского госуниверситета при чтении лекционного курса «Физическая химия композиционных материалов», выполнении дипломных и курсовых работ на кафедре физической химии.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и докладывались на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1998); 3-ем Международном конгрессе по управлению отходами «Вэйст-Тэк» (Москва, 2003); Международных конференциях: «Композиционные материалы: теория, исследования, разработка, технология, применение» (Новочеркасск, 2005); «Экология и научно-технический прогресс» (Пермь, 2004); «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» (Киев, 2003); «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Ялта, 2003); «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля» (Пенза, 1998), «Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах» (Махачкала, 1998), «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волго1рад, 1998), Российских конференциях: «Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2003); «Новые химические технологии производства и применение» (Пенза, 2002), «Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003, 1997), Региональной конференции: «Проблемы химии и химической технологии» (Воронеж, 1998).

Личный вклад автора заключается в проведении экспериментальных исследований и патентно-информационном анализе по теме диссертации, обобщении полученных данных, в разработке физико-химических критериев получения комбинированного топлива, композитов и сорбентов, составлении и оформлении публикаций, апробации основных положений и внедрении результатов.

Публикации: По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе 7 статей, 1 патент РФ, 16 материалов и тезисов докладов на съездах и конференциях.

Структура и объём диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора современного состояния вопроса по геме, экспериментально- теоретической части и включает 6 глав, общие выводы, библио-

график», приложения. Диссертация содержит 158 страниц машинописного текста, в том числе 28 таблиц и 34 рисунка. В приложении приводятся акты внедрения результатов, а также, таблицы и список опубликованных работ.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы, основные положения, выносимые на защиту, сформулированы цель, задачи исследования, изложены новизна и практическая значимость полученных результатов.

Глава 1. Физико-химические закономерности процессов переработки горючих сланцев (Литературный обзор)

Установлено, что наиболее перспективными направлениями практического использования горючих сланцев являются топливное, композиционное и адсорбционное. Существенным ограничением по применению натурального горючего сланца в качестве твердого топлива является низкое соотношение органической и минеральной составляющей и высокое содержание серы, что подчеркивает целесообразность создания комбинированного твердого топлива. По совокупности физико-химических показателей сланцы и продукты их термической переработки являются прекрасным полифункциональным наполнителем композиционных материалов. Учитывая высокую пористость, наличие сети мелких пор, устойчивость по отношению к действию растворителей и воды, можно прогнозировать высокую сорбционную способность сланцев и сланцевых продуктов. Наличие титана (IV), никеля (II) и тантала (V), уникальное сочетание фаз, присутствие низкотемпературных флюсов, органоминеральное происхождение делают сланцы подходящим сырьем для развития и других направлений их применения: 1) рудного; 2) каталитического; 3) дорожно-строительного.

Глава 2. Объекты и методы исследования

Представлены главные объекты исследования - натуральные горючие сланцы различных (Перелюбо-Благодатовского, Кашпирского, Коцебин-ского, Ленинградского и Вурнарского) месторождений и продукты их термической обработки.

Дана характеристика основных методов исследования: дифференциально-интегральной сканирующей калориметрии, термогравиметрии, масс-и ИК-спектроскопии, рентгенофазового и рентгеноструктурного анализа, диэлектрических испытаний, термодинамических и термокинетических расчетов, определения хемостойкости, физико-механических исследований, вискозиметрии, расчета адсорбционной емкости, статистической обработки результатов.

Глава 3. Взаимосвязь физико-химических свойств, элементного и фазового состава, функциональных групп и температуры термической обработки горючих сланцев

Определены важнейшие физико-химические параметры натурального сланца: плотность, влажность, содержание органического вещества, зольность и хемостойкость. Сделаны выводы о целесообразности использования сланцев в топливном, композиционном и адсорбционном направлениях.

Термогравиметрическим и рентгенофазовым методами показано, что при повышении температуры от 20° до 900°С в сланцах происходят сложные химические превращения и физико-химические процессы: испарение неструктурной воды, размягчение и термическая деструкция керогена до термобитума, пиролиз последнего с образованием сланцевой смолы, крекинг смолы до генетических структурных фрагментов, окисление пирита, дегидратация гидроксидов металлов и глиноземов, накопление самостоятельной фазы кокса, декарбонизация кальцита, магнезита и сидерита с образованием оксидов, фазовые переходы анатаза в рутил, а- в Р- кварц, упорядочение кристаллической решетки глинистых минералов, силикатизация образующихся оксидов металлов, образование титанатов и разложение ангидрита. Наиболее наглядно изменения фазового состава сланцев представлены в виде гистограммы (рис.1), являющейся новой формой изображения фазового состояния многокомпонентных систем.

Рис 1 Фазовые гистограммы сланца Перелюбо-Благодатовского месторождения при различных температурах

С помощью рентгеноструктурного анализа сланцев и продуктов их термообработки по неперекрываемому рефлексу 4,45А установлена кристаллическая структура керогена (180°С), трансформируемая в термобитум (410°С) со снижением относительной доли последнего при 700° и 900°С.

С целью выявления характерных связей и химически активных групп в органическом веществе, основных и примесных анионов в минеральной части проведен ИК-спекггроскопический анализ сланца Перелюбо-

Благодатовского месторождения (рис.2). Органическая часть, помимо основной углеводородной части (валентные С-С, С-Н связи), имеет мощные фрагменты С —К, С- Б , С-О, а также концевые функциональные группы -БН, -СООН, -ОН, СОС, =N1-1. Термообработка приводит лишь к перераспределению ИК - спектроскопических пиков в пользу минеральной части. Анионная составляющая сланца представлена карбонатами, силикатами, гидроксидами и оксидами (в основе), фосфатами, сульфидами и сульфатами (в примесях).

