Использование техногенных промышленных отходов в качестве корректирующих добавок в цементы для снижения содержания водорастворимого Cr

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Характерной приметой последних десятилетий в мировой практике становится ужесточение требований к качеству строительных материалов, и особенно к их экологической безопасности. Для цемента эта проблема связана со снижением содержания в нем водорастворимого Cr (VI). Согласно Директиве ЕС 2003/53/ЕС запрещено поставлять на рынок и использовать цементы, в которых концентрация водорастворимого Cr (VI) превышает 0,0002% (2 мг/кг цемента).

ГЛАВА 1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В КАЧЕСТВЕ КОРРЕКТИРУЮЩИХ ДОБАВОК В ЦЕМЕНТЫ ДЛЯ СНИЖЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОГО Cr (VI)

Характерной приметой последних десятилетий в мировой практике становится ужесточение требований к качеству строительных материалов, и особенно к их экологической безопасности. Для цемента эта проблема связана со снижением содержания в нем водорастворимого Cr (VI). Согласно Директиве ЕС 2003/53/ЕС запрещено поставлять на рынок и использовать цементы, в которых концентрация водорастворимого Cr (VI) превышает 0,0002% (2 мг/кг цемента).

Появление водорастворимого Cr (VI) в клинкере и цементе связано, как правило, с рядом факторов, основными из которых являются взаимодействие сырьевой смеси с огнеупорами печей для обжига клинкера, а также присутствие ограниченного количества хрома в сырьевых материалах.

Оба фактора оказывают влияние на увеличение содержания хрома Cr (VI) в цементах, производимых в Республике Беларусь. Для футеровки большинства печей по обжигу клинкера используют хроммагнезитовые огнеупоры. Как показывают проведенные исследования, содержание водорастворимого Cr (VI) в сырьевых материалах колеблется в широких пределах: в глине -- 0,5--1,5; в пиритных огарках -- 0,3--0,7; в золошлаковой смеси -- 0,4--0,7 мг/кг. Особенно высокое содержание водорастворимого Cr (VI) -- 0,6--7,5 мг/кг обнаружено в пыли газоочистки, которая также используется в качестве одного из компонентов цементной сырьевой смеси. Именно этим можно объяснить достаточно высокое содержание водорастворимого Cr (VI) в производимых заводами Республики Беларусь цементах, в которых содержание водорастворимого Cr (VI) колеблется от 4 до 30 мг/кг цемента.

Таким образом, проблема снижения содержания водорастворимого Cr (VI) в цементах является актуальной для Беларуси. Она может быть решена различными путями, основными из которых являются замена хроммагнезитовых огнеупоров на огнеупоры, не содержащие хром, а также ввод добавок «дехроматоров» при помоле клинкера.

Именно последний способ снижения содержания водорастворимого Cr (VI) в цементах нашел широкое применение в промышленности. В качестве дехроматора чаще используют сульфат двухвалентного железа, который вводится либо в цемент при помоле клинкера, либо в бетонную смесь. Однако ввод данной добавки не всегда бывает эффективным: сульфат Fe (II) быстро окисляется на воздухе до сульфата Fe (III) и при такой степени окисления не способен восстанавливать Cr (VI) до безопасного Cr (III).

Как показали проведенные исследования, в качестве дехроматора может быть использован сернистый плав, являющийся отходом производства нефтепродуктов. По своим свойствам плав соответствует требованиям ГОСТ 127.1-93 «Сера техническая». Содержащиеся в добавке соединения серы имеют степень окисления 0 и 2, за счет чего их действие на восстановление Cr (VI) до Cr (III) более эффективно, чем сульфата Fe (II). Ввод добавки в количестве 0,3--0,8% массы клинкера (в зависимости от концентрации водорастворимого Cr (VI) в клинкерах) позволил снизить в цементах содержание водорастворимого Cr (VI) до нормируемых значений -- не более 2 мг/кг цемента.

Исследованиями также установлено, что ввод добавки не приводит к снижению качества цемента (не уменьшает прочность цемента как в ранние сроки твердения, так и в возрасте 28 суток).

