Минеральное сырье. Минерально-строительное сырье Использование минерального сырья
Своему появлению минеральная вата обязана извержению вулкана и Эдварду Перри, английскому инженеру. Именно он обратил внимание на то, что во время извержения выбрасываются не только лава и пепел, но также образуются тончайшие волокна расплавленного и застывшего на лету шлака. Из множества таких волокон получался отличный теплоизоляционный материал с качествами, совершенно не свойственными базальту. Если сказать проще, минеральная вата — это камень со свойствами одеяла, которое можно сворачивать в рулон, заматывать в него, оборачивать вокруг чего-нибудь, сжимать, резать и т. д.
Производство минеральной ваты
Первые попытки наладить производство минерального утеплителя на основе базальтового волокна были предприняты еще в середине XIX века. Но из-за низкой эффективности технологического процесса и исключительной вредности производства на тот момент от него пришлось отказаться вплоть до 80-х годов XIX века.
Суть современной технологии производства в целом идентична первоначально изобретенной. С той разницей, что в качестве сырья могут выступать не только такие горные породы, как базальт, доломит, диабаз, известняк, но и шлак, образующийся в результате работы доменной металлургии.
Для производства стекловаты используют смесь известняка, соды и песка, или стеклянный бой. Предварительно подготовленную смесь нагревают до температуры 1300-1500 °С и помещают в центрифугу. Дальше на высокой скорости горячую смесь разбивают специальные валки. В результате получают миллионы тончайших каменных нитей, которые смешивают в специальных формах со связующим, в качестве коего выступает формальдегидная смола.
Базальтовый утеплитель в строительстве
Утеплитель на основе минерального волокна по праву считается наиболее универсальным вариантом теплоизоляции. Такой материал имеет длительный срок эксплуатации и, как следствие, используется там, где необходима многолетняя и надежная теплоизоляция.
Он широко используется в современном строительстве. Уникальные свойства минеральной ваты существенно расширяют область ее применения, делая незаменимым материалом при термоизоляции многоэтажных зданий, возведении кровли промышленных сооружений, утеплении загородных коттеджей и пр. Широко применяется минвата и для теплоизоляции оборудования и трубопроводов в осенне-зимний период.
Такие производители, как ROCKWOOL и ISOVER выпускают свою продукцию в соответствии с требованиями европейских стандартов безопасности. Современная минеральная вата относится к классу негорючих материалов и способна активно противостоять распространению пламени, в связи с чем может быть использована в качестве противопожарной изоляции и огнезащиты, защищающей конструкцию от воздействия высокой температуры, вплоть до 1000 °С.
Эта отличительная особенность минваты позволяет эффективно использовать ее при теплоизоляции трубопроводов и других объектов с высокими рабочими температурами.
Минеральную вату в качестве теплоизоляционного материала применяют в различных областях строительства:
- утепление любых видов кровли, в том числе плоской крыши ;
- применение в системе наружной теплоизоляции;
- для утепления вентилируемых фасадов;
- утепление слоистой кладки и в сэндвич-панелях;
- теплоизоляция судовых корпусных конструкций и судовых помещений;
- термоизоляция трубопроводов при температуре от -120 до +1000 °С;
- огнезащита строительных конструкций и вентиляционных систем.
Для установки на объектах, где минвата во время монтажа или в процессе эксплуатации подвергается воздействию сильных нагрузок, производят жесткий базальтовый утеплитель. Прочность на сжатие такой теплоизоляции варьируется в зависимости от плотности и содержания связующего.
Выпускают также различные модификации, состоящие из двух слоев разной плотности, и рекомендованные для теплоизоляции вентилируемых фасадов. Устанавливают такую термоизоляцию более плотной частью наружу (со стороны вентиляционного зазора), а менее плотной — к стене здания.
Основные характеристики утеплителя из минеральной ваты
Теплоизоляция
Минеральная вата — это высокопрочный теплоизоляционный материал. Хаотичная структура расположения базальтовых волокон обеспечивает устойчивость минваты к механическим нагрузкам. Строго нормированный для кровельных и фасадных теплоизоляционных систем показатель — прочность материала на сжатие. У каменной ваты он, при десятипроцентной деформации, от 5 до 80 кПа. Стабильность формы и высокая структурная прочность базальтовых утеплителей обеспечивают долговечную и надежную изоляцию конструкций. При соблюдении технологии установки и правил эксплуатации утепление может прослужить до 70 лет.
Водоотталкивающие свойства
Одно из важнейших качеств минерального утеплителя — это его водоотталкивающие свойства, позволяющие не допустить попадания влаги в воздушные поры материала и, как следствие, увеличение коэффициента теплопроводности. Такое преимущество минваты делает ее незаменимой при утеплении помещений с повышенным уровнем влажности, таких, как бани или сауны, спортивные помещения, предприятия общественного питания.
Звукоизоляция
Кроме теплоизоляционных свойств, базальтовый утеплитель обладает прекрасными шумоизоляционными характеристиками, препятствуя распространению звуковых волн между смежными поверхностями стены. Он идеально подходит для установки между листами гипсокартона в простенках.
Паропроницаемость
Одним из немаловажных качеств минеральной ваты можно назвать высокую паропроницаемость. Она способна свободно пропускать избыточную влагу, содержащуюся в воздухе, оставаясь сухой и не теряя теплоизоляционных качеств.
Устойчивость к химическому воздействию
Среди важнейших преимуществ базальтового утеплителя, определяющих его конкурентоспособность, можно назвать устойчивость к химическому воздействию. Базальтовое волокно — это химически пассивная среда, которая не провоцирует коррозию контактирующих с ней металлических конструкций. По тем же причинам она не подвержена гниению и образованию грибка и плесени.
Экологичность
Несмотря на бытующее мнение, нет причин опасаться выделения фенола при эксплуатации базальтовой ваты. Дело в том, что в процессе производства происходит полная нейтрализация фенола. Это и послужило основанием к международной классификации базальтовых утеплителей как наиболее экологически безопасных материалов.
Особенности утепления минеральной ватой деревянных домов
Минеральная вата — единственный утеплитель, который подходит для деревянных домов. Благодаря своей структуре она формирует дышащий слой — в отличие от герметизирующих утеплителей, создающих эффект термоса.
Так как каменная вата — это негорючий строительный материал, она будет препятствовать распространению огня. Напротив, популярный из-за своей невысокой стоимости пенополистирол (пенопласт) при горении выделяет смертельный для человека газ.
Грызуны, вероятность встречи с которыми в деревянных домах совсем не исключена, совершенно равнодушны к базальту, а вот утеплитель из органических веществ они разрушают регулярно.
На видео демонстрируется процесс производства минеральной ваты .
