Использование отходов содовой промышленности в производстве новых и модифицированных продуктов

Размещено на http://www.allbest.ru

Использование отходов содовой промышленности в производстве новых и модифицированных продуктов

Накопление значительных объемов твердых и жидких отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки соответствующего сырья и недостаточностью его комплексного использования. Затраты на удаление (транспортирование) отходов и их хранение (устройство и содержание отвалов и шламонакопителей) для некоторых предприятий могут составлять 8-30 % стоимости производства основной продукции. Между тем в отвалы и шламохранилища ежегодно поступают огромные массы вскрышных пород, отходов обогащения и переработки минерального сырья. Основными поставщиками минеральных отходов являются предприятия горнодобывающей, энергетической, металлургической и химической отраслей.

Решить проблему утилизации минеральных отходов можно за счет их использования в такой материалоемкой отрасли, как строительная. Строительная индустрия и промышленность строительных материалов ежегодно добывают и потребляют около 3,5 млрд т нерудного сырья, большая часть которого может быть заменена промышленными отходами. Организация производства продукции на основе промышленных отходов требует затрат в 2-3 раза меньших, чем для соответствующих производств на основе специально добываемого природного сырья. В Англии и Германии годовой выпуск строительных материалов из отходов составляет порядка 30 млн т, а в России - только 100 тыс. т.

В данной работе рассматриваются возможные направления утилизации отходов производства кальцинированной соды в строительной отрасли.

Наиболее вредным и объемным отходом производства кальцинированной соды аммиачным способом является дистиллерная суспензия, образующаяся в количестве 8-10 м3 на 1 т соды. Это предопределено самой технологией, по которой невозможно достичь полного использования сырья. Дистиллерная суспензия представляет собой раствор хлоридов кальция и натрия, гидроксида и сульфата кальция. Твердый остаток дистиллерной жидкости (шлам карбоната кальция) в сухом виде представляет собой светло-серую массу плотностью около 970 кг/м3, на 70--80 % состоящую из частиц размером 0,1-0,2 мм. Его состав зависит от качества используемых в содовом производстве сырьевых материалов, некоторых технологических и других факторов. Кроме дистиллерной жидкости отходами производства кальцинированной соды являются: недопал, шламы очистки рассола, отходящие газы карбонизационных колонн и промывателей газа колонн, воздух фильтров и отходящие газы обжигово-известковых печей.

Усредненный состав дистиллерной жидкости следующий, г/м3: СаС12 85-95; NaCl 45-50; СаСО3 6-15; CaSO4 3-5; Mg(OH)2 3-10; CaO 2-4; Fe2O3 + A12O3 1-3; SiO2 1-4. Качественный состав дистиллерной жидкости определяется следующими компонентами: хлоридом кальция, хлоридом натрия, гидроксидом магния, карбонатом кальция и сульфатом кальция. Образовавшуюся в технологическом цикле дистеллерную жидкость направляют на механическое обезвоживание (в настоящее время в основном путем отстаивания в «Белых морях»). Состав основных компонентов обезвоженного шлама содового производства (шлама карбоната кальция) при влажности около 60 % следующий: СаСO3 50-65; MgCO3 20-25; Са(ОН)2 4-10; СаСl2 5-10; SiO2 + А12О3 5-10; CaSO4 3-9,5; SiO2 0-4,9. Как видно из приведенных данных, шлам содового производства представляет собой смесь карбонатов магния и кальция, а также сульфата кальция, что свидетельствует о высоком ресурсном потенциале отхода, который может быть использован при производстве строительных материалов.

По технологическому назначению в производстве строительных материалов химические продукты делят на группы:

Сырьевые материалы (для получения цемента, гипса, извести и др.).

Интенсификаторы технологических процессов (плавни, понизители твердости, разжижители, гранулообразователи и др.).

Добавки-модификаторы свойств материалов (как легирующие присадки, пластификаторы, ускорители твердения и т.д.).

Анализ научно-технической и патентной информации позволил определить, что шламы содового производства могут быть использованы в строительной отрасли для производства и получения:

- вяжущего (в силикатном кирпиче, кладочном растворе, тощих бесцементных бетонах, ячеисто-бетонных изделиях, древесно-цементных материалах);

- минеральных заполнителей (в стеновых материалах, асфальтобетонных смесях);

- комплексных добавок.