ГЛАВА 2. Вовлечение в производство цемента и минеральных вяжущих отходов других отраслей промышленности

Технологические исследования и экономические расчёты по определению затрат и направлений использования техногенных материалов в производстве цемента и вяжущих на их основе.

Технологические исследования техногенных материалов и промышленных отходов (топливных шлаков ТЭЦ жидкого шлакоудаления, золошлаковых отходов, электросталеплавильных шлаков, отвалов промышленных шламов и др.) в лабораторных и полупромышленных условиях на предмет их пригодности в качестве сырьевого компонента, корректирующей добавки в составе сырьевой смеси при обжиге портландцементного клинкера, инертной или активной добавки в составе портландцемента, шлакопортландцемента, при получении шлаковых вяжущих и других направлениях.

Результаты проведенных в НИИЦементе исследований партии топливного гранулированного шлака жидкого шлакоудаления одной из российских ТЭЦ показали, что он обладает вяжущими свойствами, идентичен доменному гранулированному шлаку, используемому в цементном производстве и может применяться в качестве активной добавки при помоле портландцемента, шлакопортландцемента с высоким содержанием добавки шлака и ряда составов шлаковых вяжущих на его основе.

Топливный гранулированный шлак жидкого шлакоудаления характеризуется высокой абразивностью, является интенсификатором помола при совместном помоле с клинкером и хорошо ведёт себя в составе растворов на основе портландцемента, шлакопортландцемента и шлаковых вяжущих, особенно при пропаривании.

Выполненные расчеты экономической эффективности организации производства шлакопортландцемента и шлаковых вяжущих на основе шлаков жидкого шлакоудаления на промплощадке одной из российских ТЭЦ показали принципиальную экономическую целесообразность осуществления такого проекта.

В качестве помольного агрегата, обеспечивающего высокую тонкость помола вяжущих материалов (от 3000 до 5000 см2/г), принята возможность использования компактного агрегата - противоточной струйной мельницы типа МСП-25 конструкции НИИЦемента производительностью 25 т/ч.

Срок окупаемости капиталовложений при выпуске шлакопортландцемента в объеме 100 тыс. т/год и шлакового вяжущего, соответственно, в объеме 80 тыс. т в год, может колебаться в зависимости от содержания шлака в ШПЦ и шлаковом вяжущем в пределах от 2,7 до 4,2 лет при работе помольной установки, оснащённой мельницей МСП-25, на паре после турбин ТЭЦ.

ГЛАВА 3. Техногенные отходы в производстве строительных материалов

Условия существования и развития жизни на земле определяются экологическими факторами, то есть элементами среды, значительно влияющими на организмы. В настоящее время мировым сообществом в полной мере осознается масштаб угрозы экологического загрязнения земли и атмосферы техногенными отходами. Выход золошлаковых отходов и отходов угледобычи в год составляет примерно 1 млрд. т. Накапливаясь в районах функционирования предприятий, техногенные материалы существенно осложняют экологическую ситуацию в регионах. Создается опасность для здоровья населения, потерь вторичных ресурсов.

В Москве ежегодно образуется около 20 млн. т. отходов, из которых только 10 % подвергают либо сжиганию, что тоже не выход, либо перерабатывают в промышленности. Остальные 90 % направляют на захоронение.

В мире насчитывается более 1000 наименований техногенных продуктов, перспективных для применения в виде вторичного сырья. Из этого количества 700 наименований включены в банки данных как предмет использования, но лишь 60 из них утилизируются тем или иным способом. В то же время использованию техногенных материалов исследователи постоянно уделяют значительное внимание.

Основными видами техногенных продуктов России являются золы и шлаки ТЭС, отходы угледобычи горно-обогатительных комбинатов, переработки горючих сланцев, металлургические и бытовые отходы.

Исследования, проведенные в России в конце ХХ в., показали возможность применения биотехнологии в производстве безобжигового вяжущего автоклавного твердения на основе железистых шлаков цветной металлургии На измельченных до определенной дисперсности шлаках, затворенных биогенной добавкой, были получены вяжущие и мелкозернистые бетоны прочностью на сжатие 20-80 МПа, морозостойкостью 100-500 циклов. Экономия энергозатрат при этом составляет 50-70 %, трудозатрат - 20-40 %, экономический эффект 70-80 % по сравнению с традиционной технологией.

