Министерство науки и образования Украины
Киевский национальный университет строительства иархитектуры
Кафедра строительного материаловеденья
Реферат на тему: «Использование вторичных продуктов визготовлении строительных материалов»
ПЛАН:
1.Проблема промышленных отходов и основные направления ее решения
а) Развитие промышленности инакопление отходов
б) Классификация промышленныхотходов
2. Опыт применения отходов металлургии,топливной промышленностии энергетики
а) Вяжущие материалы на основешлаков и зол
б) Заполнители из шлакозольныхотходов
в) Плавленые и искусственные каменныематериалы на основе шлакови зол
г) Золы и шлаки вдорожно-строительных и изоляционных материалах
д)Материалы на основе шламов металлургических производств
е) Применение горелых пород,отходов углеобогащения, добычи и обогащения руд
3. Опыт применения отходовхимико-технологических производств и переработки древесины
а) Применение шлаковэлектротермического производства фосфора
б) Материалы на основегипссодержащих и железистых отходов
в) Материалы из отходовлесохимии и переработки древесины
г) Утилизация собственныхотходов в производстве строительных материалов
4.Список литературы
1.Проблема промышленных отходов и основные направления ее решения.
а) Развитие промышленности и накоплениеотходов
Характернойособенностью научно-технического процесса является увеличение объемаобщественного производства. Бурное развитие производительных сил вызываетстремительное вовлечение в хозяйственный оборот все большего количестваприродных ресурсов. Степень их рационального использования остается, однако, вцелом весьма низкой. Ежегодно человечество использует приблизительно 10 млрд.т. минеральных и почти столько жеорганических сырьевых продуктов. Разработка большинства важнейших полезныхископаемых в мире идет быстрее, чем наращиваются их разведанные запасы. Около70% затрат в промышленности приходится на сырье, материалы, топливо и энергию.В то же время 10…99% исходного сырьяпревращаются в отходы, сбрасываемые в атмосферу и водоемы, загрязняющие землю.В угольной промышленности, например, ежегодно образуется примерно 1,3 млрд. т.Вскрышных и шахтных пород и около 80 млн. т. Отходов углеобогащения. Ежегодновыход шлаков черной металлургии составляет около 80 млн. т., цветной 2,5, зол ишлаков ТЭС 60…70 млн. т., древесных отходов около 40 млн. м³.
Промышленныеотходы активно влияют на экологические факторы, т.е. оказывают существенноевлияние на живые организмы. В первую очередь это относится к составу атмосферноговоздуха. В атмосферу поступают газообразные и твердые отходы в результатесгорания топлива и разнообразных технологических процессов. Промышленные отходыактивно воздействуют не только на атмосферу, но и на гидросферу, т.е. воднуюсреду. Под влиянием промышленных отходов, сосредоточенных в отвалах,шлаконакопителях, хвостохранилищах и т.д., загрязняется поверхностный сток врайоне размещения промышленных предприятий. Сброс промышленных отходов приводит,в конечном счете, к загрязнению вод Мирового океана, которое приводит к резкомуснижению его биологической продуктивности и отрицательно влияет на климатпланеты. Образование отходов в результате деятельности промышленных предприятийнегативно сказывается на качестве почвы. В почве накапливаются избыточныеколичества губительно действующих на живые организмы соединений, в том числеканцерогенные вещества. В загрязненной «больной» почве идут процессыдеградации, нарушается жизнедеятельность почвенных организмов.
Рациональноерешение проблемы промышленных отходов зависит от ряда факторов: вещественногосостава отходов, их агрегатного состояния, количества, технологическихособенностей и т.д. Наиболее эффективным решением проблемы промышленных отходовявляется внедрение безотходной технологии. Создание безотходных производствосуществляется за счет принципиального изменения технологических процессов,разработке систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использованиесырья. При комплексном использовании сырьевых материалов промышленные отходыодних производств являются исходными сырьевыми материалами других. Важностькомплексного использования сырьевых материалов можно рассматривать в несколькихаспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решить задачи охраныокружающей среды, освободить ценные земельные угодья, занимаемые под отвалы ишламохранилища, устранить вредные выбросы в окружающую среду. Во- вторых,отходы в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающихотраслей в сырье. В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаютсяудельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок ихокупаемости.