Получение известьсодержащего вяжущего.

Шлам карбоната кальция включает в себя ряд оксидов, представляющих собой части соединений силикатных систем, обладающих вяжущими свойствами, что указывает на принципиальную возможность получения вяжущих материалов на основе этих отходов содового производства. При этом недостаток в дистиллерном шламе кремнеземистого компонента требует его компенсации, например, кварцевым песком.

Вяжущее для производства силикатного кирпича. В России были разработаны различные варианты технологии вяжущих материалов на основе дистиллерного шлама содовых производств. В соответствии с наиболее простым из них дистиллерный шлам, влажность которого 25-30 %, экскаватором отбирают из шламонакопителя, подсушивают и затем измельчают с кварцевым песком (82,2-86,3 % SiO2) в шаровой мельнице. Получаемый при этом продукт представляет собой бесклинкерный вяжущий материал автоклавного твердения с достаточно сложным химическим составом. Однако из-за низкой активности исходного дистиллерного шлама, содержание активных СаО и MgO в котором составляет 12-14 %, получаемые на основе такого вяжущего изделия обладают невысокой прочностью, примерно соответствующей маркам 200-230. Обеспечение стабильности прочностных характеристик, кроме того, осложнено непостоянством состава дистиллерного шлама, затрудняющим оптимизацию состава получаемого вяжущего материала. Наличие в составе отходов хлорида и сульфата кальция значительно повышает реакционную способность сырьевой смеси, позволяя вести обжиг вяжущего при 950-1000 °С. Включение в технологию стадии обжига сырьевых материалов позволяет устранить перечисленные недостатки: при оптимальном режиме обжига получаемый продукт характеризуется содержанием активных оксидов (СаО и MgO) > 40 %, что обеспечивает возможность достижения прочности затвердевшего камня на его основе, соответствующей марки вяжущего 500. Известково-белитовое вяжущее на основе отходов производства соды соответствующей марки позволяет использовать его для производства силикатного кирпича.

Технологическая схема получения вяжущего заключается в следующем. Твердый остаток извлекается ковшовым экскаватором из шламонакопителя и доставляется на склад. Для предотвращения налипания влажного материала на стенки расходного бункера и рабочие органы технологического оборудования сырой твердый остаток смешивается с высушенным, а затем грейферным краном загружается в расходный бункер, откуда конвейером подается на сушку в сушильный барабан. Материал высушивается до остаточной влажности не более 10 % и поступает во вращающуюся печь. В процессе обжига происходят дегидратация гидроксидов кальция и магния и разложение карбонатов, в результате чего содержание активных оксидов (СаО + MgO) повышается до 40-55 %. Обожженный продукт после охлаждения поступает в силосный бункер помольного отделения, туда же подают высушенный песок. Подготовленные компоненты через весовые дозаторы направляют на помол в шаровую мельницу в заданном соотношении. Полученное вяжущее пневмотранспортом переправляют в силосный склад. Тонкость помола вяжущего характеризуется удельной поверхностью 3000-5000 см2/г.

В условиях ОАО «Башкирская содовая компания» было изготовлено вяжущее известково-белитового типа, на основе которого на опытном заводе ВНПО стеновых и вяжущих материалов был изготовлен силикатный кирпич. Технология производства силикатного кирпича с использованием вяжущего известково-белитового типа не отличается от общепринятой схемы получения кирпича на основе извести. Кирпич имел ровные грани и гладкую поверхность (размеры 120Ч250Ч65), масса кирпича в естественном состоянии составляет от 3,7 до 4,1 кг, плотность в среднем 2000 кг/м3. Кладку опытных образцов производили на сложном растворе состава цемент : известь : песок, цемент : известково-белитовое вяжущее : песок и известково-белитовое вяжущее : песок. отходы утилизация сода

По результатам исследований, приведенных в табл. 1, видно, что кладочный раствор, изготовленный с применением вяжущего известково-белитового типа, набирает прочность к 14-дневному возрасту с закономерностью как и цементно-известковый, а с добавлением цемента раствор к 14-дневному возрасту достигает почти 100 % прочности.