Доказано, что сланцы имеют очень высокую хемостойкость, обусловленную малой растворимостью компонентов в воде (всего 5,8г на 1 кг сланца) и в активных органических растворителях (бензол-метанол и хлороформ-метанол, четыреххлористый углерод, гептан, этилцелозольв, мер-каптоэтанол). Таким образом, показана целесообразность применения их в топливном, композиционном и адсорбционном направлениях с учетом высокого уровня сопротивления агрессивному воздействию неводных и водных сред.

Масс-спектроскопическим методом (рис. 3) показано, что основными элементами, входящими в состав сланца, являются: кальций, алюминий,

(/I.

Рис 2 ИК- спектры сланца Перелюбо-Благодатовского месторождения при различных температурах термообработки 1) 20°С, 2) 180°С, 3) 410°С, 4) 700°С и 5) 900°С

кремний, магний, железо, титан, калий, кислород. Примесная часть включает: стронций, марганец, фосфор, бор, хром, бериллий, никель и тантал. Термообработка приводит к перераспределению элементного состава в пользу минералобразующих компонентов. Уникальный набор элементов в основе и примесях позволяет предположить целесообразность применения сланцев не только в топливном, композиционном, сорбционном, но и рудном направлении.

М, г/ят

Рис 3 Масс-спектр сланца Перелюбо-Благодатовского месторождения при различных температурах термообработки 1) 20°С, 2) 180°С, 3) 410°С, 4) 700°С и 5) 900°С

Глава 4. Физико-химические основы создания комбинированного твердого топлива из сланцев

к, Проведен поиск путей решения проблемы экологической безопасно-

сти производств по переработке сланцев с помощью термодинамического моделирования химических реакций, протекающих в температурном ин-, тервале термической обработки сланцсв с участием всех компонентов, а

также образующихся газообразных, жидких и твердых веществ. Направление процессов определялось по изменению стандартной энергии Гиббса (кДж/моль) исследуемых реакций в состоянии равновесия. Намечены пути повышения экологической безопасности сланца: за счет внутренних компонентов (кальцит, магнезит, сидерит), термической деструкции горючих сланцев при ограничении доступа воздуха или в атмосфере азота, что рекомендовано к реализации в ООО «Перелюбская горная компания» в условиях подземной пирогазификации.

Определение теплотворной способности сланцев и других видов твердого топлива методом дифференциального термического анализа проводилось путем измерения площади интегрального теплового эффекта (град *с/г) процесса их термоокислительной деструкции и перевода его в удель-

ные энергетические единицы (кДж/г). Результаты исследования взаимосвязи удельной теплоты сгорания топлива <Зсгор (кДж/г) и интегрального теплового эффекта процесса термоокислительной деструкции <Зтод (кДж/г) представлены на рис. 4. При этом обнаружена симбатная связь <Зсг[)р и <Зтол-Сланцы исследуемых месторождений обладают низкой теплотворной способностью по сравнению с другими видами твердого топлива: антрацитом, древесным, каменным и бурыми углями, древесиной. Низкая теплота сгорания сланцев обусловлена их высокой зольностью и равновесной влажностью. Таким образом, для повышения их теплотворной способности необходимо совмещать с матрицами, обладающими высокой теплотой сгорания.

О тоя, кДж/г

Рис 4 Зависимость удельной теплоты сгорания различных видов твердого топлива от удельного теплового эффекта термоокислительной деструкции, определяемого методом ДТА

В качестве матриц топливных композиционных материалов рекомендовано использовать твердые нефтешламы - горючие отходы переработки и транспортировки нефти. Экспериментально показано, что наилучшими модифицирующими агентами нефтешламов для повышения теплотворной способности являются органические и минеральные окислители. Самым сильным активирующим эффектом обладают органические пероксиды: гидропероксид кумола, перекись бснзоила (табл. 1).

Экспериментально установлено, что горючие сланцы и продукты их переработки могут (табл. 2) быть использованы в качестве органомине-рального наполнителя топливных композиционных материалов с модифицированными и немодифицированными матрицами с получением брикетов (прессматериалов). Удельная теплота сгорания сланцевых композитов находится на уровне 7,2 кДж/г, что значительно выше натуральных сланцев 4,7 кДж/г.

С целью изучения механизма термоокислительной деструкции наполнителей и матриц топливных композиционных материалов проводились кинетические исследования с оценкой температуры начала процесса, энер-

гии активации и порядка реакции. Результаты исследований представлены в тех же табл. 1. и 2.

Таблица 1

Физико-химические характеристики многокомпонентных сырьевых продуктов -

матриц топливных композиционных магериалов на основе сланцев

Вид многокомпонентного сырья 1|ТОД, °С Еь кДж/ моль Г П[ 12ТОД- °С Е2, кДж/ моль П2 % 7, % Отод, кДж/г

НШ (ст Аксарайск) 240 9,5 2,4 450 10,3 2,2 2 1 6,0

НШ + К1МОз (10%) 270 9,8 1,7 460 10,3 1,6 2 3-4 8,3

НШ + МН4Шз(10%) . 260 9,8 1,8 450 10,0 1,9 2 2 7.2

НШ + Ге203 (10%) 275 9,6 2,9 460 10,2 1,7 2 4 6,5

НШ + ПЬ(10%) 260 9,8 2,1 460 10,2 2,2 5 1-2 10,2

НШ + П1К(10%) 260 9,9 2,0 450 9,9 2,0 4 2-3 10,8

НШ (ст Татьянка) 1 270 10,2 1,4 440 10,0 0,7 18 5 8,1

НШ (ст Нефтяная) ! 250 10,8 1,99 420 9,7 1,1 3 5 10,7

Отход стеаринового производства 280 9,7 2,7 440 10,3 1,1 5 1 5,5

Нефть Саратовская 270 9,4 2,0 470 10,1 1,3 0 0 7,7

Нефть Жирновская 290 10,1 2,9 470 10,1 1,2 0 0 7,7

Нефть Якушкинская 290 10,0 2,7 470 10,1 1,2 74 0 7,3

Битум аккумуляторный 230 9,5 1,1 470 10,1 1,8 0 0 8,1

Примечание- НШ- нефтешлам

Таблица 2

Физико-химические характеристики многокомпонентного сырья -_наполнителей топливных композиционных материалов __