На кафедре строительного материаловедения Московского института коммунального хозяйства и строительства (МИКХиС) разработан теплоизоляционный жаростойкий шлакосиликатный пеновермикулитобетон плотностью 250-400 кг /м3, прочностью 0,6- 2,0 МПа, теплопроводностью 0,065-0,1 Вт/моС. Он изготовлен с использованием отходов производства тонкодисперсных доменных гранулированных шлаков, зол и предназначен для огневой защиты и теплоизоляции строительных конструкций зданий и сооружений, а также тепловых агрегатов и трубопроводов.

Одной из отраслей промышленности строительных материалов, где техногенные продукты используются максимально, является цементная промышленность. Так, в качестве карбонатного сырья широко применяются отходы таких химических производств, как, например, алюмосиликатное (использованы золы ТЭС и углеотходы). Чаще всего для производства цемента применяют породы горно-обогатительных комбинатов (Старооскольский и Подольский цементные заводы, Магнитогорский цементно-горный комбинат). Известно использование для производства цемента в качестве сырьевого компонента хвостов обогащения железных руд, электротермофосфорных шлаков, но более всего доменных гранулированных шлаков - как активной минеральной добавки, При этом получается цемент типа Д5, Д20 и шлакопортландцемент.

В мировой практике накоплен богатый опыт получения пористых заполнителей путем переработки крупнотоннажных техногенных отходов, прежде всего металлургии и топливной энергетики, Так, в середине 1990-х годов на ТЭЦ в г. Тольятти была введена в действие установка, позволяющая получать из шлаков и золы пористый заполнитель, названный шлакозитом. Особенность технологии состоит в том, что производство шлакозита увязано с производством электрической и тепловой энергий. Отсюда - существенно сниженные энергозатраты на производство этого заполнителя (более чем на 40 % по сравнению с керамзитом).

Технология разработана специалистами фирмы «Стеклозит» (г. Самара) Она успешно использовалась при переработке зол и шлаков текущего выхода ТЭЦ г. Милуоки (штат Висконсин, США). Был получен высокопрочный шлакозитовый гравий прочностью при сдавливании в цилиндре 8 МПа и насыпной плотностью 800 кг/м3.

В 1999 г, на Новолипецком металлургическом комбинате была введена установка по производству остеклованного пористого шлакового гранулята и получены конструкционные бетоны на его основе, в том числе высокопрочные - до В80. Технология разработана учеными Уральского института черных металлов (г. Екатеринбург) и НИИЖБ. По основным техническим свойствам этот вид заполнителя, названный шлакостеклогранулятом, не уступает керамзиту. При этом энергозатраты на производство ниже более чем в 10 раз, себестоимость меньше в 3-5 раз. Технология производства шлакостеклогранулята получила мировое признание и включена в каталог ООН по экологически чистым технологиям утилизации техногенных отходов.

Востребованность в заполнителе в строительном комплексе России растет. Одним из первых отечественных предприятий, которое смогло эффективно решить проблему утилизации полимерных отходов путем их переработки и изготовления из них изделий, является ОАО «РЯЗАНЬПРОМСТРОЙИНВЕСТ». На предприятии внедрена усовершенствованная технология изготовления изделий из продуктов переработки полимерных отходов и песка - полимерпесчаной композиции. По этой технологии изготовляются высокоэффективные водоотводы и черепица, превосходящая по многим показателям черепицу из других материалов. Изготавливаемые на предприятии полуавтоматические технологические линии способны производить до 6000 п.м. водоотводов в месяц и перерабатывать 40 т полимерных отходов. Полимерный водоотвод имеет превосходное соотношение цены и качества. Решетка из прочной полимерпесчаной композиции выдерживает нагрузки до 300 кгс и соответствует классу С250 стандарта DIN 19580. Внедрение полимерпесчаных водоотводов в рамках национальных программ позволит решить проблемы утилизации полимерных отходов и улучшить экологическую обстановку.