Изотраслей-потребителей промышленных отходов наиболее емкой являетсяпромышленность строительных материалов. Установлено, что использованиепромышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства всырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизитьзатраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством ихиз природного сырья, экономия капитальных вложений достигает 35..50%.
б) Классификация промышленных отходов
К настоящемувремени отсутствует всесторонняя классификация промышленных отходов. Этообусловлено чрезвычайной пестротой их химического состава, свойств,технологических особенностей, условий образования.
Все отходыпромышленности можно разделить на две большие группы: минеральные(неорганические) и органические. Наибольшее значение для производствастроительных материалов имеют минеральные отходы. На их долю падаетпреобладающая доля всех отходов, производимых добывающими и перерабатывающимиотраслями промышленности. Эти отходы и в большей мере изучены, чеморганические.
БаженовымП.И. предложено классифицировать промышленные отходы в момент выделения их изосновного технологического процесса на три класса: А; Б; В.
Продуктыкласса А (карьерные остатки и остатки после обогащения на полезное ископаемое)имеют химико-минералогический состав и свойства соответствующих горных пород.Область их применения обусловлена агрегатным состоянием, фракционным ихимическим составом, физико-механическими свойствами.
Продуктыкласса Б – искусственные вещества. Они получены как побочные продукты врезультате физико-химических процессов, протекающих при обычных или чащевысоких температурах. Диапазон возможного применения этих промышленных отходовшире, чем продуктов класса А.
Продуктыкласса В образуются в результате физико-химических процессов, протекающих вотвалах. Такими процессами могут быть самовозгорание, распад шлаков иобразование порошка. Типичными представителями отходов этого класса являютсягорелые породы.
2.Опыт применения отходов металлургии, топливной промышленности и энергетики
а) Вяжущие материалы на основе шлаков изол
Основнаямасса отходов при получении металлов и сжигании твердого топлива образуется ввиде шлаков и зол. Кроме шлаков и зол при производстве металла в большихколичествах образуются отходы в виде водных суспензий дисперсных частиц-шламы.
Ценным ивесьма распространенным минеральным сырьем для производства строительныхматериалов являются горелые породы и отходы углеобогащения, а также вскрышныепороды и отходы обогащения руд.
Производствовяжущих материалов относится к наиболее эффективным областям применения шлаков.Шлаковые вяжущие можно подразделить на следующие основные группы:шлакопортландцементы, сульфатно-шлаковые, известково-шлаковые, шлако-щелочныевяжущие.
Шлаки и золыможно рассматривать как в значительной мере подготовленное сырье. В их составеокись кальция (CaO) связанав различных химических соединениях, в том числе и в виде двухкальциевогосиликата — одного из минералов цементного клинкера. Высокий уровень подготовкисырьевой смеси при применении шлаков и зол обеспечивает повышениепроизводительности печей и экономии топлива. Замена глины доменным шлакомпозволяет снизить на 20% содержание известкового компонента, уменьшить присухом производстве клинкера удельный расход сырья и топлива на 10…15%, а такжеповысить производительность печей на 15%.
Применением маложелезистых шлаков – доменных иферрохромовых – и созданием восстановительных условий плавки получают вэлектропечах белые цементы. На основе феррохромовых шлаков окислениемметаллического хрома в расплаве можно получить клинкеры, при использованиикоторых цементы с ровной и стойкой окраской.