Министерство образования Российской Федерации Восточно –Сибиркий государственный технологический университет Краткий курс лекций по “Дисциплине специализации” раздел “Комплексное использование минерального сырья и отходов промышленности” для студентов заочного обучения специальности “Производство строительных материалов, изделий и конструкций” Редактор Т.А. Стороженко Составители: Подписано в печать 29.03.02. Щукина Е.Г. Формат 60 х841/16. Усл.п.л. 3,49, уч.-изд.л.3,0 Будаева И.И. Тираж 100экз. Печать опер.,бум.писч. Заказ 73. Издательство ВСГТУ, г.Улан-Удэ ул.Ключевская, 40а г.Улан-Удэ 2002 68 Введение Курс лекций по “Дисциплине специализации” выполнен по разделу “Комплексное использование минерального сырья и отходов промышленности” с учетом использования промышленных отходов в том числе и Забайкалья. Рассмотрены отходы топливно- энергетичсекой, деревообрабатывающей, металлургической, строительной и других отраслей промышленности и использование их в производстве строительных материалов и изделий. Данный курс лекций позволит студентам заочного обучения более глубоко изучить строительные материалы с использованием отходов промышленности и местного минерального сырья. Для более полного усвоения материала предусматри- вается выполнение курсовой работы, перечень тем прилага- ется. Методические указания выполнены в соответствии с требованиями ГОСВО и могут быть рекомендованы к изда- нию. Рецензент доцент кафедры ПСМИ Архинчеева Н.В. 2 67 Комплексное использование минерального сырья и от- Список литературы. ходов промышленности для производства строитель- 1. П.И. Баженов. Комплексное использование минераль- ных материалов. ного сырья при производстве строительных материалов. Лекция 1. Ленинград-Москв, 1983. Введение. 2. К.В. Гладких. Шлаки – не отходы, а ценное сырье. М., Использование отходов горнодобывающей Стройиздат, 1986. промышленности. 3. Ю.Г. Мещариков. Гипсовые попутные промышленные Тенденция постоянного наращивания добычи мине- продукты и их применение в производстве строитель- ральных и топливно-энергетических ресурсов в конечном ных материалов. Ленинград, Стройиздат, 1982. итоге может привести к глобальному рассеянию углеводо- 4. Л.Я. Гольдштейн, Н.П. Штейерт. Использование топ- родного сырья и многих металлов в земной коре. В на- ливных зол и шлаков при производстве цемента. Ле- стоящее время все больше используются запасы с бедным нинград, Стройиздат, 1987. содержанием полезных компонентов, вследствие чего воз- 5. Б.З. Чистяков. Использование отходов промышленно- растают затраты энергии на их добычу и переработку, уве- сти в строительстве, Ленинград, 1987. личивается количество отходов и загрязнение окружаю- 6. В.О. Глуховский. Шлакощелочные бетоны на мелко- щей среды. Современные экосистемы горнодобывающих, зернистых заполнителях. Киев, Вищашкола, 1991. металлургических предприятий и топливно-энергетических 7. Использование отходов, попутных продуктов в произ- комплексов очень опасны для жизни самого человека. Это водстве строительных материалов и изделий. Охрана связано с громадными масштабами выбросов газов и пыли окружающей среды. Научно-технический рефератив- в атмосферу; с формированием опасных стоков, ухудшаю- ный сборник. Вып. 12, М., 1996. щих состояние водных и почвенных ресурсов; с нарушени- 8. Н.Я. Спивак. Легкий бетон. М., Стройиздат, 1990. ем сбалансированного состояния экосистем; с коренным изменением исторически сложившихся ландшафтов с их биоценозами. Для этого необходимо решить следующие задачи: - оценка запасов вторичного сырья, накопленного в результате добычи и переработки, металлургиче- ских руд; - планирование комплексного использования руд- ного и нерудного сырья осваиваемых месторож- дений; - планирование полного использования вскрышных пород и продуктов сжигания каменных и бурых углей; 66 3 - ранжирование сырья по степени вредного воздей- набухания блока. Одной извести для стабилизации ствия на человека. грунтоблоков достаточно ввести около 5% от общего веса В настоящее время ежегодно в России образуется бо- грунтовочной смеси. лее 100 млн. т. золошлаковых отходов от сжигания твердо- Известково-глиняные блоки более прочны, го топлива, свыше 70 млн.т. доменных, конверторных и водостойки и морозостойки, чем грунтоблоки со электроплавильных шлаков, миллионы тонн вскрышных стабилизаторами. Обычный состав смеси по объему: 1 пород предприятий по добыче руд черных и цветных ме- часть извести, 1 часть глины средней пластичности и 4 таллов, химического сырья и топлива, накапливаются хво- части минерального заполнителя. В составы рекомендуется сты обогащения основного полезного ископаемого. Объе- также вводить органические вяжущие (битумы, дегти или мы отходов угледобычи и углеобогащения превышают 2 смолы). млрд.т. в год. В промышленности используются меньше Грунтоцементные блоки это блоки из смеси половины этих отходов, остальная часть складируется в от- естественных глинистых грунтов с небольшим валах, занимая пахотные земли площадью около 1 млрд. га, количеством цемента. Такие блоки прочны, водостойки и что приводит к физическому, химическому загрязнению морозостойки. Лучшими для изготовления окружающей среды, воздействуя на земную кору и меняя грунтоцементных блоков являются смеси, содержащие по ландшафты. Вместе с тем эти отходы представляют собой массе 15-30% глинистых частиц; цемента добавляют 7-12% минеральное сырье, которое может использоваться для из- от массы сухого грунта. Грунтоцементные блоки имеют готовления строительных материалов и изделий различного марки 35, 50 и выше. Со временем их прочность возрастает назначения, заменяет дорогостоящее дефицитное традици- и через 2 года увеличивается в 2 –3 раза. Для уменьшения онное сырье. массы блоков и снижения расхода цемента в грунтовочные В Сибирском регионе накопилось большое количест- смеси можно добавлять утеплители: минеральные до 15%, во отходов, которые можно использовать в качестве мине- органические до 5%. Грунтоблоки можно использовать при рального сырья. В настоящее время определены возможно- строительстве зданий до трех этажей. сти комплексного использования существующих месторо- ждения силикатного, а также вторичного и техногенного сырья Восточной Сибири в производстве строительной ке- рамики, стекломатериалов и пористых заполнителей. При производстве строительных материалов исполь- зуется отходы следующих производств: 1. Отходы угледобывающей промышленности и теп- ловой энергетики (горелые шахтные породы террикоников, отходы угледобывающих фабрик, золы ТЭЦ); 2. Отходы лесной и деревообрабатывающей промыш- ленности (отходы пиления и обработки древесины); 4 65 дневном возрасте прочность 35-45 кгс/см2, из грунтов 3. Отходы биохимической промышленности (гидро- Мытищинского карьера при введении 80% опилок, блоки лизный лигнин); имели прочность 40-70 кгс/см2. Прочность грунтоблоков 4. Отходы переработки рудных пород (отходы флота- зависит от влажности грунта, от наличия глинистых и ции (обогащения руд)); вылеватых частиц, степени уплотнения, количества воды и 5. Отходы химической промышленности (отходы за- вида заполнителя. Карьерная влажность обычно составляет водов синтетических моющих средств, отходы нефтепере- 12-18%, если влажность меньше 12%, то грунт плохо гонного завода, отходы производства целлюлозы, отходы формуется, если больше 18%, то грунт прилипает к мыловаренных заводов); инструменту. Грунтоблоки выпускают размером 6. Отходы промышленности строительных материалов 40х19,5х14см. Кладка осуществляется на густом глиняном (отходы керамической промышленности, отходы производ- растворе. Из грунтоблоков со средней плотностью 1300- ства цемента, отходы производства асбестоцементных ма- 1600 кг/м3 изготавливают стены толщиной 45 см, а с териалов, отходы дробильно-сортировочных предприятий, плотностью 1600-2000кг/м3 толщиной 55см. Стены из отходы производства силикатных изделий, стекольный грунтоблоков оштукатуриваются теплыми глиняными бой); растворами с содержанием утепляющих органических 7. Отходы металлургической промышленности (отхо- заполнителей. ды сталеплавильной промышленности); Грунтоблоки с утеплителями. К ним относят 8. Отходы городского хозяйства (отходы автомобиль- саманные блоки, получаемые из грунтовой массы с ного транспорта, отходы от ремонта дорог); добавлением к ней резаной соломы, древесных опилок, 9.