Расчеты показывают, что комплексное использование сырья и техногенных продуктов дает возможность увеличить выпуск многих видов продукции на 25-30 %, снизить ее себестоимость в 2-4 раза.

Проблема утилизации крупнотоннажных отходов интернациональна. За рубежом ее решению придается очень большое значение, лишь в США объем утилизации техногенных продуктов превышает 20 %, а в развитых странах Европы он значительно больше и составляет во Франции 62 %, в Германии 76,5 % Аналогичная картина в Болгарии и Польше.

В России нео6ходимо вывести проблему утилизации отходов на государственный уровень и осваивать масштабную промышленную переработку рассортированных отходов.

Рост требований к надежности стройматериалов, изделий и конструкций, полученных с применением минерального сырья, тесно связан с максимальной комфортностью и полной безопасностью для здоровья человека.

Долгие годы промышленность стройматериалов была ориентирована на выпуск материалов и изделий, отвечающих требованиям автоматизированного промышленного производства, индустриального применения и высокого качества готовой продукции. Из поля зрения выпадали вопросы безопасности стройматериалов.
Получение высококачественной экономически выгодной и экологически безопасной продукции является основным направлением современной индустрии стройматериалов.

Использование на протяжении долгих лет традиционно считавшихся безопасными стройматериалов, в свете их радиационного воздействия на людей, заставило по-новому оценить эти материалы с экологической точки зрения (см. рис. 1).

В соответствии с ГОСТ 30108-94, эффективная удельная активность естественных (ЕРН) (Аэфф) - суммарная удельная активность ЕРН в материале, определяемая с учетом их биологического воздействия на организм человека по формуле:

Аэфф = АRa + 1,31.ATh + 0,085.AK (1)

где АRa и АTh - удельные активности 226Ra и 232Th, находящихся в равновесии с остальными членами уранового и ториевого рядов, АK - удельная активность К-40, Бк/кг.

По НРБ-99 эффективная удельная активность (Аэфф) природных радионуклидов в стройматериалах (щебень, гравий, песок, бутовый камень, цементное и кирпичное сырье и пр.), добываемых на их месторождениях или являющихся побочным продуктом промышленности (отходы промышленного производства, используемые для изготовления стройматериалов - золы, шлаки и пр.), не должна превышать:

- для материалов, используемых в строящихся и реконструируемых жилых и общественных зданиях (I класс):

Аэфф= АRa +1,3АTh+0,09АK ? 370 Бк/кг (2)

- для материалов, используемых в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений (II класс):

Аэфф Ј 740 Бк/кг;

- для материалов, используемых в дорожном строительстве вне населенных пунктов (III класс):

Аэфф=1,5кБк/кг.

При 1,5 кБк/кг <Аэфф Ј 4,0 кБк/кг (IV класс) вопрос об использовании материалов решается в каждом конкретном случае отдельно, по согласованию с федеральным органом госсанэпиднадзора. При Аэфф>4,0 кБк/кг материалы не должны использоваться в строительстве.

Так как большинство стройматериалов являются многокомпонентными, выявление закономерностей содержания естественных радионуклидов в таких материалах в зависимости от эффективной удельной активности исходных компонентов является актуальным для обеспечения радиационной безопасности. Для измерения активности материалов используются дозиметрические средства (см., например, рис. 2).

В целях поиска эффективных путей снижения содержания естественных радионуклидов в строительных материалах, необходимо выявить основные закономерности получения стройматериалов с минимальным их содержанием. Учитывая, что на долю заполнителей в составе бетонов и растворов приходится большая часть объема материала, а многие заполнители имеют высокие значения эффективной удельной активности (гранитный щебень, керамзитовый гравий, шлаки, золы и др.), одной из важных задач является установление влияния различных видов заполнителей на содержание естественных радионуклидов.

Прогнозирование содержания ЕРН в стройматериалах позволит на стадии проектирования при известных значениях эффективной удельной активности исходного сырья установить их безопасность для населения и определить рациональные пути их использования. Особенно это важно в производстве, например, керамических изделий. В результате спекания глин происходит возрастание содержания ЕРН за счет их концентрирования в составе материалов [1].