Сульфатно-шлаковые цементы – этогидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным тонким измельчениемдоменных гранулированных шлаков и сульфатного возбудителя твердения – гипса илиангидрида с небольшой добавкой щелочного активизатора: извести, портландцементаили обожженного доломита. Наиболее широкое распространение из группысульфатно-шлаковых получил гипсошлаковый цемент, содержащий 75…85% шлака,10…15% двуводного гипса или ангидрида, до2% окиси кальция или 5%портландцементного клинкера. Высокая активизация обеспечивается прииспользовании ангидрита, обожженного при температуре около 700º С, ивысокоглиноземистых основных шлаков. Активность сульфатно-шлакового цементасущественно зависит от тонкости измельчения. Высокая удельная поверхность(4000…5000 см²/г) вяжущего достигается с помощью мокрого помола. Придостаточно высокой тонкости измельчения в рациональном составе прочностьсульфатно–шлакового цемента не уступает прочности портландцемента. Как и другиешлаковые вяжущие, сульфатно-шлаковый цемент имеет не большую теплоту гидратации– к 7 сут., что позволяет применять его при возведении массивныхгидротехнических сооружений. Этому способствует также его высокая стойкость квоздействию мягких сульфатных вод. Химическая стойкость сульфатно-шлаковогоцемента выше, чем шлакопортландцемента, что делает его применение особенноцелесообразным в различных агрессивных условиях.
Известково-шлаковые и известково-зольныецементы – это гидравлические вяжущиевещества, получаемые совместным помолом доменного гранулированного шлака илизолы уноса ТЭС и извести. Их применяют для приготовления строительных растворовмарок не более М 200. Для регулирования сроков схватывания и улучшения другихсвойств этих, вяжущих при изготовлении их вводится до 5% гипсового камня.Содержание извести составляет 10%...30%.
Известково-шлаковыеи зольные цементы по прочности уступают сульфатно-шлаковым. Их марки: 50, 100,150 и 200. Начало схватывания должно наступать не ранее чем через 25 мин., аконец – не позднее чем через 24 ч. после начала затворения. При снижениитемпературы, особенно после 10º С, нарастание прочности резко замедляетсяи, наоборот, повышение температуры при достаточной влажности среды способствуетинтенсивному твердению. Твердение на воздухе возможно лишь при после достаточного продолжительного твердения(15…30 сут.) во влажных условиях. Для этих цементов характерна низкаяморозостойкость, высокая стойкость в агрессивных водах и малая экзотермия.
Шлакощелочные вяжущие состоят из тонкоизмельченного гранулированного шлака (удельнаяповерхность≥3000 см²/г) и щелочного компонента – соединений щелочныхметаллов натрия или калия.
Для полученияшлакощелочного вяжущего приемлемы гранулированные шлаки с различнымминералогическим составом. Решающим условием их активности является содержаниестекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами.
Свойствашлакощелочного вяжущего зависят от вида,минералогического состава шлака, тонкости его помола, вида и концентрации егораствора щелочного компонента. При удельной поверхности шлака 3000…3500см²/г количество воды для образования теста нормальной густоты составляет20…30% массы вяжущего. Прочность шлакощелочного вяжущего при испытании образцовиз теста нормальной густоты составляет 30…150 МПа. Для них характеренинтенсивный рост прочности как в течении первого месяца, так и в последующиесроки твердения. Так, если прочность портландцемента через 3 мес. твердения воптимальных условиях превышает марочную примерно в 1,2 раза, то шлакощелочноговяжущего в 1,5 раза. При тепловлажностной обработке процесс тверденияускоряется также интенсивнее, чем при твердении портландцемента. При обычныхрежимах пропаривания, принятых в технологии сборного железобетона, в течение 28сут. достигается 90…120% марочной прочности.
Щелочныекомпоненты, входящие в состав вяжущего, выполняют роль противоморозной добавки,поэтому шлакощелочные вяжущие достаточно интенсивно твердеют при отрицательныхтемпературах.
б) Заполнители из шлакозольных отходов
Шлаковые изольные отходы представляют богатейшую сырьевую базу для производства кактяжелых, так и легких пористых заполнителей бетона. Основными видамизаполнителей на основе металлургических шлаков являются шлаковый щебень ишлаковая пемза.
Из топливныхшлаков и зол изготавливают пористые заполнители, в том числе аглопорит, Зольныйгравий, глинозольный керамзит.