Вид многокомпонентного сырья ^ТОД, Рь Л] /, Отод,

°С кДж/моль % кДж/г

Перелюбо- Благодатовский сланец 190 9,1 2,3 5 59 4,7

Коцебинский сланец 180 9,2 1,3 5 60 3,5

Кашпирский сланец 180 9,2 1,7 5 46 3,4

Вурнарский сланец 160 9,3 1,58 1,5 30 5,0

Ленинградский сланец 230 9,4 2,4 3 50 3,4

Антрацит 220 9,3 2,6 5 0 22,0

Каменный уголь 240 10,4 2,5 0 65 17,3

Древесный уголь 220 9,3 2,5 55 1-2 14,7

Древесные опилки (ДО) 240 9,9 1,7 8 3 17,6

Торф 200 10,3 1.1 9 1 5 11,9

Отход произволе! ва гречихи 230 10,0 1,7 10-12 2 15,6

Кокосовая стружка 140 и,о 1,2 4 6 17,9

Осадок сточных вод 200 10,3 2,2 1 58 8,8

НШ + ГПК + ДО 230 9,3 - 1 2 9,5

НШ + ГПК + кокосовая стружка 220 9,2 - 2 13 8,8

НШ + ГПК + НГС 200 9,0 - 0~~ 16 7,2

Как видно из табл. 1 и 2, независимо от температуры начала термоокислительной деструкции энергия активации этого процесса остается на

постоянном уровне, как для сланцев, так и для других горючих наполнителей. Аналогичная картина наблюдается и при расчетах энергии активации процесса термоокислительной деструкции горючих матриц.

Порядок реакции при этом изменяется для сланцев в пределах 1,3-2,4. Основное отличие поведения горючих матриц от наполнителей состоит в том, что у матриц существует два четко выраженных максимума экзотермического процесса термоокислительной деструкции. На второй стадии деструкции матриц величина энергии активации и порядок реакции практически не изменяются, что свидетельствует о родственности кинетических схем процессов.

Показано, что теплотворная способность сланцев может повышаться и в результате взаимодействия натуральных сланцев с нефтями различных месторождений. При этом происходит их взаимное обогащение с одновременным улучшением топливных кондиций сланцев (табл. 3).

Таблица 3

Основные характеристики сланцев до и после обработки ич нефтями различных место_рождений (по термогравиметрическим данным)_

Месторождение сланца и нефти Кол-во керогена масс % Зольность, масс % Влажность, масс % Карбонаты, масс % р ; тод, 1 кДж/г !

Перелюбо-Благодатовский сланец 33,0 62,0 2,0 3,0 4,7

Перелюбо-Благодатовский сланец/Саратовская нефть 60,0 35,0 3,0 2,0 5,9

Перелюбо-Благодатовский сла-нец/Якушкинская нефть 66,0 30,0 3,0 1,0 6,2

Коцебинский сланец 27,5 59,0 4,5 , 9,0 3,5

Коцебинскии сланец/С аратовская нефть 44,0 47,0 3,0 6,0 4,2

Ленинградский сланец 32,0 52,0 0 16,0 3,4

Ленинградский сланец /Жирновская нефть 54,0 33,0 1,0 12,0 4,4 _

Предложен способ извлечения жидкого термобитума из сланца с эффективностью 1/8 г/г путем нагрева натурального сланца до 270°С с последующим отжимом жидкой фракции под давлением 17-19МПа.

Глава 5. Физико-химические основы получения функциональных композиционных материалов на основе горючего сланца и продуктов

их переработки

Для создания многофункциональных композитов с предельно высокими эксплуатационными показателями (пределом прочности при сжатии, скоростью распространения звука, температурным коэффициентом линейного расширения и удельной энтальпией образования) были исследованы их зависимости от плотности каждого компонента сланца (рис. 5).

Рис 5 Зависимости пределов прочности при сжатии (а), скорости распространения звука (б), температурного коэффициента линейного расширения (в), удельной энтальпии образования (г) от плотности индивидуальных компонентов сланцев

I -

-10 -0^) 0,0 10 1« (- \Н). к/и-Ч

О. и 0.5 1 О 1(! (- АН), кДж/г

а) б)

Рис 6 Зависимости логарифмов твердости по Бринеллю (а) и предела прочности при сжатии (б) от удельной эшальпии образования индивидуальных компонентов сланцев

Эти зависимости носят экстремальный характер с максимумом в области 2,5 до 5,0г/см3. Кривая зависимости температурного коэффициент

линейного расширения от плотности имеет четко выраженный минимум. Таким образом, впервые установлена четкая корреляция между эксплуатационными свойствами индивидуальных соединений, удельной энтальпией их получения и плотностью.

Зависимости эксплуатационных показателей от убыли удельной энтальпии образования индивидуальных компонентов сланца представлены на рис. 6. в двойных логарифмических координатах ^ %■> от ^ (-АН), которые имеют симбатный характер.

Таким образом, с помощью этих зависимостей можно проводить вывод эксплуатационных показателей сланцевых композитов на предельно высокий уровень и многофункциональность, например: путем введения компонентов с большей плотностью и высокой убылью величины удельной энтальпии образования.

Впервые установлены сложные зависимости удельного теплового эффекта процессов получения композитов от температуры термообработки сланцев (рис. 7). При этом выделены оптимальные области температур 550°С термообработки с термопластичными сэвиленовой и би ту мной матрицами, а для гипсовых матриц 220°С, при которых удельный тепловой эффект максимальны.