Особенностью стройматериалов некоторых регионов является то, что кроме естественных, в их составе присутствуют техногенные радионуклиды. Это обстоятельство требует дополнительных мер по обеспечению контроля за содержанием не только естественных, но и техногенных радионуклидов в сырьевых материалах и готовых изделиях.

Но эффективная удельная активность ЕРН не всегда в полной мере может характеризовать опасность радоновыделения. Материалы, относящиеся к безопасным по содержанию ЕРН, могут оказаться крайне опасными по радону за счет его высокой эманирующей способности. Выявление особой роли радона в облучении людей в бытовых условиях и на производствах, далеких от радиационно-опасных технологий, является одной из причин повышенного внимания в последние годы к проблеме радона, условиям его образования и накопления в помещениях.

Различные материалы, содержащие радиоактивные элементы, выделяют в окружающую среду образующиеся в них радиоактивные эманации [2]. Количество выделяемой эманации зависит от природы, физического состояния, температуры эманирующего тела и др. Степень эманирования характеризуется коэффициентом эманирования [3].

Коэффициент эманирования представляет собой отношение количества радона, свободно выделяемого веществом единичной массы Q1, к количеству образующегося в веществе радона Q2 :

кэм = Q1/Q2. (3)

строительный материал цемент отходы

Другой величиной, характеризующей эманирование, является эманирующая способность. Эманирующая способность - это количество свободного радона, выделяемого единицей массы вещества при условии радиоактивного равновесия. Эта величина связана с удельной активностью радия АRa в материале следующим соотношением [1]:

R = АRa кэм (4)

где R - эманирующая способность материала, Бк/кг;

АRa - эффективная удельная активность радия, Бк/кг;

кэм - коэффициент эманирования.

В настоящее время изучение эманирующей способности стройматериалов в нашей стране (да и за рубежом, за исключением нескольких видов строительных материалов) основано на единичных измерениях, которых явно недостаточно. Приводимые в литературе данные по коэффициенту эманирования стройматериалов малочисленны и противоречивы. Они не позволяют установить закономерности получения стройматериалов и изделий с низкой эманирующей способностью. Учитывая многообразие строительных материалов, технологии их изготовления и различные виды образующихся при этом структур, следует ожидать большое разнообразие факторов, влияющих на коэффициент эманирования.

Использование в производстве стройматериалов промышленных отходов носит комплексный характер: экономический, экологический и социальный. Они являются ресурсосырьевой базой для производства строительных материалов.

Однако промышленные отходы могут успешно быть утилизированы только в том случае, если учитываются не только технологические, но и экологические свойства как отходов, так и материалов на их основе. Поэтому строительные материалы, содержащие промышленные отходы, должны быть стабильными во времени при воздействии различных факторов, чтобы исключить вредное воздействие на человека и вторичное загрязнение окружающей среды. Исследования последних лет по определению содержания свинца и хрома в водопроводной воде, протекающей по цементным трубам, заставило по-иному взглянуть на проблему тяжелых металлов в стройматериалах. Тяжелые металлы, содержащиеся в таких промышленных отходах, как пиритные огарки, ферроникелевые, феррованадиевые, гальванические и другие шламы, отработанные формовочные смеси, пыли-уноса цементных заводов, превышают предельно допустимые концентрации в десятки и сотни раз. Попадая с сырьевыми материалами и корректирующими добавками в цемент, с заполнителями и отходами в растворы и бетоны, а из стройматериалов водопропускных сооружений в питьевую воду, могут наносить значительный вред здоровью людей. Другой путь миграции тяжелых металлов осуществляется по цепочке: стройматериалы, грунт, грунтовые воды, водопроводная вода, организм человека.

Приводимые в литературных источниках сведения по миграции тяжелых металлов не дают представления о закономерностях и особенностях процессов связывания и миграции, а также факторах, определяющих эти процессы. В настоящее время практически отсутствуют результаты теоретических исследований по данному вопросу.