Отходы фарфорового производства; торфяной крошки, которые являются утепляющими 10.Отходы полимерных материалов (разного назначе- добавками, снижающими плотность и делающими их более ния); стойкими. Из грунтов Мытищинского карьера Московской 11.Отходы текстильных материалов (разного назначе- области, содержащих 16-18% глинистых частиц при ния); введении древесных опилок более 50% получались 12.Прочие виды отходов. грунтоблоки с прочностью на сжатие 70кгс/см2. Влажность органических заполнителей должна быть 30%, а Эффективность использования отходов грунтовочной смеси 15-20%. В современных условиях особое значение для Грунтоблоки со стабилизаторами эффективного развития народного хозяйства имеет Для предохранения глиносырцовых и саманных проблема более широкого вовлечения в производство блоков от потери прочности при увлажнении в состав образующихся отходов, что позволяет расширить шихты вводятся стабилизаторы (чаще всего органические сырьевую базу и снизить загрязнение окружающей среды. вяжущие материалы или известь). Стабилизаторы Достаточно эффективно и в значительных объемах препятствуют проникновению воды в поры грунта, из образующиеся отходы могут потреблять такие отрасли, как которого изготовлен блок и предотвращают возможность строительство и промышленность строительных 64 5 материалов. ченный путем формования из смеси глины, суглинков с ор- Использование отходов тепловых электростанций ганическими наполнителями (солома, торф, костра) и вы- (топливных зол и шлаков) следует считать частью общей сушенные до влажности 4-6%. Кирпич-сырец – проблемы сохранения и очистки от загрязнения окружаю- искусственный материал из глины, суглинков с отощите- щей среды. лями и высушенные до влажности 4-6%. Загрязнение окружающей среды- воздуха, воды и Наиболее пригодными являются глины, в которых почвы - одна из важнейших проблем современности, ка- преобладают зерна величиной от 0,01 до 0,02 мм и содер- сающаяся практически всех стран, и в особенности высо- жащих Al2O3 9-12%. Для получения доброкачественой коразвитых. продукции необходимо содержание Al 2O3 не менее 9% и Классификация промышленных отходов не более 14%. Если содержание окиси алюминия меньше 1. Химическая (в основу положен химический 9% (тощий суглинок), то кирпич и саман не будут обладать принцип). необходимой прочностью, если окиси алюминия - кремнистые отходы (свободного SiO2>50%) содержится 14-25%, то глины жирные и требуют - силикатные (Са, MgS) отощителей, так как имеют достаточную степень - карбонатные (CaCo3, MgCo3) пластичности. Наиболее подходящими являются - сульфатные (CaSo4 2H2O) среднепластичные. Малопластиные глины дают - хлорсодержащие (MgCl2) небольшую прочность и требуют повышения - фторсодержащие пластичности, которую можно повысить следующими - смешанные минеральные способами: вылеживанием замоченной глины в течение - органические длительного времени, вымораживанием, добавлением - водоорганоминеральные высокопластичной глины и использованием - органоминеральные пластификаторов. Технология получения: заготовка глины 2. Отраслевая и наполнителей → замачивание глины → шихтовка с Химическая наполнителем → проминка глины→формование сырца → Деревообрабатывающая сушка (естественная). При строительстве во влажных Металлургическая местах саман после сушки рекомендуется окуривать-сушка Энергетическая дымом. Строительный комплекс Грунтоблочные стены появились в 30-х годах 20 века. Нефтеперерабатывающая Для производства грунтоблоков пригодны глины, 3. По коэффициенту насыщения суглинки, лессы, супеси, чернозем при естественной Кнас=(CaO+MgO)/(SiO2+Al2O3+Fe2O3) влажности. Для оценки пригодности определяется Коэффициент насыщения прогнозирует вяжущие свойства, связность, т.е. берется проба из свежевырытого грунта с если Кн=0 – отходы являются ультракислыми, Кн=0- 0,8 – глубины 25-30 см. Например, сглинки (г.Ступино) в кислые, Кн=0,8- 1,2 – нейтральные; Кн=1,2 -3 – основные, которые вводилось 25% по объему опилок имели в 7-ми 6 63 образуется до 1% от общего количества производимого при Кн>3 ультраосновные. цемента. Возрат всей пыли в производство цемента во Ультракислые и кислые отходы вяжущими свойст- многих случаях нежелательно т.к. в клинкере содержатся вами не обладают, к ним относятся отходы с преобладани- щелочи, а их содержание ограничивается ГОСТом.поэтому ем SiO2, нейтральные обладают скрытыми вяжущими свой- проблема самоутилизации цементной пыли нерешена. В ствами к ним относятся доменные шлаки, вяжущие свойст- зависимости от содержания щелочей в цементной пыли она ва проявляются в автоклавах; к основным относится нефе- делится на 3 вида: линовый шлам, к ультраосновным – известь, карбидный ил. Малощелочная – 1,08–3,05%; Техногенное сырье часто бывает сильно обводнено Среднещелочная – 3,59–10,35%; (например, золы гидроудаления, фосфогипсовые шламы, Высокощелочная – 26,72 –35,10%. нефелиновые шламы содержат до 60% воды), что требует Удельнаяповерхность пыли 7000-10000см2/г. кроме дополнительной обработки перед их непосредственным того цементная пыль содержит от 0,2 до 22% свободного использованием. СаО, окиси серы от 9,64 до 24,5%, F2O от 0,82 до 8,8%Ю, Что необходимо сделать, чтобы широко использо- которые придают отрицательные свойства при возврате в вать отходы производства: печь в процессе обжига. Цементная пыль мспользуется - дать оценку возможности промышленного использования; также при приготовлении шлакощелочных вяжущих, как - должна быть проведена детальная разведка или исследо- наполнительв асфальтобетоны, при изготовлении местных вание промышленных отвалов; малоклинкерных вяжущих. - должно быть произведено усреднение состава; Использование отходов ультраосновных пород. - необходимо провести специальные технологические раз- Известно, что в большинстве случаев в качестве работки с целью освоения этих отвалов. заполнителя при изготовлении панелей и других Рациональное использование природных богатств – строительных конструкций используется щебень из одна из важнейших задач современной науки и техники. гранитных пород. В условиях Баженовского Хотя общие запасы минерального сырья неисчерпаемы, все месторождения хризотил-асбеста при разработке открытым же месторождения с высоким содержанием полезного ис- способом образуется большое количество каменных копаемого в доступных к настоящему времени глубинах отходов из вмещающих пород – перидотитов и земной коры истощаются, и будут встречаться все реже. серпентинитов. С целью реализации отходов разработана Производства, потребляющие “бедное” (т.