在煤炭开采过程中，会产生大量的废石，这些废石最终堆积成数十米高的巨型土堆。这些堆放在煤矿区内的垃圾场被称为垃圾填埋场。由于含有煤炭残渣，这些垃圾场可以自燃并持续燃烧数年，向大气中释放大量的一氧化碳、硫化氢和其他有毒物质。平均而言，一个焚烧垃圾场每天会向空气中排放4-5吨二氧化碳和600-1100公斤二氧化硫。这些排放加剧了温室效应，污染了该地区的空气和水环境，并危害人类健康。利用煤炭开采废石作为生产建筑材料的原料，可以有效解决其处置问题。彼尔姆理工大学的科学家们研究了将热电子材料用作水泥和水泥基材料矿物添加剂的可能性。与未添加添加剂的配方相比，该方法可以使砂浆的强度提高21%。
通过平整人工山丘、进行景观美化和土地复垦，可以减少“特里康”对环境的负面影响，但这需要高昂的资金投入——仅复垦一个“特里康”就可能耗资数千万卢布。这涉及一系列复杂的技术、环境和物流因素，从人工改良有毒土地和控制自燃，到将土壤、水和机械设备运送到偏远的矿区。此外，由于植物存活率低，并非所有人工垃圾填埋场都适用这些方法。
另一种解决方案是将煤矿废料用于工业。它们是粘土混合物，含有少量煤、铝、硅和铁。因此，将其二次利用，分离出有用的化合物，并将其应用于合金、碳肥、沥青和各种建筑材料，前景广阔。
彼尔姆理工大学的科学家们提出了一种前所未有的方法，将热电子学用作波特兰水泥及其基材料（尤其是混凝土）的矿物添加剂。
专家们以基泽洛夫斯基煤矿区为例，测试了该解决方案。该地区的人造废弃物量估计为1300万立方米。
波特兰水泥和水泥混凝土成分中的矿物添加剂赋予材料特殊性能——提高强度、耐水性、耐腐蚀性等。它们还能通过稀释基础成分来节省天然原料并提高产量。使用热电子材料作为矿物添加剂可以同时解决两个问题：煤矿区的环境问题以及水泥生产中的资源和能源节约问题。
理工学院采集了烧制和未烧制的水泥浆样品，研究了它们的化学和矿物成分，然后进行了一项实验，用10%、20%和30%的水泥浆替代波特兰水泥溶液。
我们采用荧光X射线光谱法测定了水泥浆的化学成分，并采用快速X射线定量相分析法测定了水泥浆的矿物成分。结果表明，烧成陶瓷主要由石英组成，而不是由高岭石和石英夹杂煤的烧成陶瓷。后者中含有高岭石，表明其在预烧后可用作活性矿物添加剂，因为这体现了材料较高的火山灰活性——能够与波特兰水泥硬化过程中形成的高溶解性碱发生反应，进而形成溶解性较差的低碱值硅酸钙，PNRPU土木工程与材料科学系副教授、技术科学副博士Stepan Leontiev解释道。
为了获得矿物添加剂，专家们将颗粒研磨至0.08毫米。然后将未烧制的陶瓷在实验室马弗炉中以700°C的温度烧制2小时。
为了评估使用Terriconic添加剂的有效性，我们配制了由一份CEM I 42.5N型波特兰水泥和三份单碎石英砂组成的水泥砂浆。最终，我们得到了1份不含Terricon的对照配方，以及3份含烧制Terricon和未烧制Terriconic的配方。我们用10%、20%和30%的波特兰水泥替代了Terricon。用这些混合物制成梁样品，然后在正常条件下以及高温高湿条件下硬化28天。硬化后，对样品进行了弯曲和压缩测试，”Stepan Leontiev说道。
通过比较不同理工学院样品的强度，我们确定了使用Terricon作为矿物添加剂的有效性及其最佳用量。
结果表明，替代高达30%的水泥
该文章发表在《化学、生态学、城市研究》2025年第1卷中。该研究是在“2030年优先事项”战略学术领导计划框架内开展的。