2000 £ 1500 1000 500-

1000 10бр,»С

а)

X 20001,

•з

1000

1 обр. °С

б)

В)

Рис 7 Зависимости удельного теплового эффекта образования еэвиленовых (а), битумных (б) и гипсовых (в) композитов от температуры термообработки

сланцев

Разработаны конкретные составы различных видов композитов со сланцевым наполнителем: резины и эбонита (патент РФ № 2173323), широкого ассортимента лакокрасочных материалов (ООО НПП «Лакокра-ска»), конструкционных водостойких блоков с внутренними связующими продуктами, что подтверждает практическую значимость работы.

Глава 6. Сорбционные свойства горючих сланцев и продуктов их термической обработки

Экспериментально доказано наличие высоких сорбционных свойств у сланцев при контактировании их с натуральными нефтями различных ме-

сторождений (рис. 8). Показано, что при их соединении сланцы понижают вязкость нефтей, что объяснено поглощением тяжелых битумно - вазелино - парафиново - церезиновых нефтяных фракций на поверхности или/и в капиллярах сланца. Таким образом нефть, освобождаясь от тяжелых фракций, облагораживается легкокипящими компонентами. При этом улучшаются её ректификационные качества.

Детально исследована кинетика процесса, протекающего при взаимодействии натурального горючего сланца Перелюбо-Благодатского месторождения и нефти Якушкинского месторождения различной вязкости (40-600с).

Рис 8 Кривые дифференциально термического анализа натуральной нефти до контактирования (.1) и после одно-(2), трех- (3) и семикратного (4) контактирования ее со сланцем Перелюбо-Благодатовского месторождения

В результате экспериментальной работы было выявлено следующее.

При контактировании натурального сланца с вязкой нефтью (280-350с) (рис. 9) первоначально наблюдается заметное снижение её вязкости. Термообработка сланца при 180°С приводит к усилению этого эффекта. Дальнейшее увеличение температуры обработки уже сказывается не столь существенно. При 410°С (после перевода керогена в термобитум) и 550°С (после перевода термобитума в сланцевую смолу) мало вязкой нефтью (40с) (рис. 10) также наблюдается снижение вязкости по сравнению с чистой нефтью. Сланцы, обработанные при температуре 700°С (после полного удаления органики) и 900°С (после выгорания органики и основных фазовых превращений в минеральной части), на дальних стадиях контактирования, напротив, способствовали увеличению вязкости нефти, что, по-видимому,

Рис 9 Рис.10

Рис 9 Зависимость условной вязкости нефти (1) по ВЗ-2 (с) от времени контактирования с натуральным сланцем (2) и продуктами его термической обработки при температуре 180°(3), 410°(4), 550°(5), 700°(6) и 900°С(7) Рис 10 Зависимость условной вязкости загустевшей нефти (1) от времени контактирования со сланцем (2) и продуктами его термической обработки при температуре (180° (3) и 410°С(4))

связано со сложным взаимодействием сланца с легкокипящими компонентами нефти и водой. Доказано, что эффект снижения вязкости достигается не только при фильтрации нефти через слой сланца (в динамическом режиме), но и в стационарных условиях его насыщения.

Показано, что поглощение тяжелых фракций нефти сланцами происходит в высокоразвитой сети мелких пор (порядка 1 мкм). Веществом сланца, которое активно адсорбирует тяжелые нефтяные фракции, является кероген. В отсутствие керогена зольные остатки сланцев не поглощают нефтяные фракции. Если удалить кероген из сланца путем обработки его нефтью при повышенной температуре (+50° +60°С), то поглощения нефтяных фракций тоже не происходит.

Исследована адсорбционная способность исходного сланца и его золы по отношению к тяжёлым металлам в катионной и анионной форме (Cr2072~, Cr3+, Fe3+, Fe2+,Co2+, Ni2+, Mn2+, Mn04"), концентрация которых в сточных водах, как правило, превышает ПДК. Адсорбционная ёмкость натурального сланца (табл. 4) для Fe3' и Ni2+ из водных растворов умеренной концентрации (50 мг/л) составляет 10,6 и 5,6 мг/г соответственно, что соизмеримо с адсорбционной ёмкостью других природных материалов (опоки, торфа).

Таблица 4

Адсорбция катионов на природных материалах, мг/г

| Ионы Адсорбент

| Сланец Сланцевая зола Торф Опока

106 5 4 7 5 67

! Ni4 5 6 120 5 8 4 1

Таким образом доказано, что натуральный сланец и его зола могут быть использованы в качестве адсорбентов для тонкой очистки сточных вод. Выявлена высокая восстановительная способность сланцев по отношению к ионам высшей степени окисления, что связано с присутствием керогена.

Выводы

1. С применением современных методов исследования разработаны физико-химические основы создания функциональных материалов из горючих сланцев, смысл которых заключается в использовании на практике установленных критериев, принципов и зависимостей, позволяющих получить требуемые конечные продукты.

2. Установлено, что теплоты сгорания наполнителей и матриц, температура начала термоокислительной деструкции, энергия активации этого процесса и порядок реакции, изменение энергии Гиббса процессов химического связывания серосодержащих компонентов, скорость нагрева и доступ воздуха являются важнейшими физико-химические критериями получения высококалорийного комбинированного твердого топлива на основе натуральных сланцев.

3. Разработаны физико-химические принципы оптимизации эксплуатационных показателей гибридных композиционных материалов со сланцевым наполнителем по зависимостям удельной энтальпии образования от плотности индивидуальных компонентов; элементного и фазового составов от температуры термообработки.

4. Предложены критерии получения эффективных сорбентов из сланцев и продуктов их термической обработки, главными из которых являются: адсорбционная и восстановительная способность керогена; наличие ад-сорбционно-активных минеральных компонентов; высокоразвитая пористая структура.