е. содержащее технология производства щебня. Оказалось что такой менее 10% полезного ископаемого) сырье или требующие щебень, будучи использован в строительных конструкциях сложного технологического процесса и многокомпонент- для жилых зданий, создает комфортные условия вследствие ной смеси, характерны наличием большого количества по- незначительного содержания в щебне естественных бочных продуктов-“отходов производства”. Даже при пе- радионуклидов. реработке Безобжиговые стеновые материалы. Саман-это искусственный стеновой материал, полу- 62 7 Таблица 1. Технологическая нитка должна включать: Классификация, техногенного сырья по агрегатному -разрушение крупногабаритных конструкций; состоянию в момент выделения их из основного техноло- -извлечение арматуры; гического процесса. -дробление бетона; Основные Попутные Агре- Характеристика -фракционирование дробленого заполнителя; продукты продукты гатное -проведение активации. Класс состоя- На сегодня разработаны установки, позволяющие ние разрушать изделия с длиной до 24 м, шириной 3,5 м и вы- сотой до 0,6 м; УПН-7(12)-3-0,6, УПН 24-3,5-0,6. А Продук- а) карьер- Твер- Крупный камень, Технология процесса. На колосниковый стан с помо- ты, не ут- ные ос- дое щебень, пески, по- щью подъемного механизма укладываются некондицион- ратившие татки при рошки ные железобетонные или другие бетонные отходы, на изде- природ- добыче лие опускается рычажный пресс. Дробленый бетон по мере ных горных разрушения через колосниковую решетку с диаметром 250 свойств пород Растворы, суспен- мм поступает по ленточному транспортеру на дальнейшую б) остатки Жид- зии, шламы, грязи. переработку. Арматурный каркас, очищенный от бетона на после кое Крупный камень, специальных площадках передается для сбыта в металло- обогаще- щебень, пески, по- лом. Попавшие куски арматуры через колосниковую ре- ния на рошки шетку извлекаются навесным электромагнитом ПМ-15. полезное Твер- Для вторичного дробления бетона используется ще- ископае- дые ковая дробилка СМД-109, СМД-108. Выход фракций, со- мое держащих куски до 70 мм, используется в дорожных по- Б Искусст- а) Обра- Газы Газы, смесь газов, крытиях. Дальнейшее дробление производится в конусной венные зовав- водяной пар, паро- дробилке СМД-27Б с выделением фракций до 5, 5-20, 20-40 продукты, шиеся газовая смесь мм. В таком виде полученные зерна применять нецелесо- получен- при обра- образно, необходима термомеханическая активация с це- ные в ре- ботке ни- лью восстановления гидравлической активности. Если зультате же темпе- иметь еще помольную установку после активации, то мож- глубоких ратуры но полностью заменить цемент в строительных растворах, а физико- спекания в бетонах расход цемента снижается до 40-60%. химиче- Жид- Растворы, суспен- Использование пыли цементных заводов ских про- кие зии, шламы, грязи При производстве портландцемента образуется цессов. цементная пыль, которую можно использовать при производстве строительных материалов. Цементной пыли 8 61 стоит в прессовании смеси пластмассовых отходов и песка, Продолжение таблицы 1. взятых в соответствии 1:1. Песок просеивают, нагревают до Твер- Крупный камень, 500оС, добавляют к смеси отходы полиэтилена и полисти- дые щебень, пески-ос- рола, смешивают при температуре 150оС в течение 25 мин, татки после выще- затем полученную массу прессуют. лачивания, сепара- По аналогичной технологии получают материалы из ции и отмучивания. пластмассовых отходов в смеси с мелом, стекловолокном, Порошки – осажде- асбестом и другими минеральными наполнителями. Все нная пыль, проду- компоненты в течение 2 часов подсушивают при 120оС, за- кты самопроизво- тем их пластифицируют в смесителе при 250-300оС в тече- льного рассыпания ние 15 мин, выгружают при 180оС в форму и прессуют. По- крупных кусков. лученные композиции обладают хорошими прочностными б) образо- Газы Газы, смесь газов, показателями и высокой стойкостью и истиранию, что по- вавшися водяной пар зволяет использовать их при изготовлении плит для полов. при темпе- Жид- Растворы, смесь Для улучшения внешнего вида изделий при смешивании ратурах, кие газов, водяной пар, добавляют также пигменты, как оксиды железа и хрома вызвавших парогазовая смесь желтый крон, диоксид титана. полное или Твер- Крупный камень, Также способом получения строительных материалов частичное дые щебень, пески, с применением отходов является расплавление полимеров с расплавле- порошки, последующим смешиванием их с цементом, разливкой в ние измельченная формы и охлаждением. Эти изделия обладают высокой осажденная пыль плотностью и стойкостью против горения. в) образо- Жид- Растворы, шламы, Использование бетонолома вавшиеся кие грязи, суспензии Источниками получения бетонолома являются: раз- осаждени- Твер- Крупный камень, борка старых сборных бетонных и железобетонных конст- ем из рас- дые щебень, порошки, рукций; брак на производстве; стихийные бедствия (земле- творов измельченная трясения, ураганы и т.д. осажденная пыль Одним из важнейших резервов материальных и энер- гетических ресурсов в области строительной индустрии яв- ляется вовлечение отходов от некондиционного бетона и железобетона с целью обеспечения принципа безотходного производства. Для этого требуется разработать высокоме- ханизированную линию по переработке некондиционного бетона и железобетона. 60 9 старение. Продолжение таблицы 1 Изменяя состав битумно-резинового вяжущего, вид В Продук- - Газы Газы, смесь наполнителей и способ обработки можно изготавливать в. ты, обра- газов, виде рулонного материала, кровельных плиток или гидро- зовав- водяной пар изоляционной мастики. шиеся в Жидкие Растворы, Рулонный изол – безосновный материал, обладающий результа- эмульсии, высокой водо- и гнилостойкостью, а также деформативной те дли- суспензии способностью. Из листа изола вырубают кровельные плит- тельного ки. хранения Близким к изолу по свойствам является бризол. Его в отвалах изготавливают вальцеванием и последующим каландриро- Твердые Щебень, ванием смеси нефтяного битума дробленой резиновой пески, крошки асбестового волокна и пластификатора. порошки Бризол подразделяют на две марки: средней (бр-с) и богатых руд большие объемы производств приводят к повышенной прочности (бр-п). Первый применяют при ра- образованию отвалов, что порождает проблему использо- бочей температуре 5-30оС, а второй 20-25оС. вания отходов (доменные шлаки, золы и шлаки твердого Битумно-резиновые материалы выпускают также в топлива, фосфогипс и т.д.) виде пористых жгутов и полос (пороизол) для герметиза- Комплексное использование местных вулканических ции стыков конструкций, а также как приклеивающие и пород, отходов горно-обогатительных фабрик и вскрыш- изоляционные мастики. Изол и бризол применяют для гид- ных пород роизоляции подвальных этажей зданий, подземных трубо- Распространение наиболее важных минералов в зем- проводов и других сооружений, бассейнов, антикоррозион- ной коре по Белянкину приводится (в %) ниже: ной защиты и устройства кровли. Полевые шпаты 55 Перспективным способом утилизации отходов полио- Орто- и метасиликаты 15 лефинов, как и других термопластов, является их повторная Кварц 12 переработка, отходы предварительно сортируют от ино- Слюда 3 родных включений, а затем подвергают измельчению, аг- Магнетит и др. окислы железа 3 ломерации и грануляции. Из гранулята получают различ- Глины 1,5 ные изделия, в т. ч. строительного назначения. Кальцит 1,5 Вторичное сырьё целесообразно вводить в полимер- Доломит 1,0 ные композиции в количестве до 40-50% первичного вме- Апатит и др. фосфаты 0,7 сте с пластификаторами, наполнителями и стабилизатора- Пирит и др. сульфиды 0,3 ми. Один из методов получения строительных плит со- 10 59
Использование техногенного сырья ¾ мощный экологический ресурс
В условиях нарастающей экологической напряженности в мире проблема рационального использования и эффективного сбережения природных ресурсов становится важнейшей задачей жизнедеятельности любого государства.
Исключительно важное значение имеет не только сбережение сырьевых ресурсов, но и их повторное использование. Значение вторичных сырьевых ресурсов для поддержания экологически безопасного уровня воздействия на окружающую среду весьма значительно, в частности, их использование является одним из необходимых условий внедрения малоотходных и безотходных технологий.
Важную роль в утилизации (использовании) вторичных сырьевых ресурсов играет строительство и промышленность строительных материалов. Как известно, эти отрасли промышленности используют два вида сырья: природное и техногенное (вторичное).
Природное сырье ¾ это строительные камни, песчано-гравийная смесь, гравий, песок, щебень и другие горные породы. Сюда же относят отвалы вскрышных пород, образующиеся при разработке карьеров и строительных котлованов.
К сожалению, многие районы России не обеспечены природным сырьем в необходимом количестве, а в других ¾ их запасы значительно исчерпаны. Во многих случаях это приводит к значительным затратам на их транспортировку из других районов, что нецелесообразно ни с экономической, ни с экологической точки зрения, так как подобные перевозки сопровождаются неизбежными экологическими нарушениями.