Моделирование процессов миграции тяжелых металлов из цементных композиций, в зависимости от различных факторов (плотности, открытой пористости, температуры, добавок и др.), позволило выявить ряд закономерностей получения экологически безопасных строительных материалов с использованием промышленных отходов. Необходимо учитывать и тот факт, что в результате коррозионного воздействия агрессивных сред возможно вымывание тяжелых металлов из состава материала.

В настоящее время наиболее изучены экологические свойства асбеста, полимерных и материалов на основе органических вяжущих. Что касается строительных материалов на основе минеральных вяжущих, то изучение их экологических свойств находятся на начальной стадии. Отсутствуют и теоретические основы, позволяющие с научной точки зрения оценить экологические свойства стройматериалов в зависимости от их структурно-технологических характеристик. Учитывая негативное влияние промышленных отходов на окружающую среду и здоровье населения, создание и отработка новых эффективных технологий их переработки и обезвреживания в составе строительных материалов при обеспечении экологической безопасности, является важной экономической и социально-экологической задачей.

ГЛАВА 3. Производство строительных материалов и утилизация промышленных отходов

Промышленность строительных материалов -- базовая отрасль строительного комплекса. Она относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности. Материалоемкость определяется отношением количества или стоимости израсходованных на производство продукции материальных ресурсов к общему объему продукции. Учитывая, что многие минеральные и органические отходы по своему химическому составу и техническим свойствам близки к природному сырью, а во многих случаях имеют и ряд преимуществ (предварительная термическая обработка, повышенная дисперсность и др.), применение в производстве строительных материалов промышленных отходов является одним из основных направлений снижения материалоемкости этого массового многотоннажного производства. В то же время снижение объемов разрабатываемого природного сырья и утилизация отходов имеет существенное экономико экологическое значение. В ряде случаев применение сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью удовлетворяет потребности отрасли в природных ресурсах.

Первое место по объему и значению для строительной индустрии принадлежит доменным шлакам, получаемым в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железных руд. В настоящее время доменные шлаки являются ценным сырьевым ресурсом для производства многих строительных материалов и прежде всего портландцемента. Использование доменных шлаков как активного компонента цемента позволяет существенно увеличить его выпуск. Европейскими нормами разрешается вводить в портландцемент до 35% доменного гранулированного шлака, а в шлакопортландцемент -- до 80%. Ввод доменных шлаков в сырьевую смесь увеличивает производительность печей и снижает расход топлива на 15%. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции почти в 2 раза, а себестоимость -- на 25--30%. Кроме того, шлак как активная добавка значительно улучшает ряд строительно технических свойств цемента.

Доменные шлаки стали сырьем не только для традиционных, но и для таких сравнительно новых эффективных материалов, как шлакоситаллы -- продуктов, полученных методом каталитической кристаллизации шлакового стекла. По прочностным показателям шлакоситаллы не уступают основным металлам, существенно превышая стекло, керамику, каменное литье, природный камень. Шлакоситаллы в 3 раза легче чугуна и стали, они имеют прочность на истирание в 8 раз выше, чем у каменного литья и в 20--30 раз, чем у гранита и мрамора.

По сравнению с доменными пока значительно в меньшей степени используются сталеплавильные шлаки и шлаки цветной металлургии. Они являются большим резервом получения строительного щебня и могут быть с успехом использованы в производстве минеральной ваты, портландцемента и других вяжущих материалов, бетонов автоклавного твердения.

Большим количеством отходов в виде различных шламов характеризуется глиноземное производство. Несмотря на отличия в химическом составе шламов, остающихся после выщелачивания А1203 из природного глиноземсодержащего сырья, все они содержат 80--85% гидратированного двухкальциевого силиката. После обезвоживания этот минерал обладает способностью твердеть как при нормальной температуре, так и в условиях тепловлажностной обработки. Наиболее крупнотоннажный отход глиноземного производства -- нефелиновый (белитовый) шлам -- с успехом используется для производства портландцемента и других вяжущих, материалов автоклавного твердения и др. При применении нефелинового шлама в производстве портландцемента расход известняка сокращается на 50---60%, производительность вращающихся печей повышается на 25--30%, а расход топлива снижается на 20--25%.