5. В результате работы получены и рекомендованы к внедрению следующие виды промышленной продукции:

• комбинированные топливные брикеты состава: сланец (40-бОмасс. ч) + модифицированная горючая матрица (60-40масс. ч);

• сланцевые композиты с собственными и дополнительными связующими продуктами конструкционные блоки (осж = 80 МПа и

= 0,9%), резина и эбонит (патент РФ № 2173323), лакокрасочные материалы.

• сорбенты для извлечения тяжелых фракций из нефтей различных месторождений и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов с высокой адсорбционной емкостью 10,6 и 5,6 мг/( для Ре3+ и МГ+ соответственно.

Результаты внедрены на ООО НПП «Самотлор» (г. Самара), ООО НПП «Перелюбская горная компания», ООО НПП «Лисскон», ООО НПП «Лакокраска» и на заводах резинотехнических изделий РФ.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ I. Статьи в журналах и научных сборниках

1. Решетов В.А., Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Мартынов B.C. Оптимизация процесса получения сланцевых композитов // Журнал прикладной химии,- 2000. №9 - С. 1551 -1556.

2. Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Морковин В.В., Решетов В.А. Кинетика процесса термического разложения керогена волжского сланца // Журнал прикладной химии,- 2000. №9. - С. 1547-1551.

3. Ромадёнкина (Станотина) С.Б. Исследования компонентного состава минеральной части сланца Перелюбо-Благодатовского месторождения /Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Решетов В.А., Буланов В.М. // Комплексное использование тепла и топлива в промышленности: Межвуз. науч.сб. - Саратов: Сарат. i ос. техн. ун-т, 2000. - С.34-45.

4. Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Решетов В.А., Морковин В.В. Термодинамическое моделирование химических превращений компонентов горючих сланцев в процессе термической обработки // Журнал физической химии,- 1999,- Т.73, №5. - С.806-810.

5. Ромадёнкина С.Б. Кинетика тсрмоокислительной деструкции композитов на основе сланцев и органических многокомпонентных матриц /Ромадёнкина С.Б, Драгункина О.С., Решетов В.А., Турунов Д.Л. //Известия вузов Сев.-Кавк. региона, технические науки. 2005. -С.12-15.

6. Ромадёнкина (Станотина) С.Б. Влияние фазового состава и вторичной структуры на свойства сланцев различных месторождений /Морковин В.В., Решетов В.А., Мустафин А.И., Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Кляев В.И. // Вопросы биологии, экологии и химии и методики обучения: Сб. науч. статей. - Саратов: Сарат. педагогический институт, 2000. Вып.З. - С.134-136.

7. Состояние и перспективы развития производства композиционных материалов с применением натурального волжского сланца /Поликарпова М.Р., Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Решетов В.А. Саратов: Сарат. гос. ун-т, 1997, 17с. Деп. В ВИНИТИ №10211-555/12 а-27.

И. Патенты РФ

8. Патент РФ №2173323 Композиция на основе натурального горючею сланца для производства эбонитовых изделий./ Каширский В.Г., Решетов В.А., Симонов В.Ф., Ромадёнкина (Станотина) С.Б. и др./. Опубл. 10.09.01.-БИ №25.

III. Материалы докладов на съездах и конференциях

9. Драгункина О.С., Ромаденкина С.Б, Решетов В.А., Мызников Д.В., Тащян В.М. Принципы создания композиционных материалов на основе осадка городских промышленно-коммунальных сточных вод // Экологические проблемы промышленных городов: Сборник научных трудов. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн ун-та, 2005 - С. 118121.

Ш.Мерзлякова О.Ю., Драгункина О.С., Ромаденкина С.Б., Решетов

B.А.. Сорбционные свойства сланцев при контакте с нефтями и водными растворами солей тяжелых металлов // Экология и научно-технический прогресс: - Материалы III Международной научно-практической конф. - Пермь: Пермский гос. техн. ун-т, 2004г. -

C.52-54.

И.Решетов В.А., Ромадёнкина С.Б., Мызников Д.В., Морковин В.В., Сержантов В.Г. Векторные поля, семейства гиперповерхностей и фазовые диаграммы процессов получения композиционных материалов на основе природного и техногенного сырья. - Материалы III Международного конгресса по управлению отходами. - Москва: Вэйст-Тэк, 2003.-С.187-188.

12.Турунов Д.Л., Гендик H.A., Решетов В.А., Ромадёнкина С.Б., Гнеушев В.В., Морковин В.В. Применение метода дифференциально-интегральной сканирующей калориметрии в практике исследования композиционных материалов // Современные методы и средства не-разрушающего контроля и технической диагностики: Материалы II Международной конф. - Ялта: Украинский информационный центр, 2003. - С.80-82.

13.Ромадёнкина С.Б., Турунов Д.Л., Решетов В.А., Морковин В.В. Взаимное обогащение нефтей и горючих сланцев различных месторождений // Актуальные проблемы современной науки: Материалы 4 Международной конференции. - Самара, 2003. - С. 87-89.

14 Ромадёнкина С.Б., Мызников Д.В., Решетов В.А., Морковин В.В., Турунов Д.Л. Прогнозирование фазовой и диффузионной устойчивости компонентов природного и техногенного сырья на основе температурных и концентрационных зависимостей химических потенциалов // Экологические проблемы промышленных городов: Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. - Саратов: Изд-во Сарат. гос. техн. ун-та, 2003,- С. 159-164.

15.Решетов В.А , Ромадёнкина С.Б., Морковин В.В Исследование зависимостей эксплуатационных показателей твердых материалов от удельной энтальпии их образования // Эффективность реализации научного ресурсного и промышленного потенциала в современных

условиях: Материалы Третьей Промышленной конф. - Киев, 2003. -С. 92-93.

