3.1.1. Природное неорганическое сырье (нерудные полезные ископаемые)
Сырье – это исходные вещества или смеси, которые пере- рабатываются в строительные материалы или изделия.
Сырье ® переработка ® готовый материал (изделие)
Состав и свойства сырья – важные факторы, определяющие способ переработки и качество строительного материала.
Основными сырьевыми материалами для производства строительных материалов являются природные материалы.
Наиболее широко используется неорганическое природ- ное сырье (нерудные материалы), которые по химическому со- ставу являются оксидами (SiO2), силикатами и алюмосилика- тами щелочных и щелочноземельных металлов (Na, K, Ca, Mg), карбонатами и сульфатами кальция и магния. В меньшем объеме используется органическое сырье (древесина, нефть, уголь, газ).
Кроме того, в качестве основного компонента сырьевой смеси или добавок могут использоваться побочные продукты различных отраслей промышленности (отходы).
Сырье
Природное сырье
Побочные продукты промышленности (отходы)
Неорганическое Органическое (углеводороды)
Руды Нерудное
(оксиды, силикаты, алюмоси- ликаты, карбонаты, сульфаты)
Природное неорганическое сырье (нерудные полезные иско- паемые)
К этому виду относятся широко распространенные в при- роде горные породы, обладающие необходимым химическим и минеральным составом, многими благоприятными физико- химическими свойствами и привлекательным внешним видом.
– Особенности состава и свойств некоторых горных пород, главным образом осадочного происхождения, позволяют рас- сматривать их как основную сырьевую базу для производства вяжущих веществ (извести, гипса, цемента), керамики, стекла.
– Декоративные свойства других горных пород (гранита, габбро, мрамора) позволяют применять их в качестве отделоч- ных материалов после механической обработки поверхности.
– Еще одна в больших количествах используемая группа – породы, находящиеся в природе в рыхлом состоянии (пески, гравий, природный щебень). Они практически без переработки используются в качестве заполнителей при производстве бе- тонных и растворных смесей.
Таблица 3.1.
Примеры использования горных пород
Горная порода
Химиче-
ский состав
Применение
Песок
Кремне-
зем (SiO2)
Заполнитель в
бетонах, рас- творах
Сырье для получения
стеклянных расплавов
Глина
Алюмо-
Керамический
Сырье для керамики,
силикаты
кирпич, кера-
один из сырьевых ком-
(SiO2,
мическая плит-
понентов для получения
Al2O3)
ка
ПЦ клинкера
Гранит
Силикаты
и алюмо- силикаты
Блоки, плиты,
щебень
Сырье для заполнителей
бетона
Диабаз
Силикаты
и алюмо- силикаты
Блоки, плиты,
щебень
Сырье для получения
каменных расплавов
Извест-
няк
Карбонат
кальция (СаСО3)
Отделочные
плитки
Сырье для получения
воздушной извести, один из сырьевых ком- понентов для получения ПЦ клинкера
Мрамор
Карбонат
кальция (СаСО3)
Облицовочные
плиты, декора- тивный щебень
Сырье для декоративно-
го бетона
Гипсовый
Двувод-
Отделочные
Сырье для получения
камень
ный
плитки
гипсовых вяжущих,
сульфат
один из компонентов
кальция
портландцемента
(СаSО4·
·2H2O)
3.1.2. Природное органическое сырье
К этой группе относятся различные древесные породы и другое сырье растительного происхождения (стебли камыша, сельскохозяйственных культур), нефть, природный газ, камен- ный и бурый уголь, торф.
Природное сырье перерабатывается по различным техноло- гиям с получением материалов разного назначения.
Природное органическое сырье
Древесина различных пород:
– лесоматериалы (бревна);
– пиломатериалы (брус, дос- ки);
– изделия из древесины (дос- ки для пола, плинтусы, оконные и дверные блоки, паркет);
– древесные изделия (фанера, ДСП и ДВП, древесно- слоистые пластики);
– клееные деревянные конструкции
Нефть, газ, уголь, торф:
– битумы и дегти (вяжу- щие для асфальтобето- на, основной компо- нент кровельных и гидроизоляционных материалов);
– полимеры (связующие для пластмасс – лино- леумы, стеклопласти- ки;
– компонент композици- онных материалов – полимерцементных бе- тонов;
– модифицирующие до- бавки для строитель- ных смесей;
– основа для лаков и кра- сок
3.1.3. Решение экологических проблем
при производстве строительных материалов
Добыча природного минерального сырья для нужд про- мышленности строительных материалов и последующая пере- работка сырья в изделия и материалы порождают ряд экологи- ческих проблем.