Большое количество отходов в виде золы и шлаков, а также их смесей образуется при сжигании твердых видов топлива. Их выход составляет: в бурых углях -- 10--15%, каменных углях -- 5--40%, антраците -- 2--30%, горючих сланцах -- 50--80%, топливном торфе -- 2--30%. В производстве строительных материалов обычно используются золы сухого удаления и золошлаковая смесь из отвалов. Область применения золошлакового сырья в производстве строительных материалов чрезвычайно разнообразна.

Наиболее значительными направлениями использования топливных зол и шлаков являются дорожное строительство, производство вяжущих, тяжелых и ячеистых бетонов, легких заполнителей, стеновых материалов. В тяжелых бетонах золы используют, в основном, в качестве активной минеральной добавки и микронаполнителя, что позволяет снизить расход цемента на 20--30%. В легких бетонах на пористых заполнителях золы применяют не только как добавки, снижающие расход цемента, но и как мелкий заполнитель, а шлаки в качестве пористого песка и щебня. Золы и шлаки используются также для изготовления искусственных пористых заполнителей легких бетонов. В ячеистых бетонах зола применяется как основной компонент или добавка для снижения расхода вяжущего.

Все большее применение в промышленности строительных материалов находят отходы угледобычи и углеобогащения. На углеобогатительных фабриках угольных бассейнов ежегодно образуются миллионы тон отходов, которые с успехом могут быть использованы для получения пористого заполнителя и кирпича. Использование отходов углеобогащения в качестве топливной и отощающей добавки при изготовлении керамических изделий позволяет сократить расход условного топлива на 50--70 кг на 1000 шт. кирпича и повысить его марку. При строительстве дорог отходы угледобычи могут широко использоваться в конструкции дорожной одежды.

Ценнейшее сырье для промышленности строительных материалов представляют собой отходы горнорудных предприятий и предприятий нерудной промышленности. Можно привести немало примеров эффективного использования вскрышных пород, отходов обогащения руд, отсевов дробления как сырья для получения вяжущих, автоклавных материалов, стекла, керамики, фракционированных заполнителей. Эксплуатационные расходы на получение 1 м3 щебня из отходов горнорудных предприятий в 2--2,5 раза ниже, чем на добычу его из карьеров.

Значительным выходом отходов, представляющих интерес для производства строительных материалов, характеризуется химическая промышленность. Основными из них являются фосфорные шлаки и фосфогипс. Фосфорные шлаки -- отходы при возгонке фосфора в электропечах -- перерабатываются, в основном, в гранулированные шлаки, шлаковую пемзу и литой щебень. Гранулированные электротермофос-форные шлаки близки по структуре и составу к доменным и так же с высокой эффективностью могут использоваться в производстве цементов. На их основе разработана технология шлакоситаллов. Использование фосфорных шлаков в производстве стеновой керамики позволяет повысить марку кирпича и улучшить другие его свойства.

Потребности промышленности строительных материалов в гипсовом сырье практически в полной мере можно удовлетворить за счет гипсосодержащих отходов промышленности и, в первую очередь, фосфогипса. К настоящему времени разработан ряд технологий получения строительного и высокопрочного гипса из фосфогипса, реализованных пока недостаточно. Этому в определенной мере способствует существующая ценовая политика на природное сырье, не поощряющая в полной мере альтернативных вторичных сырьевых ресурсов. В Японии, где нет собственных запасов природного гипсового сырья, для получения разнообразных гипсовых изделий фосфо-гипс используют практически полностью.

Применение фосфогипса эффективно также в производстве портландцемента, где он не только позволяет, как и природный гипсовый камень, регулировать сроки схватывания цемента, но, будучи введенным в сырьевую смесь, выполняет роль минерализатора, снижающего температуру обжига клинкера.

Большая группа эффективных строительных материалов изготавливается из отходов древесины и переработки другого растительного сырья. С этой целью используют опилки, стружку, древесную муку, кору, сучья, костру и т. д. Все древесные отходы можно разделить на три группы: отходы лесозаготовительной промышленности, отходы лесопильного производства и отходы деревообрабатывающей промышленности.