К эффективнымвидам тяжелых заполнителей бетона, не уступающим по физико-механическимсвойствам продукта дробления плотных природных каменных материалов, относитсялитой шлаковый щебень. При производстве этого материала литой огненно-жидкийшлак из шлаковозных ковшей сливаетсяслоями толщиной 200…500 мм на специальные литейные площадки или втарпециевидные ямы-траншеи. При выдерживании в течение 2…3 ч. на открытомвоздухе температура расплава в слое снижается до 800° С, и шлаккристаллизуется. Затем он охлаждается водой, что приводит к развитию в слоешлака многочисленных трещин. Шлаковые массивы на литейных площадках или втраншеях разрабатываются эскаваторами с последующим дроблением.
Литойшлаковый щебень характеризуется высокими морозо и жаростойкостью, а такжесопротивлением истиранию. Стоимость его в 3…4 раза ниже, чем щебня из природного камня.
Шлаковая пемза (тормозит) – одно изнаиболее эффективных видов искусственных пористых заполнителей. Ее получаюпоризацией шлаковых расплавов в результате их быстрого охлаждения водой,воздухом или паром, а также воздействием минеральных газообразователей. Изтехнологических способов получения шлаковой пемзы наиболее часто применяются бассейновый,струйный и гидроэкранный способы.
Топливныешлаки и золы являются лучшим сырьем для производства искусственного пористогозаполнителя – аглопорита. Этообусловлено, во-первых, способностью золошлакового сырья так же, как глинистыхпород и других алюмосиликатных материалов, спекаться на решеткахагломерационных машин, во-вторых, содержанием в нем остатка топлива,достаточных для процесса агломерации. При использовании обычной технологииаглопорит получают в виде щебня из песка. Из зол ТЭС можно получать и аглопоритовый гравий, имеющий высокиетехнико-экономические показатели.
Главнаяособенность технологии аглопоритового гравия в том, что в результатеагломерации сырья образуется не спекшийся корж, а обожженные гранулы. Сущностьтехнологии производства аглопоритового гравия заключается в получении сырцовыхзольных гранул крупностью 10…20 мм, укладке их на колосники ленточнойагломерационной машины слоем толщиной 200…300 мм и термической обработке.
Производствоаглопритового по сравнению с обычным производством аглопорита характеризуетсяснижением на 20…30% расхода технологического топлива, более низким разрежениемвоздуха в вакуум-камерах и увеличением удельной производительности в 1,5…3раза. Аглопоритовый гравий имеет плотную поверхностную оболочку и поэтому припрактически равной объемной массе со щебнем отличается от него более высокойпрочностью и меньшим водопглощением. Расчеты что замена 1 млн. м³привозного природного щебня агдопортовым гравием из золы ТЭС лишь за счетсокращения транспортных расходов при перевозках на расстояние 500…1000 км даетэкономии 2 млн. рублей. Применение аглопорита на основе зол и шлаков ТЭСпозволяет получать легкие бетоны марок 50…4000 с объемной массой от 900 до 1800кг/м³ при расходе цемента от 200 до 400 кг/м³.
Зольный гравий получают гранулированиемподготовленной золошлаковой смеси или золы-уноса ТЭС с последующим спеканием ивспучиванием во вращающейся печи при температуре 1150…1250° С. На зольномгравии получают легкие бетоны с такими же примерно показателями, как и прииспользовании аглопоритного гравия. При производстве зольного гравия эффективнылишь вспучивающие золы ТЭС с содержанием топливных остатков не более 10%.
Глинозольный керамзит – продуктвспучивания и спекания во вращающейся печи гранул, сформированных из смеси глини золошлаковых отходов ТЭС. Зола может составлять от 30 до 80% всей массысырья. Введение глинистого компонента улучшает формовочные свойства шихты,способствует выгоранию остатков угля в золе, что позволяет использовать золы сповышенным содержанием несгоревшего топлива.