Поэтому с развитием техники и ухудшением в стране экологической ситуации все большее значение в строительной отрасли начинает приобретать техногенное сырье . К нему относят самые разнообразные промышленные отходы и побочные продукты: металлургические шлаки, бокситовые и другие шламы, отходы горно-обогатительных комбинатов (ГОК), золу и золошлаковые отходы ТЭС, отходы углеобогащения, вторичные полимеры, продукты переработки древесины и др.
Техногенное сырье рассматривается многими специалистами как национальное достояние, как исключительно ценный продукт, аккумулирующий в себе ранее затраченные инвестиционные и энергетические ресурсы. Его использование в производстве строительных материалов во многих случаях оказалось значительно дешевле, чем разработка и освоение природных ресурсов.
Использование техногенного сырья для производства строительных материалов с экологической точки зрения весьма перспективно: 1) резко сокращаются объемы добычи дефицитных природных строительных материалов; 2) утилизируется и химически прочно связывается огромное количество загрязняющих окружающую среду промышленных отходов; 3) освобождаются ценные земельные участки, отчуждаемые под хвосто- и шламохранилища и др. Только под хранение золошлаковых отходов ТЭС отчуждаются огромные территории.
В строительной индустрии находят широкое применение многие виды промышленных отходов и побочных продуктов. Приводим несколько примеров их использования.
Зола и золошлаковые отходы (ЗШО). В настоящее время в России ежегодно образуются десятки миллионов тонн золошлаковых отходов. Каждые сутки работы на угле ТЭС накапливается до 1 тыс. т золы и шлака. Подавляющая их часть направляется в отвалы, а в строительной индустрии утилизируется лишь 3-5% ЗШО. Для сравнения: в США и Германии ¾ 40-60%. В США из 20 млн т ежегодно образующихся зол уноса только для изготовления бетона утилизируется 7 млн т.
Золошлаковые отходы ¾ незаменимый компонент формовочных смесей для получения высококачественных строительных материалов. Их используют для производства ячеистого бетона, силикатного кирпича, пенозолсиликата, аглопорита, асфальтового основания дорожных одежд и т. д. ЗШО считаются прекрасным цементосберегающим материалом. При производстве бетонов введение зол позволяет экономить до 100 кг/м 3 цемента, а при использовании добавок-модификаторов ¾ до 200 кг/м 3 . Одновременно улучшается структура цементного теста и повышаются теплозащитные свойства конструкций.
Прекрасно зарекомендовала себя разработанная ВНИИстроем, безотходная технология производства лицевого кирпича на основе зол ТЭС, позволяющая не только сэкономить средства на строительство и эксплуатацию золоотвалов, но и значительно уменьшить загрязнение среды. По данным Л. С. Бариновой и Ю. С. Волкова (2002), замена в бетоне или растворе 15%-ного цемента на золу уноса или металлургический шлак, что технологически допускается, в перерасчете на мировые объемы их применения, могло бы снизить количество выбросов в атмосферу диоксида углерода (СО 2) на 300 млн т в год.
Металлургические шлаки ¾ высококачественное сырье для производства шлакопортландцементов, шлаковаты, гипсошлаковых блоков, щебня и др. Годовой объем выхода шлаков металлургических заводов исчисляется многими десятками миллионов тонн. В нашей стране очень высок объем утилизации доменных шлаков, 80% выхода которых идет для изготовления шлакопортландцемента и пористых заполнителей.
В последние годы все большее применение в качестве крупного и мелкого заполнителя в бетонах получают создаваемые по безотходной технологии шлаковая пемза (термозит) и шлакостеклогранулят, не уступающие природному щебню по большинству показателей. Например, прочность бетона на шлаковом цементе на 15-20% выше, чем на гранитном.
Широко известен ценнейший конструктивный материал ¾ шлакоситалл, обладающий высокими физико-механическими, химическими свойствами и экологической чистотой. Исключительно большое значение для производства портландцементного клинкера и шлакопортландцементов высокого качества имеет гранулированный доменный шлак, придающий цементу антикоррозийность, повышенную прочность, текучесть и быстроту твердения.
В связи с тем, что в ближайшие годы в России ожидается реконструкция предприятий по переработке отработанного ядерного топлива (ОЯТ), резко усиливается спрос на особо тяжелые бетоны для радиационной защиты. Для этих целей учеными предлагается использовать бетон, в составе которого вместо дорогостоящего металла будут использованы отходы и шихта металлургического производства.
Прекрасным примером блокирования фенолформальдегидных и других загрязнителей в структуре строительных материалов является использование отработанных формовочных смесей (ОФС) , образующихся в ходе металлургического литейного передела. Формовочная глина, используемая как связующее, нетоксична и может широко применяться при производстве строительных материалов.
Продукты переработки древесины и других растительных отходов. В России на лесопромышленных комплексах и деревоперерабатывающих комбинатах ежегодно образуется свыше 200 млн м 3 отходов древесины. Кроме того, сжигается и вывозится в отвалы в огромном количестве древесная тара, отходы переработки хлопчатника, лубяных культур и другого экологически ценного сырья, пригодного для производства строительных материалов.
По мнению В. И. Сметанина (2000), важнейшим направлением рационального, экологически целесообразного использования древесины в строительной индустрии является производство различных древесных бетонов: арболита, фибролита, опилкобетона, королита и др.
Наиболее известным из этих экологически чистых дешевых строительных материалов является арболит . Это легкий крупнопористый бетон, состоящий из древесной дробилки (в основном отходы от лиственных пород) и портландцемента марки 400. Широко применяется в качестве стеновых блоков при строительстве малоэтажных зданий. При устройстве ограждающих конструкций и перегородок используют королит ¾ теплоизоляционный материал, состоящий из коры, цемента (или строительного гипса) и добавок.
В промышленности строительных материалов широкое применение находит ценнейшее экологически чистое сырье, вырабатываемое из отходов целлюлозно-бумажного производства ¾ лигносульфонаты , обладающие обеспыливающими, пластифицирующими, пенообразующими и другими ценными свойствами.
Отходы химического комплекса . Несмотря на огромные объемы и разнообразие видов вторичного минерального сырья, эти отходы в строительной индустрии используются недостаточно. Находят некоторое применение электротермофосфорные шлаки (шлакопортландцемент, силикатный кирпич), отходы содового производства (автоклавное производство материалов, газогипс), кубовые остатки перегонных производств и битумы (ячеистые бетоны с добавками нефтебитума и др.).
С точки зрения экологии следует более подробно остановиться на побочном продукте, получаемом при переработке апатитовых и фосфоритовых концентратов ¾ фосфогипсе . Применяется он при изготовлении цемента, строительных блоков, сухой штукатурки и др. Только в Японии в 70-х гг. строительная промышленность ежегодно расходовала около 3 млн т фосфогипса.
Однако проведенные в 80-90-е гг. исследования показали, что «фосфогипс обладает гораздо большей удельной радиоактивностью, чем природный гипс… и, по-видимому, люди, живущие в домах с его применением, получают облучение на 30% более интенсивное, чем жители других домов». (Доклад Комитета по атомной энергии, ООН, г. Нью-Йорк.) Л. Брунарски (1990) считает, что фосфогипс может быть применен в строительстве лишь после специальной проверки на радиоактивность. Выяснилось также, что фосфогипс, перерабатываемый по существующей технологии, помимо радионуклидов может содержать и такие вредные для здоровья человека вещества, как фтористые соединения (Долгорев, 1990).
Помимо рассмотренных выше золошлаковых отходов, металлургических шлаков, продуктов переработки древесины и отходов химического производства при производстве строительных материалов находят применение и другие виды техногенного сырья. Важно подчеркнуть, что практически для любого вида выпускаемых в России строительных материалов вместо природного сырья возможно и экологически целесообразно использование различных видов техногенного сырья.