Производство строительных материалов является очень ма- териалоемкой отраслью. Примеры:
− для производства 1000 штук керамического кирпича требуется примерно 4 тонны глинистого сырья;
− для получения 1 тонны извести нужно обжечь 2 тонны известняка;
− сотни миллионов кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве заполнителей для бето- нов и строительных растворов.
В свое время Советский Союз занимал второе место в мире по производству нерудных строительных материалов. Ежегодная добыча горных пород для нужд строительства и промышленности строительных материалов составляла около 2 млрд тонн.
Поскольку разработка месторождений горных пород боль- шей частью ведется открытым способом, земля выводится из сельскохозяйственного оборота, на больших площадях наруша- ются естественные растительные покровы, изменяется природ- ный рельеф местности, появляются выработки большого объе- ма. Рядом с разрабатываемым месторождением накапливаются вскрышные породы, нарушается природное равновесие.
В настоящее время все большее значение приобретает про- блема рационального использования природного сырья, утили- зация побочных продуктов добычи и переработки горных по- род, объем которых иногда достигает 80 % от объема добычи нерудного сырья.
При изготовлении деловой древесины и изделий из нее об- разуется большой объем отходов в виде стружки, опилок, кус- кового материала.
Таким образом, одна из экологических задач – максимально полное использование природного сырья и отходов, образую- щихся при его добыче и переработке.
Использование отходов иногда позволяет сократить по- требление природного сырья. 1 м3ДВП заменяет 2,5 м3стро- ганного пиломатериала. Примером может служить современ- ный отделочный материал ламинат – слоистый клееный мате- риал, получаемый на основе древесностружечных и древесно- волокнистых плит – изделий, изготовленных из древесных от- ходов.
Еще одна задача – утилизация отходов других отраслей промышленности.
Отходы других отраслей могут служить заменителем при- родного сырья, когда состав отходов близок к необходимому составу сырьевых материалов или компонентов смесей.
Наиболее широко используемыми являются отходы тепло- энергетики: золы, шлаки. По своему составу они представляют силикаты кальция, алюмосиликаты, т.е. близки по составу к вя- жущим веществам, некоторым горным породам. Многие золы и шлаки являются активными материалами, т.е. способны хими- чески взаимодействовать с водой, известью, сульфатами. Это обусловлено не только их составом, включающим ряд активных минералов, но и особенностью микроструктуры – большим со- держанием стеклофазы, т.е. аморфного вещества.
Примеры широко используемых промышленных отходов:
· Отходы добычи и переработки горных пород:
Отходы распиловки и обработки
поверхности Þ
Отходы производства щебня (частицы с размером
5–70 мм) Þ
декоративные плиты из кусков мраморных и гранитных плит (типа «брекчия»);
дробление на заполнители
рассев с получением искусственно- го песка (размеры частиц
от 0,16 до 5 мм);
помол с получением каменной муки (наполнитель асфальтобетонов, мастик, пластмасс)
· Отходы обработки древесины:
неделовая древесина Опилки
Þ
Þ
ДСП, ДВП, фибролит, арболит
наполнитель в пластмассах, гипсо-
бетонных изделиях
Отходы теплоэнергетики:
Золы
Þ
добавки в бетонные и растворные
смеси;
компонент сырьевой смеси для
производства ПЦ клинкера;
компонент смешанных вяжущих
Шлаки
Þ
заполнители;
компонент смешанных вяжущих
(местных, низкомарочных);
активная минеральная добавка
в составе цемента
Стружка, щепа,
·
Использование отходов имеет не только экологическую, но и экономическую стороны:
− в тех регионах, где нет или недостаточно природного сырья, расширяется сырьевая база производства строи- тельных материалов;
− снижается стоимость строительных материалов, так как исключаются или уменьшаются затраты на транспорти- рование природного сырья из других регионов;
− решается проблема утилизации промышленных отходов, исключается необходимость устройства полигонов для их хранения.
Проблемы загрязнения окружающей среды Использование отходов, а иногда и природного сырья в про-
изводстве строительных материалов может привести к загряз- нению воздуха промышленных и гражданских зданий, атмосфе- ры, а значит, повлиять на здоровье человека и природу.
Источники загрязнения
Сырье (отходы)
Технология
Готовый продукт
Тяжелые металлы Аэрозоли Радиоактив- ность
Радиоактивность Пыль (кремнезем)
Газы
Сточные воды
Вымывание тяжелых металлов Выделение фенола, формальдегида
Наиболее полно в настоящее время изучены токсикологи- ческие свойства полимерных строительных материалов, и в меньшей степени проводится экологическая оценка материалов на основе неорганического сырья (цемент, стеновые материалы, например шлакоблоки, теплоизоляционные материалы). К обя- зательным испытаниям в последнее время стали относить оцен- ку радиационных свойств сырьевых материалов (например, щебня) и готовых изделий. Для новых видов продукции оцени- ваются токсиколого-гигиенические свойства.