Объемнаямасса глинозольного керамзита составляет 400..6000 кг/м³, а прочность присдавливании в стальном цилиндре 3,4…5 МПа. Главные преимущества производстваглинозольного керамзита по сравнению с аглопоритом и зольным гравием – возможностьиспользования золы ТЭС из отвалов во влажном состоянии без использованиясушильных и помольных агрегатов и более простой способ формирования гранул.
в) Плавленыеи искусственные каменные материалы на основе шлаков и зол
К основным направлениям переработки металлургических и топливныхшлаков, а также зол наряду с производством вяжущих, заполнителей и бетонов наих основе относится получение шлаковой ваты, литых материалов и шлакоситталов,зольной керамики и силикатного кирпича.
Шлаковая вата – разновидностьминеральной ваты, занимающей ведущее место среди теплоизоляционных материалов,как по объему выпуска, так и по строительно-техическим свойствам. Впроизводстве минеральной ваты доменные шлаки нашли наибольшее применение.Использование здесь шлака вместо природного сырья дает экономию до 150 грн. на1 т. Для получения минеральной ваты наряду с доменными применяются такжеваграночные, мартеновские шлаки и шлаки цветной металлургии.
Требуемоесоотношение кислотных и основных оксидов в шихте обеспечивается применениемкислых шлаков. Кроме того, кислые шлаки более устойчивы против распада,недопустимого в минеральной вате. Повышение содержания кремнезема расширяеттемпературный интервал вязкости, т.е. разность температур, в пределах которыхвозможно волокнообразование. Модуль кислотности шлаков корректируется введениемв шихту кислых или основных добавок.
Из расплаваметаллургических и топливных шлаков отливают разнообразные изделия: камни длямощения дорог и полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень,противокоррозионные плитки, трубы. Изготовление шлакового литья началосьодновременно с внедрением в металлургию доменного процесса. Литые изделия изшлакового расплава экономически более выгодны по сравнению с каменным литьем,приближаясь к нему по механическим свойствам. Объемная масса плотных литыхизделий из шлака достигает 3000 кг/м³, предел прочности на сжатие 500 МПа.
Шлакоситаллы – разновидностьстеклокристаллических материалов, получаемых направленной кристаллизациейстекол. В отличие от других ситаллов сырьевыми материалами для них служат шлакичерной и цветной металлургии, а также золы сжигания каменного угля.Шлакоситаллы разработаны впервые в СССР. Они широко применяются в строительствекак конструкционные и отделочные материалы, обладающие высокой прочностью.Производство шлакоситаллов заключается в варке шлаковых стекол, формировании изних изделий и последующей их кристаллизации. Шихта для получения стекол состоитиз шлака, песка, щелочесодержащих и других добавок. Наиболее эффективноиспользование огненно-жидких металлургических шлаков, что экономит до 30…40%всего тепла, затрачиваемого на варку.
Шлакоситаллывсе шире применяются в строительстве. Плитами листового шлакосситаллаоблицовывают цоколи и фасады зданий, отделывают внутренние стены и перегородки,выполняют из них ограждения балконов и кровли. Шлакостиалл – эффективныйматериал для ступеней, подоконников и других конструктивных элементов зданий.Высокая износостойкость и химическая стойкость позволяют успешно применятьШлакоситаллы для защиты строительных конструкций и аппаратуры в химической,горнорудной и других отраслях промышленности.
Золошлаковыеотходы ТЭС могут служить отощающими топливосодержащими добавками в производствекерамических изделий на основе глинистых пород, а также основным сырьем дляизготовления зольной керамики. Наиболее широко применяют топливные золы и шлакикак добавки при производстве стеновых керамических изделий. Для изготовленияполнотелого и пустотелого кирпича и керамических камней в первую очередьрекомендуется использовать легкоплавкие золы с температурой размягчения до1200° С. Золы и шлаки, содержащие до 10% топлива, применяют как отощающие, а10% и более – как топливосодержащие добавки. В последнем случае можносущественно сократить или исключить введение в шихту технологического топлива.