Вторичные ресурсы (отходы производства) широко используются не только в промышленности строительных материалов, но и в дорожном строительстве (в качестве инертных наполнителей вместо песка, скальных пород, гравийных смесей и др.), в фундаментостроении, при устройстве гидротехнических плотин и др. Переработка строительных отходов во вторичное сырье рассмотрена нами в п. 2.6.
Значительный интерес представляет использование отходов промышленности в такой материалоемкой отрасли строительства, как устройство оснований фундаментов зданий и сооружений. Исследования, проведенные НИИОСПом, показали, что для этих целей наиболее пригодны вскрышные и отвальные породы, у которых завершился процесс самораспада, а также доменные и сталеплавильные шлаки. При устройстве оснований из этих отходов их уплотняют, трамбуют, используют глубинное уплотнение с помощью мелких взрывов и др.
В последние годы в нашей стране использование промышленных отходов, как в строительстве, так и в промышленности строительных материалов, заметно сократилось, что связано как с общим падением уровня промышленного производства, так и с отсутствием должного стимулирования использования вторичных ресурсов в производстве.
По мнению Г. А. Денисова (2002), низкий уровень использования техногенного сырья в России помимо указанных выше причин вызван принципиально различным подходом к этой проблеме в экономически развитых странах и в России. Там, например, золошлаки в этих странах являются продуктом (товаром), а не отходом, и использованием (реализацией) этого продукта занимаются его производители, т. е. ТЭС. Интересно отметить, что, как показывают расчеты, рентабельность производства товаров-продуктов из золошлаков (бетонные смеси, многоцелевые вяжущие, песок, щебень и др.) значительно выше рентабельности производства самой электроэнергии на ТЭС.
В этом отношении пример показывают западные страны. Например, в Дании уровень утилизации рециклируемых материалов достиг 100%. В Нидерландах создана цельная, экологически выдержанная концепция развития строительной индустрии, которая основана на внедрении замкнутого безотходного производства с многократным использованием техногенного сырья.
1. Цементное сырье. В 2003 году учтено и зачислено в государственный резерв пока единственное в области месторождение маломагнезиальных инвестняков – Худошихинское, расположенное в Первомайском районе. Месторождение с запасами около 50 млн. тонн способно полностью удовлетворить потребности области на ближайшие 20-30 лет в сырье для производства строительной извести и цемента Разработка месторождения сдерживается необходимостью значительных объемов инвестиций, сложными горно-геологическими условиями добычи и отсутствием коммуникаций в районе расположения сырья.
2. Гипс, ангидрит. Область располагает значительными разведанными запасами высококачественного гипса и ангидрита, используемых в производстве строительного гипса, портландцемента, ангидритового цемента и облицовочных плит. Из 6 месторождений сульфатных пород с запасами гипса 588,2 млн. тонн и ангидрита 224,5 млн. тонн в настоящее время разрабатывается только одно – Бебяевское в Арзамасском районе. Действующий на его сырьевой базе Пешеланский гипсовый завод «Декор-1» ежегодно добывает подземным способом наклонной штольней 200-220 тыс. тонн гипсового камня. Сырье используется для производства алебастра и цемента. Балансовые запасы гипса Бебяевского месторождения составляют 70,6 млн. тонн. Перспективными являются Гомзовское и Павловское месторождения в Павловском районе. В государственном резерве для подземной отработки числятся 4 месторождения – Новосёлковское в Арзамасском р-не, Анненковское в Вадском р-не, Ичалковское в Перевозском р-не и Павловское в Павловском р-не.
3. Карбонатные породы для производства строительного камня и щебня. В области учтено 24 месторождений этого вида сырья с суммарными запасами 282,9 млн м³. Наиболее крупными являются Гремячевское в Кулебакском и Ардатовском р-нах, Анненковское в Перевозском р-не, Каменищинское в Бутурлинском р-не, Ичалковское в Лысковском р-не, Худошихинское в Первомайском районе.
5. Кирпично-черепичное сырьё . В настоящее время разведано 45 месторождений кирпичных суглинков и глин с запасами 85,5 млн. м³. В 2008 г. горные работы велись на 5 месторождениях, это месторождение «Муравей» в Перевозском районе, Осиновское месторождение в Дивеевском районе, Богородское месторождение, «Красный Родник» в Кулебакском районе и Салганское в Краснооктябрьском.
6. Глины керамзитовые и керамдоровые . В области для производства керамзита учтено 10 месторождений, наиболее крупным являются месторождения Песочненское и Новоотносское I в Дальнеконстантиновском р-не, а также Ужовское на границе Большеболдинского и Починковского районов. Для производства керамдора – высокопрочного керамического запонителя для бетонов и асфальтобетонов разведаны вскрышные моренные суглинки Гремячевского месторождения доломитов.
7. Пески для строительных работ и силикатных изделий в области распространены практически повсеместно. По области учтено 27, а разрабатывается 19 месторождений строительных песков с суммарными запасами 134,7 млн м³. Постоянная добыча осуществляется на 9 месторождениях, наиболее крупные: Вареховское в Володарском р-не, Дзержинское, Большое Пикинское в Борском р-не, Пятницкое в Навашинском р-не. Сырье используется для производства силикатного кирпича, стеновых блоков, панелей, в качестве наполнителя бетона.
7. Песчано-гравийный материал . Разведано одно месторождение – Волжское, расположенное на левобережной пойме Волги в Борском р-не по обе стороны железнодорожного моста. Оно состоит из двух участков с суммарными запасами 25,3 млн. м³. Месторождение не разрабатывается из-за сложных горно-технических условий. В эксплуатации находится Синявское русловое месторождение песчано-гравийно-щебеночного материал, расположенное в русле Оки в 35 км выше г. Павлово.. Разведано Фокинское месторождение песчано-гравийных материалов в Воротынском р-не и Гординское месторождение валунно-гравийного материала в Варнавинском р-не.
Стекольные пески.
На территории области известны 12 месторождений и проявленийэтого сырья. Стекольные пески Разинского и Суринского месторождений в Лукояновском районе имеют низкое качество и пригодны лишь для производства стекла темного цвета для производства стеклотары. Кварцевыми песками высокого качества сложено Сухобезводненское месторождение в Краснобаковском районе с запасами 24,93 млн. тонн. Это месторождение уникально, оно одно из крупнейших в Европе. Освоение этого месторождения позволит создать 145 рабочих мест и обеспечит потребности Борского стекольного завода и металлургических заводов области в высокомарочных кварцевых концентратах для производства стекла и формовочных материалов. Перспективным является числящееся в государственном резерве Писаревское месторождение в Ардатовском районе с запасами 19,3 млн. тонн.
Лечебные грязи.
Разведано несколько месторождений: Неверовское м. сапропелевых лечебных грязей (озеро Неверово) в Борском районе с балансовыми запасами 1498,1 тыс. м³. В настоящее время не используется. Шатковская группа озер (Черное, Долгое, Широкое ΙI, Светлое) с балансовыми запасами 221,7 тыс. м³. Месторождение лечебных торфов «Чистое» в Городецком р-не с балансовыми запасами 180,1 тыс. м³, используется санаторием «Городецкий». Месторождение «Ключевое» (озеро Ключевое) в Павловском районе используется Павловской районной больницей. Балансовые запасы составляют 123,8 тыс. м³.
Подземные воды
1.Питьевые и технические подземные воды. Территория области расположена в пределах трех артезианских бассейнов неминерализованных подземных вод: Волго-Сурского, Ветлужского и Московского. Разведанные эксплуатационные запасы составляют 2 719.028 тыс. м³/ сутки, в расчете на каждого жителя области это составляет 2,43 м³/ сутки. Всего на территории области имеется 68 месторождений подземных вод, наиболее значимые - Дзержинское, Ильиногорское, Борское, Городецкое, Пырское, Южно-Горьковское. Из них 14 месторождений освоено. Источником водоснабжения городов и ПГТ являются как поверхностные так и подземные воды. В сельских населенных пунктах используются, в основном, подземные воды. Большинство муниципальных районов области надежно обеспечены запасами пресных подземных вод. Недостаточно обеспечены Богородский, Большемурашкинский, Краснооктябрьский, Спасский, Перевозский районы и Н.Новгород, частично обеспечены Кстовский и Павловский районы и не обеспечен Сеченовский район. В Н.Новгороде хозяйственно-питьевое водоснабжение осуществляется в основном за счет поверхностных вод.