16.Ромадёнкина С.Б. Гендик H.A. Критерии выбора матриц для получения композитов на основе сланцев и продуктов их термической обработки // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии: Тезисы докладов IV Всероссйской. конф. молодых ученых. - Саратов: ЮЛ, 2003. - С.307.

17. Ромадёнкина С.Б., Овчинникова И.В., Решетов В.А., Гендик H.A., Морковин В.В. Калориметрические исследования процессов получения эпоксидно-сланцевых композиционных материалов в динамическом режиме // Новые химические технологии производство и применение: Тез. докл. Всероссийской научн.-техн. конф. - Пенза: Пензенский дом знаний, 2002г. - С. 110-113.

18.Решетов В.А., Морковин В.В., Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Прозоров Л.В., Пивоваров A.B. Термическое кондиционирование осадков городских промышленно-коммунальных сточных вод // Почва. Отходы производства и потребления. Проблемы охрана и контроля: Сб. материалов Междунар. науч.-практ. конф. -Пенза: Пензенский дом знаний, 1998.-С.130-133.

19.Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Решетов В.А., Морковин В.В. Информационный экспресс-метод выбора матричных систем для производства композиционных материалов на основе многокомпонентного сырья // Проблемы химии и химической технологии: Труды VI Регион, конф. - Воронеж: Воронежский гос. ун-т, 1998.- Т.2.- С. 158161.

20.Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Решетов В.А., Морковин В.В. Термодинамические аспекты рационального использования многокомпонентного природного и техногенного сырья в производстве функциональных композиционных материалов // Надёжность и долговечность строительных материалов и конструкций: Материалы Междунар. науч.- техн. конф - Волгоград: Волгоградская гос. архитектурно-строительная академия, 1998. 4.1. - С, 13-14.

21.Решетов В.А., Ромадёнкина (Станотина) С.Б. Физико-химические основы производства функциональных композиционных материалов с применением многокомпонентного природного и техногенного сырья // Материалы будущего и нетрадиционные химические технологии: Тез. докл. XVI Менделеевского съезда по общей и прикладной химии (секция 4.). - Москва: НПИО ИОХ РАН, ВИНИТИ, 1998.- Т.2. - С. 455-456.

22.Ромадёнкина (Станотина) С.Б., Былинкина H.H., Решетов В.А. Фазовые превращения компонентов в процессе термической обработки сланцев // Фазовые переходы и критические явления в конденсиро-

ванных средах: Тез. докл. Международной конф. - Махачкала: Дагестанский гос. ун-т, 1998.- С.225.

23.Панарина Т.Ф., Добромиров A.B., Решетов В.А., Ромадёнкина (Ста-нотина) С.Б., Морковин В.В. Разработка рецептур бессвинцовых нефриттованных легкоплавких глазурей // Проблемы химии и химической технологии: Труды IV Регион конф. - Воронеж: гос. ун-т, 1998. -Т.2.- С. 175-178.

24.Ромадёнкина (Станотина) С.Б , Решетов В.А., Морковин В.В Изучение физико-химических свойств адгезивов со сланцевым наполнителем // Современные проблемы теоретической и экспериментальной химии.- Тез. докл. Росс. конф. молодых ученых. - Саратов: ЮЛ, 1997.-Т. 1-С. 42-43.

( i

Ромаденкина Светлана Борисовна

Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев

Специальность 02.00.04 -физическая химия

Автореферат

Диссертации на соискание учёной степени кандидата химических наук

Ответственный за выпуск доцент, к х н Бурашникова М М

Подписано в печать 25 05 2005 г Формат 60x84 1/16. Объем 1,5 п л Тираж 100 экз Заказ 96

Отпечатано в типографии Саратовского университета, 410012, г Саратов, ул Астраханская, 83

№11028

РНБ Русский фонд

2006-4 14195

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата химических наук, Ромаденкина, Светлана Борисовна

Введение

1. Физико-химические закономерности процессов перера- 11 ботки горючих сланцев (литературный обзор)

1.1. Термодинамические и кинетические аспекты комплекс- 11 ной переработки твердого топлива

1.1.1. Сравнительный анализ физико-химических характеристик 11 различных видов твердого топлива

1.1.2. Энергохимическое использование горючих сланцев

1.1.3. Механизмы процессов термоокислительной деструкции 15 твердого топлива

1.1.4. Влияние окислителей на теплотворную способность твер- 17 дого топлива

1.1.5. Кинетика процессов термоокислительной деструкции 19 твердого топлива

1.2. Физико-химические закономерности процессов получе- 23 ния композиционных материалов с многокомпонентными наполнителями

1.2.1. Обоснование выбора удельной энтальпии образования ком- 24 позитов в качестве главной функции состояния

1.2.2. Взаимосвязь эксплуатационных показателей композицион- 27 ных материалов, величины удельной энтальпии их образования и важнейших физико-химических параметров

1.2.3. Критерии выбора матриц для формования композитов на 30 основе многокомпонентных наполнителей

1.3. Избирательная адсорбция компонентов на поверхности 34 природных сорбентов

1.3.1. Адсорбция органических веществ и ионов тяжелых металлов природными сорбентами из неводных и водных систем

1.3.2. Основные ионные источники загрязнения водных сред

1.4. Другие направления использования сланцев и продуктов 41 их переработки в промышленности

1.5. Выводы по главе

2. Объекты и методики исследования

2.1. Объекты исследования

2.2. Методики исследования

2.2.1. Дифференциально-интегральная сканирующая калоримет- 46 рия

2.2.2. Термогравиметрический анализ

2.2.3. Масс-спектроскопия

2.2.4. ИК - спектроскопия

2.2.5. Рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализ

2.2.6. Методика построения гистограмм фазового состава

2.2.7. Методика диэлектрических испытаний

2.2.8. Термодинамические и кинетические расчеты

2.2.9. Определение хемостойкости натурального сланца

2.2.10. Физико-механические испытания

2.2.11. Вискозиметрические испытания после контактирования 51 нефтей со сланцами

2.2.12. Определение адсорбционной емкости катионов на поверх- 51 ности продуктов переработки сланцев