Из отходов древесины, полученных на различных стадиях ее переработки, изготовляют древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, арболит, ксилолит, опилкобетон, ксилобетон, фибролит, королит, древесные пластики. Все эти материалы в зависимости от области применения разделяют на конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные и отделочные.

Применение материалов на основе древесных отходов, наряду с высокими технико-экономическими показателями, обеспечивает архитектурную выразительность, хороший воздухообмен и микроклимат помещений, улучшенные теплотехнические показатели.

Значительный объем отходов, которые могут служить вторичными сырьевыми ресурсами, образуется на самих предприятиях строительных материалов. Это, наряду с отходами производства нерудных материалов, стекольный и керамический бой, цементная пыль, отходы производства минеральной ваты и др. Комплексное использование сырья на большинстве предприятий позволяет создавать безотходные технологии, при которых полностью сырьевые ресурсы перерабатываются в строительные материалы.

Существенные резервы для развития сырьевого потенциала в производстве строительных материалов представляют отходы городского хозяйства. В передовых странах мира в составе твердых бытовых отходов превалируют макулатура, полимерные продукты, текстиль, стекло. Имеется многолетний опыт производства на базе этих отходов картона, волокна, строительных пластмассовых изделий и др.

При оценке промышленных отходов как сырья для производства строительных материалов необходимо учитывать их соответствие нормам на содержание радионуклидов. Как природное, так и техногенное сырье включает радионуклиды (радий-226, торий-232, калий-40 и др.), которые являются источниками у-радиоизлучений. При распаде радия-226 выделяется радиоактивный газ, который поступает в окружающую среду. По расчетам специалистов, он вносит до 80% в общую дозу облучения людей.

В соответствии со строительными нормами в зависимости от концентрации радионуклидов строительные материалы делятся на три класса:

1-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов не превышает 370 Бк/кг. Эти материалы используются для всех видов строительства без ограничений.

2-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов находится в диапазоне от 370 до 740 Бк/кг. Эти материалы могут быть использованы для дорожного и промышленного строительства в границах территории населенных пунктов и зоны перспективной застройки.

3-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов не превышает 700, но ниже 1350 Бк/кг. Эти материалы можно использовать в дорожном строительстве за границами населенных пунктов -- для оснований дорог, дамб и др. В границах населенных пунктов их можно применить для строительства подземных сооружений, покрытых слоем грунта толщиной более 0,5 м, где исключено длительное пребывание людей.

Если величина суммарной удельной активности радионуклидов в материале превышает 1350 Бк/кг, вопрос о возможном применении таких материалов решают в каждом случае отдельно при согласовании с органами здравоохранения.

Содержание радионуклидов в промышленных отходах определяется их происхождением, концентрацией природных радионуклидов в исходном сырье. Например, в фосфогипсах ряда стран концентрация радионуклидов по радию-226 находится в пределах 600--1500 Бк/кг, торию-232 -- 5--7Бк/кг и калию-40 -- 80--110 Бк/кг. Фосфогипсы российских и украинских предприятий имеют незначительную активность, которая не превышает 1005 Бк/кг.

В Европейских нормах запрещается использование в строительстве материалов с радиационным излучением свыше 25 нКи/кг; рекомендуется контролировать материалы с радиационным излучением от 10 до 25 нКи/кг и считать нерадиоактивными материалы с радиационным излучением менее 10 нКи/кг.

Широкая утилизация отходов в производстве строительных материалов требует решения ряда организационных и научно-технических проблем. Необходима региональная каталогизация отходов с указанием их полной характеристики. Требует развития стандартизация отходов как сырьевых ресурсов в производстве конкретных строительных материалов. Масштабы утилизации промышленных отходов и отходов городского хозяйства будут расширяться по мере внедрения комплекса технических мер по стабилизации их состава, повышению степени технологической подготовки (снижение влажности, гранулирование и др.).

Огромное значение имеет экономическое стимулирование, включающее вопросы ценообразования, финансирования, материального стимулирования.

Размещено на Allbest.ru