Разработанряд технологических способов получения зольной керамики, где Золошлаковыеотходы ТЭС являются уже не добавочным материалом, а основным сырьевымкомпонентом. Так, при обычном оборудовании кирпичных заводов может бытьизготовлен зольный кирпич из массы, включающей золу, шлак и натриевое жидкоестекло в количестве 3% по объему. Последнее выполняет роль пластификатора, обеспечиваяполучение изделий с минимальной влажностью, что исключает необходимость сушкисырца.
Зольнуюкерамику выпускают в виде прессованных изделий из массы, включающей 60…80%золы-уноса, 10…20% глины и друге добавки. Изделия поступают на сушку и обжиг.Зольная керамика может служить не только стеновым материалом, обладающимстабильной прочностью и высокой морозостойкостью. Она характеризуется высокойкислотостойкостью и низкой истераемостью, что позволяет изготавливать из неетротуарные и дорожные плиты и изделия, обладающие высокой долговечностью.
Впроизводстве силикатного кирпича зола ТЭС используется как компонент вяжущего или заполнителя. В первом случаерасход ее достигает 500 кг., во втором – 1,5…3,5 т. на 1 тыс. шт. кирпича. Привведении угольной золы расход извести снижается на 10…50%, а сланцевые золы ссодержанием CaO+MgOдо40…50% могут полностью заменить известь в силикатной массе. Зола визвестково-зольном вяжущем является не только активной кремнеземистой добавкой,но и способствует пластификации смеси и повышению в 1,3…1,5 раза прочностисырца, что особенно важно для обеспечения нормальной работыавтоматов-укладчиков.
г) Золы и шлаки в дорожно-строительных иизоляционных материалах
Крупнотоннажнымпотребителем топливных зол и шлаков является дорожное строительство, где золы изолошлаковые смеси используют для устройства подстилающих и нижних слоевоснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом иизвестью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, какдобавки в дорожных цементных бетонах.
Золы,полученные при сжигании углей и горючих сланцев, применяются в качественаполнителей кровельных и гидроизоляционных мастик. Золошлаковые смеси вдорожном строительстве применяют неукрепленными и укрепленными. Неукрепленныезолошлаковые смеси используют в основном в качестве материала для устройстваподстилающих и нижних слоев оснований дорог областного и местного значения. Присодержании не более 16% пылевидной золы их применяют для улучшения грунтовыхпокрытий, подвергаемых поверхностной обработке битумной или дегтевой эмульсией.Конструктивные слои дорог можно выполнить из золошлаковых смесей с содержаниемзолы не более 25…30%. В гравийно-щебеночных основаниях в качестве уплотняющей добавкицелесообразно применять золошлаковую смесь с содержанием пылевидной золы до50%, Содержание несгоревшего угля в топливных отходах ТЭС, применяемых длявозведения дорог, не должно превышать 10%.
Также как иприродные каменные материалы относительно высокой прочности, золошлаковыеотходы ТЭС служат для изготовления битумоминеральных смесей, применяемых длясоздания конструктивных слоев дорог 3-5 категорий. Из топливных шлаков,обработанных битумом или дегтем (до 2% по массе), получают черный щебень.Смешивая подогретую до 170…200° С золу с 0,3…2% раствора битума в зеленоммасле, получают гидрофобный порошок с объемной массой 450…6000 кг/м³.Гидрофобный порошок одновременно может выполнять функции гидро- итеплоизоляционного материала. Распространено применение зол в качественаполнителя мастик.
д) Материалы на основе шламовметаллургических производств
Дляпроизводства строительных материалов промышленное значение имеют нефелиновые,бокситовые, сульфатные, белые и многокальциевые шламы. Объем одних лишьнефелиновых шламов, пригодных для использования, составляет ежегодно свыше 7млн.т.
Основнымнаправлением применения шламовых отходов металлургической промышленностиявляются изготовление бесклинкерных вяжущих, материалов на их основе, получениепортландцемента и смешенных цементов. В промышленности особенно широкоиспользуется нефелиновый (белитовый) шлам, получаемый при извлечении глиноземаиз нефелиновых пород.