2. Минеральные подземные воды. Область богата минеральными водами. Естественные их выходы зафиксированы в Шатковском р-не в пойме реки Теши (родник «Кипящий ключ») и в северных районах области – в Шахунском. На территории области имеется большое количество минеральных вод как столового, так и бальнеологического назначения – в Зеленом Городе, в Городецком, Балахнинском р-нах.
3. Родники. На территории области насчитывается более 5 тыс. родников. Родник – это сосредоточенный естественный выход подземных вод на поверхность. По степени минерализации вода в родниках бывает от ультрапресной до рассолов.
Оценивая природно-ресурсный потенциал как достаточно благоприятный для заселения и хозяйственного развития области, все же необходимо отметить, что для развития базовых отраслей промышленности собственных запасов недостаточно и основные промышленные производства функционируют на привозных топливных и минеральных ресурсах.
Помимо охарактеризованных выше, существует еще множество видов минерального строительного сырья: стекольные пески, керамические огнеупорные и тугоплавкие глины, гипс, различные полевошпатовые материалы, асбест, разнообразные горные породы для получения минеральной ваты и многие другие.
Разведанные запасы и добыча этих полезных ископаемых в целом по стране велики, но размещены очень неравномерно, что приводит к необходимости транспортировки сырья на большие расстояния, затрудняет ритмичную работу предприятий, удорожает стоимость конечной продукции. Кроме того, качество природного сырья не всегда отвечает требованиям промышленности.
Пути решения проблемы многочисленны. С одной стороны - это поиски и разведка новых месторождений, для чего в ряде районов имеются реальные перспективы; с другой - это освоение новых технологий обогащения, позволяющих расширить круг используемых видов природного сырья и получать высококачественные кварцевые, полевошпатовые и другие концентраты. И, наконец, третий путь - это использование техногенного сырья, утилизация которого открывает возможности усовершенствования территориального размещения ресурсов, повышения качества выпускаемых изделий, не говоря уже о том, что оно позволяет экономить природное сырье и улучшать экологическую обстановку в промышленных районах.
Одной из областей, имеющих широкие возможности для утилизации минерального техногенного сырья, является строительная керамика. В этой отрасли могут применяться золошлаковые отходы тепловых электростанций, отходы углеобогащения, хвосты флотации руд цветных металлов, отсевы камнедробления и др.
Возможность использования шлаков ТЭС и золы-уноса при производстве плиток для внутренней облицовки стен и фасадных плиток изучена в НИИСМИ (г. Киев). Составы масс на основе шлаков Приднепровской ГРЭС и технологические параметры производства апробированы в условиях Днепропетровского заводоуправления строительных материалов. В Монастырисском заводоуправлении строительных материалов в Тернопольской области из керамической массы на основе шлаков Бурштынской ГРЭС получены плитки высшей категории качества.
Для производства дренажных труб пригодны молотые отходы добычи и гравитационного обогащения, а также хвосты флотации углей. Трубы, полученные на экспериментально-исследовательском заводе НИИСМИ из отходов флотации углей с содержанием угля 20 % и более, имеют меньшую массу и более высокое водопоглощение черепка, чем изделия, изготовленные из глин. Это может позволить выпуск труб большей длины, что повысит производительность заводов и ускорит сооружение дренирующих систем. Несмотря на экономическую целесообразность использования отходов углеобогащения в качестве добавки в шихту для производства дренажных труб, широкого применения в этой отрасли они пока еще не нашли. На Репнинском заводе стройматериалов в Черниговской области велась отработка технологии производства с добавкой 10-15 % отходов флотации. В ближайшей перспективе намечено использовать отходы углеобогащения для получения дренажных труб в Канско-Ачинском и Экибастузском районах.
Довольно широко освоено промышленное получение керамических кварц-полевошпатовых концентратов из отходов обогащения редкометальных пегматитов на Урале, в Сибири, Казахстане. Высококачественное керамическое кварц-полевошпатовое сырье можно получать по уже разработанным технологиям из каолинит-полевошпато-кварцевых песков. Могут быть утилизированы при составлении керамических масс хвосты обогащения ильменитовых, вольфрам-молибденовых руд, каолина. Применяются в производстве керамических плиток в качестве интенсификаторов спекания нефелин-эгирин-полевошпатовые отходы обогащения редкоземельных руд. Они снижают температуру обжига, уменьшают водопоглощение, увеличивают механическую прочность. Исследования, проведенные Харьковским политехническим институтом, показали, что нефелин-эгирин-полевошпатовые отходы можно использовать также в производстве фасадных плиток и плиток для пола. В настоящее время такие керамические плитки выпускает Мукачевский завод в Закарпатье. Введение в состав масс комбинированных интенсификаторов спекания позволяет получать изделия специального назначения с высокими физико-механическими свойствами.
Перспективным керамическим сырьем, пригодным в качестве плавня, являются некоторые отходы камнедробления. Экспериментальные исследования отсевов переработки сиенитов Кальчикской дробильно-сортировочной фабрики в Донецкой области показали, что их шихтование с гидрослюдисто-каолинитовой глиной обеспечивает интенсификацию спекания. В 1984 г. на Славянском керамическом комбинате выпущено 60 тыс. м 3 керамических плиток с использованием отсева Кальчикской дробильно-сортировочной фабрики.
Широкое применение может получить техногенное сырье и в стекольной промышленности, где оно способно полностью заменять природный кварцевый песок. В этом отношении наиболее перспективны отходы обогащения некоторых полезных ископаемых - ракушняковых фосфоритов, россыпных руд цветных металлов, остаточных каолинов, каолинит-кварцевых песков. Разработанные технологии дообогащения этих отходов позволяют получать не только тарное, но и техническое, а также листовое стекло. Очень ценно то, что перечисленные виды стекольного техногенного сырья имеются в тех районах, где природного сырья недостаточно, а потребности в нем велики,- в Сибири, на Дальнем Востоке, в Средней Азии, в Ленинградской области. Тем не менее, они пока практически не используются.
Некоторые хвосты флотации руд цветных металлов могут находить применение в производстве тарного стекла. Исследования, проведенные в Грузии, показали, что темно-зеленое бутылочное стекло, полученное из отходов обогащения полиметаллических руд Квайсинского рудоуправления, не уступает по качественным показателям стеклу из привозных песков Таманского месторождения в Краснодарском крае. Установлена также пригодность для получения темно-зеленой стеклотары хвостов обогащения медноколчеданных руд Маднеульского ГОКа.
На основе металлургических шлаков и золошлаковых отходов тепловых электростанций получают ценный стеклокристаллический материал - шлако- и золоситаллы, характеризующиеся высокой износостойкостью, огнеупорностью, устойчивостью к действию кислот и щелочей, практически нулевым водопоглощением, декоративностью.
Шлакоситаллы получают из охлажденных доменных кислых и основных шлаков, которые вводятся в шихту в количестве 40-70 %, Технология применения огненно-жидких доменных шлаков пока не отработана.
Золоситаллы - ситаллы на основе золы-уноса тоже пока в СНГ не выпускаются, хотя имеется разработанная технология. Полученные на экспериментальном заводе Кировского филиала Росоргтехстрома золоситалловые плитки характеризуются хорошим качеством и невысокой себестоимостью.