2.2.13 Методы статистической обработки результатов

3. Взаимосвязь физико-химических свойств, элементного и 52 фазового состава, функциональных групп и температуры термической обработки горючих сланцев

3.1. Физико-химические характеристики горючих сланцев

3.2. Термогравиметрический и рентгенофазовый анализы 54 сланцев различных месторождений

3.3. Рентгенографическое исследование кристаллической 65 структуры керогена сланцев

3.4. ИК — спектроскопический анализ органического вещест- 68 ва анионного состава минеральной части сланцев

3.5. Мисс-спектроскопическое исследование элементного со- 72 става сланцев и продуктов их термической обработки

И* 3.6. ИК - спектроскопическое исследование водо- и хемостойкости сланцев

3.7. Выводы по главе

4. Физико-химические основы создания комбинированно- 85 го твердого топлива из сланцев

4.1. Термодинамическое моделирование процессов термо- 85 окислительной деструкции сланцев

4.2. Взаимосвязь теплотворной способности и удельного те- 91 плового эффекта процесса термоокислительной деструкциисланцев

4.3. Кинетика процесса термоокислительной деструкции 93 сланцев

4.4. Выбор матриц для получения топливных композицион- 98 ных материалов

4.5. Повышение топливных кондиций сланцев путем кон

It тактирования с нефтями различных месторождений

4.6. Разработка способа извлечения органического вещества 104 из сланцев

4.7. Выводы по главе

5. Физико-химические основы получения композицион- 109 ных материалов на основе сланца и продуктов их переработки

5.1. Взаимосвязь убыли удельной энтальпии образования и 109 основных эксплуатационных показателей компонентов сланцев от плотности

5.2. Влияние температуры термообработки сланца на вели- ИЗ чину удельного теплового эффекта процесса образования композитов с различными матрицами

5.3. Влияние температуры термической обработки 117 сланцев на прочностные характеристики и водостойкость сланцевых композитов с внутренними связующими продуктами

5.4. Разработка составов формового эбонита и резин общего 119 назначения со сланцевым наполнителем

5.5. Доказательство возможности применения сланцевого 125 наполнителя в производстве лакокрасочных материалов

5.6. Выводы по главе

6. Сорбционные свойства горючих сланцев и продуктов их термической обработки

6.1. Кинетика сорбции сланцами тяжелых фракций нефтей 129 различных месторождений

6.2. Процессы сорбции сланцами и зольными остатками ио- 136 нов тяжелых металлов из водных растворов

6.3. Выводы по главе 6. 138 Выводы 141 Список литературы 143 Приложение

Введение диссертация по химии, на тему "Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев"

Актуальность. Разработка новых энергетически выгодных и экологически безопасных технологий комплексной переработки горючих сланцев представляет собой актуальную задачу. Экономическая целесообразность обусловлена доступностью и низкой стоимостью сланцев, малыми энергетическими, транспортными и накладными расходами. Общие запасы натуральных горючих сланцев в России оцениваются сотнями миллиардов тонн, в том числе в Поволжье - Юмлрд т /1-5/. В России действуют крупные сланцеперерабатывающие предприятия (ООО «Ленинградсланец», ООО «Сызранский сланцехимический завод» и т.д.) по комплексной переработке сланцев с получением тепловой энергии и различных химических продуктов: битума, бензола, тиофена, толуола и ксилола, серы, альбихтола, керогена, зольного остатка /6-11/.

Однако, промышленностью освоены далеко не все направления применения горючих сланцев. Ассортимент выпускаемой сланцехимической продукции требует заметного расширения и обновления. Низкая сортность сланца как топлива диктует необходимость повышения его теплотворной способности. Кроме того, при переработке высокосернистых горючих сланцев возникает множество экологических проблем, обусловленных выделением токсичных и химически агрессивных газовых компонентов в окружающую среду/12-15/. ^

Существование указанных проблем связано с недостаточным уровнем разработки физико-химических закономерностей процессов переработки сланцев и производства изделий на их основе. Не определены главные физико-химические критерии процессов переработки, недостаточно разработаны некоторые важные направления применения сланцев (топливное, композиционное, адсорбционное, рудное, каталитическое и др.), не выявлена связь между элементным и фазовым составом сланцев и эксплуатационными свойствами материалов и изделий на их основе, недостаточно глубоко исследованы термодинамические и кинетические закономерности переработки сланцев иг механизмы взаимного влияния компонентов друг на друга, не разработаны диаграммы состояния многокомпонентных сланцевых систем.

Задачи исследования:

2. Разработка критериев получения комбинированного твердого топлива на основе сланцев.

3. Разработка физико-химических основ формирования композиционных материалов из сланцевых наполнителей, внутренних и внешних связующих продуктов.

5. Экспериментальная проверка эффективности разработанных положений на примерах получения комбинированного твердого топлива, композиционных материалов и сорбентов. ъ"

33 - КГ-99, головная организация - Томский государственный архитектурно-строительный университет), а также в рамках договорных исследований.

Научная новизна:

1. Разработаны физико-химические основы создания функциональных материалов из горючих сланцев, сущность которых состоит в применении на практике установленных критериев, принципов и зависимостей, обеспечи^ вающих достижение положительных результатов.

3. Сформулированы принципы формирования гибридных композиционных материалов со сланцевым наполнителем, основанные на установлен,» ных зависимостях удельной энтальпии образования и эксплуатационных показателей от плотности индивидуальных компонентов и температуры термообработки сланцев.

