В арктическом НОЦ создали стройматериалы из отходов нефти и древесины

Они позволяют получать стабильную серополимерную матрицу.

Ученые научно-образовательного центра (НОЦ) «Российская Арктика» разработали новую эффективную технологию изготовления стройматериалов с использованием серы для арктических условий. Как рассказал ТАСС во вторник заместитель директора по научной работе Института химии ФИЦ «Коми научный центр Уральского отделения РАН» (Сыктывкар, Республика Коми) Юрий Рябков, композитные материалы созданы на основе отходов нефтегазовой промышленности и отходов глубокой переработки древесины.

В качестве одного из приоритетов НОЦ «Российская Арктика» заявлена разработка материалов и технологий с использованием техногенных отходов Арктического региона, накопление которых в больших количествах угрожает жизнедеятельности человека на севере.

«Наше участие в одном из технологических проектов НОЦ направлено на разработку новых конструкционных композиционных материалов для Арктики. Предложенная нами новая технологическая схема получения серных композитов основана на использовании техногенных отходов нефтегазовой промышленности и отходов глубокой переработки древесины», — сказал Юрий Рябков.

Сера в углеводородах является одной из наиболее распространенных примесей. Ее выделение происходит при первичной переработке нефти и природного газа. Концентрация этого химического элемента и его производных, например, в сырой нефти колеблется от сотых долей процента (к такому сырью относится, например, нефть, получаемая с бакинских месторождений) до 6-10% (в нефти большинства других месторождений, включая месторождения российской Арктики).

Удаление серы имеет большое значение, так как серосодержащие соединения неблагоприятно воздействуют на качество нефтепродуктов, вызывают коррозию и повреждение оборудования. Наличие серы в природном газе негативно влияет на процесс транспортировки, хранения, переработки и использования в качестве топлива, приводя к коррозии трубопроводов, емкостей хранения, двигателей внутреннего сгорания и выхлопных систем.

Исследователи предложили изготавливать серный композитный материал из технической серы, которая в огромном количестве накапливается на месторождениях в арктических регионах России.

Крупнотоннажные отходы серы складируются и не вывозятся из-за удаленности и труднодоступности территории. «Мы для исследований использовали серу Усинского газового месторождения, где она на сегодняшний день накоплена в больших количествах и только в небольших объемах востребована на рынке для получения серной кислоты, сульфатных удобрений и кормовых добавок «, — пояснил собеседник агентства.

Серобетон и сероасфальт

При этом сера, по словам ученого, — отличное сырье для получения композитов. Она хорошо плавится при нагревании. В расплавленную серу можно добавить другие техногенные отходы горнодобывающей промышленности: мелкие фракции песка, щебня, золы, то есть то, что обычно выбрасывается. В итоге получается серобетон. Если добавить компоненты асфальта, то получится сероасфальт. После застывания получается достаточно прочный материал. Но сама сера является довольно хрупкой. Чтобы конструкции получались долговечными, необходимы добавки, которые называют модификаторами.

Специалисты института химии предложили эффективный модификатор серы — скипидарные смеси, содержащие ароматические соединения. Они позволяют получать стабильную серополимерную матрицу. «Если использовать скипидаросодержащие отходы переработки древесины в качестве нового модификатора серы, то получается новый материал. Комбинация: техногенный отход сера, плюс техногенный отход переработки древесины — это та самая новизна, которую мы предлагаем. Получается полезный технический продукт», — сказал Юрий Рябков.

Использование в Арктике

У материалов на основе серы есть несколько важных особенностей, которые делают их очень перспективными для использования в Арктике. В настоящее время бетон получают на основе портландцемента. Это вид цемента, наиболее широко применяемый во всех странах. Для изготовления бетона цементный порошок смешивают с водой, после чего он твердеет и набирает прочность около 28 суток.

«Тут два минуса: вода и 28 суток. У серы этих принципиальных недостатков нет. Сера — термопластичный материал. Нагреваем, в расплав вносим модификатор, а наполнители — те же самые, что и в цемент: песок, щебень, только не в водный раствор, а в расплав серы», — объяснил ученый, добавив, что все эти процессы можно проводить при отрицательной температуре, что актуально для арктических регионов.

При этом не требуется ждать 28 суток для набора прочности. Кроме того, изготовление конструкций из серного композита можно проводить под водой, даже в болоте и на морском дне.

Использование строительных изделий из серных композитов в Арктике поможет также с решением экологических проблем, вызванных накоплением большого количества отходов технической серы предприятиями, которые находятся в Арктической зоне РФ.

По словам собеседника агентства, серобетонные изделия можно получать на обычных асфальтобетонных заводах. «При небольшой модернизации стандартных существующих предприятий — асфальтобетонных заводов — можно эту технологию внедрить, распространить и использовать», — считает он.

НОЦ «Российская Арктика»

В декабре 2020 года правительство РФ поддержало создание НОЦ «Российская Арктика». В его работе участвуют Архангельская и Мурманская области, Ненецкий автономный округ, а также другие регионы. НОЦ нацелен на реализацию новых технологических проектов, внедрение новых материалов и технологий, а также проведение исследований, обеспечивающих конкурентоспособность и мировой уровень исследований и разработок. Кроме того, в задачи центра входит подготовка кадров для решения крупных научно-технологических задач региона в интересах промышленности и экономики российской Арктики.