Для производства ситаллов могут быть утилизированы также отходы обогащения титановых руд, хвосты мокрой магнитной сепарации.
Установлено, что отходы мокрой магнитной сепарации железных руд пригодны для получения марблитового стекла, пеностекла. Технология производства марблита с использованием отходов мокрой магнитной сепарации железистых кварцитов КМА апробирована на Константиновском заводе "Автостекло". На Гомельском стекольном заводе им. М.В. Ломоносова выпущена опытная партия пеностекла с использованием тех же отходов. Полученное пеностекло обладает не только звуко- и теплоизоляционными свойствами, но и высокой декоративностью.
В МХТИ им. Д.И. Менделеева на основе доменных шлаков разработан новый декоративный материал сигран - синтетический гранит, по фактуре напоминающий природный. Сигран можно изготавливать в виде непрерывной ленты и прессованных плит. Вводя красители, можно получать материал различной окраски. Плотность сиграна 2600-2800 кг/м 3 , прочность на сжатие - 500-550 МПа. Согласно проекту, выполненному для Калужского завода, технологическая линия по производству сиграна обеспечит выпуск 100 тыс. м 3 плиток в год.
Минеральные отходы могут эффективно использоваться не только в производстве керамических и стекольных изделий, но и многих других, строительных материалов.
В СНГ в больших количествах получают минеральную вату из шлакового щебня. При этом требуется значительно меньше сырья, топлива и электроэнергии, чем при ее производстве из горных пород. Для этих целей наиболее пригодны доменные кислые шлаки, богатые кремнеземом и глиноземом и не содержащие металл. Основные шлаки следует подкислять введением кислых присадок, повышающих текучесть. Применяются также электротермофосфорные шлаки. Требования к качеству шлакового щебня для производства минеральной ваты регламентируются ГОСТом 18866-81.
Минеральную вату можно получать и на основе отходов сжигания углей на тепловых электростанциях. Соответствующая технология разработана в НИИстромпроекте (г. Алма-Ата) .
Огненно-жидкие шлаки являются ценным сырьем для получения литых изделий - высокопрочных, износостойких и химически инертных материалов для облицовки технологических аппаратов и узлов. Производство литых изделий из шлаков значительно экономичнее, чем из природного сырья (базальтов, диабазов и др.). В СНГ оно пока развито слабо. Металлургические шлаки применяются в расплаве с горными породами для футеровки внутреннего слоя трубопроводов. Используются они также при изготовлении литых крупноразмерных плит. В небольших масштабах организовано промышленное производство шлаковой брусчатки на Урале на предприятиях Нижнего Тагила и Чусового.
Изучение возможности использования зол ТЭЦ для получения каменных строительных материалов проводится в ГИСе. Разработана технология применения измельченных шлаков ТЭЦ-22 (г. Москва) для получения наполнителя кислотостойких замазок.
Самые оригинальные и, пожалуй, самые ценные компоненты золы - алюмосиликатные полые микросферы (АСПМ). Представляют собой полые, почти идеальной формы силикатные шарики с гладкой поверхностью, диаметром от 10 до нескольких сотен микрометров, в среднем около 100 мкм. Толщина стенок от 2 до 10 мкм, температура плавления 1400-1500°С, плотность 580- 690 кг/м 3 .
Образование микросфер происходит следующим образом. При высоких температурах силикатный минеральный материал углей плавится и в газовом потоке продуктов сгорания дробится на мельчайшие капли. Газовые включения в минеральных частицах при нагреве расширяются и раздувают отдельные капли расплава. Те капли, в которых внутреннее давление газа уравновешивается силами поверхностного натяжения, образуют полые шарики. В остальных происходит разрыв капель (внутреннее давление больше сил поверхностного натяжения), либо они остаются просто силикатными шариками, сплошными или пористыми (поверхностное натяжение больше внутреннего давления). Содержание АСПМ в золошлаковых материалах составляет обычно десятые доли процента, тем не менее, их «производство» на крупных теплоэлектростанциях России может достигать нескольких тысяч тонн в год.
Ценность АСПМ определяется тем, что они - идеальные наполнители. Для придания многим изделиям из пластмасс и керамики необходимых свойств, например для снижения плотности (веса) изделий, повышения тепло-, электро- и звукоизоляционных характеристик, в их состав вводятся изготавливаемые промышленными способами стеклянные микросферы. Это довольно сложный процесс. Так почему бы не использовать для этих целей уже готовые микросферы - АСПМ из золы угольных теплоэлектростанций? По приблизительным подсчетам, стоимость таких микросфер в десять и более раз ниже, чем микросфер, получаемых промышленными методами.
Полимерные материалы с микросферами (так называемые сферопластики) используются при изготовлении разных плавсредств (лодок, сигнальных буёв, блоков плавучести, спасательных жилетов и др.), мебели, радиопрозрачных теплоизоляционных экранов для радиотехнической аппаратуры, изоляции теплотрасс, дорожно-разметочных термопластиков и пр. АСПМ успешно применяют в составе цементных растворов при изготовлении «лёгких» бетонов и теплоизоляционных жаростойких бетонов. Имеются патенты на использование АСПМ при бурении геологоразведочных и эксплуатационных скважин. Это далеко не полный перечень возможностей применения АСПМ.
Важно отметить, что в отличие от других компонентов полые микросферы сравнительно просто выделяются из золы. Благодаря низкой плотности они всплывают на поверхность воды гидротехнических сооружений (прудов-отстойников, каналов оборотной воды) и могут быть собраны любыми, в том числе самыми простыми, средствами.
АСПМ пользуются большим спросом за рубежом. Однако готовые приобретать их фирмы требуют высокой степени очистки материала от посторонних примесей. Кроме того, во многих технологиях используются только микросферы определённого размера (диаметра). Всё это требует соответствующей производственной базы. Высокая стоимость подготовленных подобным образом АСПМ на мировых рынках минерального сырья гарантирует экономическую эффективность предприятий по их «производству».
Большие перспективы открывает использование продуктов камнеобработки в производстве отделочных материалов - клеевых плит, мозаичных плиток на цементном вяжущем и крошке. Для этих целей пригодны отходы обработки большинства облицовочных и пильных камней, многих рудоносных пегматитов.
В СНГ не нашел пока еще применения шлам камнеобработки -порошкообразный продукт резания, составляющий 25-33 % от массы поступающего на обработку камня. Однако установлено, что и этот шлам можно использовать, частично заменяя цемент в производстве прессованных облицовочных плит. Результаты промышленных испытаний показали, что при замене шламом до 50 % цемента получаются плиты более высокого качества, чем на одном цементе.
В заключение следует сказать, что возможности утилизации отходов обогащения полезных ископаемых, металлургических и электротермофосфорных шлаков, золошлаковых отходов тепловых электростанций значительно шире, чем было показано выше. Так, из отходов переработки слюдяных пегматитов можно получать мелкоразмерную слюду, из хвостов обогащения вермикулита - оливиновый концентрат, из отходов флотации сульфидно-никелевых руд - тальковый концентрат и т.д. Металлургические шлаки можно применять в стекольном производстве. Многие отходы переработки карбонатных пород пригодны для получения извести. Большие возможности использования в промышленности строительных материалов имеют отходы производства фосфорной кислоты - фосфогипсы, из которых можно получать гипсовые вяжущие, сульфатизированные цементы, известь и др. Отходы флотации серных медно-колчеданных, марганцевых руд, золошлаковые отходы тепловых электростанций являются хорошими наполнителями асфальтобетонов.
Утилизация техногенного сырья почти всегда очень эффективна. Однако при этом следует учитывать, что она требует тщательного изучения качества отходов, его соответствия требованиям государственных, отраслевых стандартов и технических условий. Требуются новые технологии дообогащения отходов и производства изделий из них. Для реализации проектов использования отходов необходимы немалые капитальные затраты.