4. Предложены критерии получения сорбентов на основе сланцев и продуктов их термической обработки для извлечения тяжелых фракций из нефтей различных месторождений и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов (Cr2072', Cr3+, Fe3+, Fe2+, Со2+, Ni2+, Mn2+, Mn04'): адсорбционная и восстановительная способность керогена, наличие адсорбционно-активных минеральных компонентов, высокоразвитая пористая структура. v

Положения, выносимые на защиту:

1. Физико-химические основы получения функциональных материалов из горючих сланцев.

2. Физико-химические критерии получения комбинированного твердого топлива на основе сланцев.

4. Критерии получения сорбентов на основе сланцев для извлечения компонентов из водных и неводных сред.

Практическая значимость. Результаты работы внедрены на ООО HI ill «Самотлор» (г. Самара), ООО HI 111 «Лисскон», ООО НПП «Лакокраска», ООО «Перелюбская горная компания» и рекомендованы к использованию на заводах резинотехнических изделий РФ. Разработки применяются в учебном процессе на химическом факультете Саратовского госуниверситета при чтении лекционного курса «Физическая химия композиционных материалов», выполнении дипломных и курсовых работ на кафедре физической химии.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и докладывались на XVI Менделеевском съезде по общей и прикладной хи-~? мии (Москва, 1998); 3-ем Международном конгрессе по управлению отходами «Вэйст-Тэк» (Москва, 2003); Международных конференциях: «Композиционные материалы: теория, исследования, разработка, технология, применение» (Новочеркасск, 2005); «Экология и научно-технический прогресс» (Пермь, 2004); «Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях» (Киев, 2003); «Современные методы и средства неразрушающего контроля и технической диагностики» (Ялта, 2003); «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2003); «Почва, отходы производства и потребления: проблемы охраны и контроля»? (Пенза, 1998), «Фазовые переходы и критические явления в конденсированных средах» (Махачкала, 1998), «Надежность и долговечность строительных материалов и конструкций» (Волгоград, 1998), Российских конференциях:

Экологические проблемы промышленных городов» (Саратов, 2003); «Новые химические технологии производства и применение» (Пенза, 2002), «Совре *. менные проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 2003, 1997), Региональной конференции: «Проблемы химии и химической технологии» (Воронеж, 1998).

Структура и объём диссертации: Диссертационная работа состоит из введения, обзора современного состояния вопроса по теме, экспериментально- теоретической части и включает 6 глав, общие выводы, библиографию, приложения. Диссертация содержит 158 страниц машинописного текста, в том числе 28 таблиц и 34 рисунка. В приложении приводятся акты внедрения результатов, а также, таблицы и список опубликованных работ. *

Заключение диссертации по теме "Физическая химия"

Выводы

4. Предложены критерии получения эффективных сорбентов из сланцев и продуктов их термической обработки, главными из которых являются: адсорбционная и восстановительная способность керогена; наличие адсорбционно-активных минеральных компонентов; высокоразвитая пористая структура.

5. В результате работы получены и рекомендованы к внедрению следующие виды промышленной продукции:

• комбинированные топливные брикеты состава: сланец (40-60масс. ч) + модифицированная горючая матрица (60-40масс. ч);

W = 0,9%), резина и эбонит (патент РФ № 2173323), лакокрасочные материалы.

• сорбенты для извлечения тяжелых фракций из нефтей различных месторождений и очистки сточных вод от ионов тяжелых металлов

Л 1 Олс высокой адсорбционной емкостью 10,6 и 5,6 мг/г для Fe и Ni соответственно.

Результаты внедрены на ООО НПП «Самотлор» (г. Самара), ООО Hi Ш «Перелюбская горная компания», ООО НПП «Лисскон», ООО НПП «Лакокраска» и на заводах резинотехнических изделий РФ, а также в учебный процесс на химическом факультете Саратовского государственного университета.

В рамках открывшейся в СГУ в 2005 году новой специальности: «Химия энергоносителей и углеродных материалов» по результата^ диссертации запланированы, курс лекций и учебный практикум (4 работы) по теме: «Химия и технология переработки горючих сланцев» (51 час).

Список источников диссертации и автореферата по химии, кандидата химических наук, Ромаденкина, Светлана Борисовна, Саратов

1. Добрянский А.Ф. Горючие сланцы СССР. М.: ГНТИ, 1947. -232с.

2. Зеленин Н.И., Озеров И.М. Справочник по горючим сланцам. Л.: Недра, 1988.-248 с.

3. Горючие сланцы / Под ред. Т.Ф. Иена, Дж.В. Чилингаряна. JI.: Недра, 1980.-262 с.

4. Справочник сланцепереработчика /Под ред. М.Г. Рудина, Н.Д. Серебрянникова. — Л.: Химия, 1988. 256 с.

5. Справочник по химии и технологии твердых горючих ископаемых. А.Н. Чистяков, Д.А. Розенталь, Н.Д. Русьянова. СПб.: Компания "Синтез", 1996.-363 с.

6. Глезин И.Л. Комплексная безоотходная переработка горючих сланцев. М.: ЦНИИТЭ нефтехим., 1982. - 48 с.

7. Гранат Д. Использование сланцевых продуктов. Таллин: ЭстНИИНТИ, 1980.-31с.

8. Каширский В.Г., Атоян Э.М. Комплексное использование многосернистых сланцев СССР /Тематический обзор./ — М.: ЦНИИИТЭННХП- 1985.-С. 1-30.

9. Крет В. Экономическая эффективность комплексного использования продуктов сланцепереработки. М.:ЦНИИТЗ нефтехим., 1985.-41с.

10. Каширский В.Г. О многоцелевом применении горючих сланцев Поволжья. // Комплексное использование тепла и топлива в промышленности: Межвуз. науч. сб. Саратов: Саратовский государственный технический университет, 2000. - С. 4-7.

11. Каширский В.Г., Еремин В.В. Пути развития технологии использования высокосернистых сланцев России. // Комплексное12