Подруководством П.И. Баженова разработана технология изготовления нефелиновогоцемента и материалов на его основе. Нефелиновый цемент является продуктомсовместного помола или тщательного перемешивания предварительного измельченныхнефелинового шлама (80…85%), извести или другого активизатора, напримерпортландцемента (15…20%) и гипса (4…7%). Начало схватывания нефелиновогоцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин., конец – не позднее чемчерез 6ч. после его затворения, Его марки 100, 150, 200 и 250.
Нефелиновыйцемент является эффективным для кладочных и штукатурных растворов, а также длябетонов нормального и особенно автоклавного твердения. ПО пластичности ивремени схватывания растворы на нефелиновом цементе близки кизвестково-гипсовым растворам. В бетонах нормального твердения нефелиновыйцемент обеспечивает получение марок 100…200, в автоклавных – марок 300…500 прирасходе 250…300 кг/м³. Особенностями бетонов на нефелиновом цементеявляется низкая экзометрия, что важно учитывать при строительстве массивныхгидротехнических сооружений, высокое сцепление со стальной арматурой послеавтоклавной обработки, повышенная стойкость в минерализованных водах.
Близким посоставу к нефелиновому цементу являются вяжущие на основе бокситового,сульфатного и других шламов металлургических производств. Если значительнаячасть этих минералов гидратирована, для проявления вяжущих свойств шламовнеобходима их сушка в интервале 300…700° С. для активизации этих вяжущихцелесообразно введение добавок извести и гипса.
Шламовыевяжущие относятся к категории местных материалов. Наиболее рациональноприменять их для изготовления изделий автоклавного твердения. Однако они могут,применятся и в строительных растворах, при отделочных работах, изготовленииматериалов с органическими заполнителями, например фибролита. Химический составряда металлургических шламов позволяет применять их в качестве основногосырьевого компонента портландцементного клинкера, а также активной добавки впроизводстве портландцемента и смешанных цементов.
е) Применение горелых пород, отходовуглеобогащения, добычи и обогащения руд
Основнаямасса горелых пород является продуктом обжига пустых пород, сопутствующихместорождениям каменных углей. Разновидностями горелых пород являются глиежи –гилинстые и глинисто-песчанные породы, обожженные в недрах земли при подземныхпожарах в угольных пластах, и отвальные, перегоревши шахтные породы.
Возможностиприменения горелых пород и отходов углеобогащения в производстве строительныхматериалов весьма разнообразны. Горелые породы, как и другие обожженныеглинистые материалы, обладают активностью по отношению к извести и используютсяв роли гидравлических добавок в вяжущих известково-пуццоланового типа,портландцементе, пуццолановом портландцементе и автоклавных материалах, Высокаяадсорбционная активность и сцепление с органическими вяжущими позволяютприменять их в асфальтовых и полимерных композициях. Естественно,обжигаемые в недрах земли или втерриконах угольных шахт горелые породы – аргиллиты, алевролиты и песчаники –имеют керамическую природу и могут, применятся в производстве жаростойкихбетонов и пористых заполнителей. Некоторые горелые породы являются легкиминерудными материалами, что обусловливает их использование как заполнителей длялегких растворов и бетонов.
Отходыуглеобогащения – ценный вид минералогического сырья, в основном используемый впроизводстве стеновых керамических материалов и пористых заполнителей. Похимическому составу отходы углеобогащения близки к традиционному глинистому сырью. В роливредной примеси в них выступает сера, содержащаяся в сульфатных Ии сульфидныхсоединениях. Теплотворная способность их колеблется в широких пределах – от3360 до 12600 кДжкг и более.
впроизводстве стеновых керамических изделий отходы углеобогащения применяют какотощающую или выгорающую топливосодержащую добавку. До введения в керамическуюшихту кусковые отходы дробят. Предварительное дробление не требуется для шламаразмером частиц менее 1мм. Шлам предварительно подсушивается до влажности 5…6%.Добавка отходов при получении кирпича пластическим способом должна составлять10…30%. Введение оптимального количества топливо содержащей добавки врезультате более равномерного обжига значительно улучшает прочностныепоказатели изделий (до 30…40%), экономит топливо (до30%), исключаетнеобходимость введения в шихту каменного угля, повышает производительностьпечей.
