Использование техногенного сырья

1.

Тема 6. «ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ,
ИЗДЕЛИЙ И КОНСТРУКЦИЙ»
6.1. Особенности техногенных продуктов как вторичного
сырья для стройиндустрии
Техногенные продукты разнообразны по химическому и
минералогическому составу и порой не уступают по качеству
сырью, добываемому из недр земли, а иногда даже превосходят его по технологическим кондициям. Они являются следствием несовершенства технологических процессов. По аналогии с природными ресурсами эти материалы можно назвать
техногенными ресурсами и дать им следующее определение:
техногенные ресурсы – скопления отходов производства,
количество и качество которых позволяют организовать их
утилизацию на рациональной экономической основе при
обеспечении экологической безопасности.

2.

Для оценки промышленных отходов с позиций их возможного использования в промышленности строительных материалов можно рекомендовать классификацию, предложенную
П.И. Боженовым, по агрегатному состоянию отходов в момент их выделения из технологического процесса:
• твердые зерна – куски различного размера и плотности:
крупные камни размером более 1 м, щебень (5-150 мм), пески
(0,16-5 мм), порошки, пыли с размером частиц менее 0,1 мм –
наиболее удобны для утилизации;
• жидкости – расплавы, растворы, суспензии, эмульсии, шламы (грязи) – менее пригодны для утилизации;
• газы – чистые газы и смеси газов, водяной пар, парогазовая
смесь – практически не пригодны для утилизации.

3.

Рис. 1. Твердые кусковые отходы шлака и отвал шлака

4.

Микрофото суспензии
Слив расплава шлака
Рис. 2. Жидкие
отходы
производства
Сброс сточных вод
Микрофото эмульсии

5.

Рис. 3. Газообразные отходы

6.

Все попутные промышленные продукты и отходы П.И. Боженов в своей классификации далее разделяет по условиям их
образования (техническому генезису) на три класса:
Класс А – продукты, не утратившие природных (естественных) свойств, которые подразделяют на две группы:
• карьерные остатки при добычи горных пород – твердые;
• остатки после обогащения на полезное ископаемое –
твердые и жидкие.
Класс Б – искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов, которые подразделяют на три группы:
• образовавшиеся при обработке ниже температуры спекания и представляющие собой в основном силикатные системы
неопределенного фазового состава; содержат остатки исходного сырья и значительные количества свободных CaO, MgO,
SiO2, а также силикаты, алюминаты и ферриты кальция и др.;

7.

• образовавшиеся при температурах, вызвавших полное
или частичное расплавление исходного сырья, представляют
собой в зависимости от режима охлаждения и состава кристаллические, стеклообразные материалы или материалы смешанной структуры;
• образовавшиеся осаждением из растворов, как правило,
это простые продукты, состоящие из нерастворимых комплексов, среди которых особое место занимает гипс.
Класс В – продукты, образовавшиеся в результате длительного хранения отходов в отвалах.
Формирование их состава, структуры и свойств происходило
под воздействием физико-химических процессов самовозгорания, выветривания, выщелачивания, микробиологического
воздействия, распада и т.п.

8.

Вывод: Для промышленности строительных материалов особый интерес представляют все виды твердых отходов, а также суспензии в виде шламов и грязей.
Что касается эмульсий, растворов и газов, то использование их в производстве строительных материалов возможно в особых случаях и в ограниченных масштабах.

9.

6.2. Определение целесообразности использования
промышленных отходов в производстве строительных
материалов
Доказана целесообразность и экономическая эффективность
использования промышленных отходов для изготовления строительных материалов. Тем не менее, только около 5% отходов
используется в деле, причем большую их часть составляют
доменные гранулированные шлаки, пути утилизации которых
хорошо изучены.
Для определения конкретных областей применения техногенного сырья необходима химико-технологическая характеристика, в качестве которой предложено использовать
коэффициент основности силикатов:
(СаО + 0,93 MgO + 0,6 R2O) – (0,55 Al2O3 + 0,35 Fe2O3 + 0,7 SO3)
Косн = ———————————————————————————
0,93 SiO2

10.

Уменьшаемое числителя – показывает общее процентное содержание «условного СаО».
Вычитаемое – определяет количество СаО, связываемого соответствующими оксидами и не участвующего в образовании силикатов.
Числитель в целом показывает, сколько СаО остается для образования силикатов кальция.
Знаменатель – сколько СаО необходимо для образования моносиликата кальция.
Сравнение Косн строительных материалов и промышленных отходов позволило составить следующую классификацию:
Силикатные материалы с Косн > 1,6 – ультраосновные, обладающие высокой гидравлической активностью. Их материалов в производстве вяжущих веществ обеспечивает значительную экономию
топлива, электроэнергии и трудозатрат.

11.

Силикатные материалы с Косн = 1,2-1,6 – основные, обладающие слабой гидравлической активностью. Их эффективно использовать как активную добавку в производстве смешанных цементов или как техногенное сырье в технологии цементов.
Силикатные материалы с Косн = 0,8-1,2 – нейтральные. Такие
материалы также рекомендуется использовать в качестве сырья для
производства вяжущих различного назначения.
Силикатные материалы с Косн = 0,0-0,8 – кислые. Их целесообразно использовать в качестве техногенного сырья в производстве
различных строительных материалов: цементов, керамики, автоклавных материалов, бетонов и растворов.
Силикатные материалы с Косн < 0 – ультракислые, состоящие
преимущественно из алюмосиликатов. Рекомендуемые области их
применения – сырье в производстве стекол, каменного литья и ситаллов.
Вывод: значение коэффициента основности минеральных отходов
позволяет дать оценку их пригодности и наметить пути целесообразного использования в промышленности строительных материалов,
изделий и конструкций.