Возможноприменение шлама углеобогащения сравнительно высокой теплотворной способности(18900…21000кДж/кг) в качестве технологического топлива. Он не требуетдополнительного дробления, хорошо распределяется по садке при засыпке черезтопливные отверстия, что способствует равномерному обжигу изделий, а главноенамного дешевле угля.
Из некоторыхразновидностей отходов обогащения каменного угля можно производить не толькоаглопорит, но и керамзит. Ценным источником нерудных материалов являютсяпопутно добываемые породы горнодобывающих отраслей промышленности. Основнымнаправлением утилизации этой группы отходов является производство прежде всегозаполнителей бетонов и растворов, дорожно-строительных материалов, бутовогокамня.
Строительныйщебень получают из попутных пород при добыче железной и других руд.Высококачественным сырьем для производства щебня являются безрудные железистыекварциты: роговики, кварцитовые и кристаллические сланцы. Щебень из попутныхпород при добычи железной руды получают на дробильно-сортировочных установках,а также сухой магнитной сепарацией.
3.Опыт применения отходов химико-технологических производств и переработкидревесины
а)Применение шлаков электротермического производства фосфора
Важнымисточником строительного сырья являются также сельскохозяйственные отходырастительного происхождения. Ежегодный выход, например, отходов стеблейхлопчатника составляет около 5 млн. т. в год, а льняной костры более 1 млн. т.
Отходыдревесины образуются на всех стадиях ее заготовки и переработки. К нимотносятся ветви, сучья, вершины, откомплевки, козырьки, опилки, пни, корни,кора и хворост, в сумме составляющие около 21% всей массы древесины. Припереработке древесины на пиломатериалы выход продукции достигает 65%, остальнаячасть образует отходы в виде горбыля (14%), опилок (12%), срезок и мелочи (9%).При изготовлении из пиломатериалов строительных деталей, мебели и другихизделий возникают отходы в виде стружки, опилок и отдельных кусков древесины –срезок, составляющих до 40% массы переработанных пиломатериалов.
Наибольшеезначение для производства строительных материалов и изделий имеют опилки,стружка и кусковые отходы. Последние используют как непосредственно дляизготовления клееных строительных изделий, так и переработки на технологическующепу, а затем стружку, дробленку, волокнистую массу. Разработана технологияполучения строительных материалов из коры и одубины – отхода производствадубильных экстрактов.
Фосфорные шлаки — это побочный продукт производства фосфоратермическим способом в электропечах. При температуре 1300…1500° С фосфаткальция взаимодействует с углеродом кокса и кремнеземом, в результате чегообразуется фосфор и шлаковый расплав. Шлак сливается из печей в огненно-жидком состоянии и гранулируется мокрымспособом. На 1 т. фосфора приходится 10…12т шлака. На крупных химическихпредприятиях получают до двух млн. т. шлака в год. Химический состав фосфорныхшлаков близок к составу доменных.
Изфосфорно-шлаковых расплавов можно получать шлаковую пемзу, вату и литыеизделия. Шлаковую пемзу получают по обычной технологии без изменения составафосфорных шлаков. Она имеет объемную насыпную массу 600…800 кг/м³ истекловидную мелкопористую структуру. Фосфорно-шлаковая вата характеризуетсядлинными тонкими волокнами и объемной массой 80…200 кг/м³. Фосфорно-шлаковыерасплавы могут перерабатывается в литой щебень по траншейной технологии,применяемой на металлургических предприятиях.
б) Материалы на основе гипссодержащих ижелезистых отходов
Потребностьпромышленности строительных материалов в гипсовом камне в настоящее времяпревышает 40 млн.т. В то же время потребность в гипсовом сырье может быть восновном удовлетворенна за счет гипссодержащих отходов химической, пищевой,лесохимической промышленности.