Таблица 1

Прочность растворов на различных вяжущих в различные сроки твердения

Вяжущее на основе известково-белитового типа можно применять в строительных кладочных растворах с портландцементом и как самостоятельное вяжущее.

Прочность силикатного кирпича на основе известково-белитового вяжущего при испытаниях колебалась от 22,8 до 34,9 МПа, а в среднем равняется 27,8 МПа. Прочность кирпича при изгибе Rизг = 6,92 МПа. Установлено, что он удовлетворяет требованиям, предъявляемым к силикатному кирпичу выше марки 300.

Стандарта на силикатный кирпич, изготовленный на известково-белитовом вяжущем, не существует, поэтому его сравнивали с обычным силикатным кирпичом (ГОСТ 379-95 «Кирпич и камни силикатные. Технические условия»). По морозостойкости кирпич, изготовленный на известково-белитовом вяжущем, соответствует марке 100.

При использовании вяжущего известково-белитового типа в качестве пластифицирующей добавки в кладке растворах марок 25, 50, 100 достигается экономия цемента до 34 % , извести 100 %, в качестве вяжущего в растворах марок 10 и 25 экономия цемента 100 % , извести 100 %.

Наиболее эффективно применение кирпича повышенной прочности (марок 200 и выше) для внутренних несущих стен, что позволяет возводить их шириной в один кирпич (25 см) и увеличить при этом материалоемкость до 50 % в сравнении с толщиной 51 см из кирпича марок 100.

Целесообразно применение данного кирпича в стенах облегченной кладки, чем будет достигаться экономия кирпича в 1,5-2 раза в зависимости от толщины стены сплошной кладки.

Вяжущее для производства тощих бесцементных бетонов. Шлам дистиллерной жидкости производства соды в количестве 15-60 % используется в качестве вяжущего при производстве тощих бесцементных бетонов, состоящих из природных, техногенных грунтов и из промышленных отходов. Компонентный состав строительных материалов позволяет повысить прочность полученных материалов.

Результаты определения механических свойств образцов показывают, что к 90-м суткам прочность почти всех материалов при одноосном сжатии значительно превышает 4 МПа, т.е. соответствует первому классу (4-6 МПа) укрепленных грунтов. Предложение реакций гидратации вызывает дальнейший рост прочности, характерный для шлакогрунтовых материалов. Поэтому к годичному сроку прочность почти всех материалов превышает максимальный уровень (6,0 МПа) требований российских стандартов к укрепленным грунтам.

Прочность водонасыщенных образцов (Rв) заявляемых материалов к 90-суточному возрасту в ряде случаев значительно превышает максимальную величину прочности у прототипа.

Разработанные материалы являются тощими бесцементными бетонами и обладают высокой прочностью, водо- и морозостойкостью. Показано, что в предложенном компонентном составе химически связываются тяжелые металлы в соединения, практически нерастворимые в кислой, щелочной и нейтральной средах. Поэтому они могут быть использованы в качестве оснований автомобильных и железных дорог, аэродромов, полигонов твердых бытовых отходов и промышленных отходов, ядер плотин, материалов тампонажа карстовых и других пустот, бурона-бивных свай различных фундаментов и т.п. вместо песка, щебня, песчано-гравийных смесей и др.

Вяжущее для производства ячеисто-бетонных изделий. На основе получаемого вяжущего в нашей стране в промышленных масштабах было организовано производство блоков ячеистого бетона по литьевой технологии.

Технологический процесс предусматривает выпуск ячеисто-бетонных блоков размером 150Ч300Ч600 мм, массой не более 19 кг, плотностью 700 кг/см3. Морозостойкость изделий не ниже 35 Мрз, предел прочности при сжатии не ниже 3,5 МПа. Блоки предназначены для кладки наружных, внутренних стен и перегородок жилых, общественных, сельскохозяйственных и вспомогательных производственных зданий и сооружений.

В зависимости от свойств и области применения ячеистые бетоны делятся на теплоизоляционные и теплоизоляционно-конструктивные. Теплоизоляционные ячеистые бетоны отличаются малым объемным весом (менее 1000 кг/м3), низким коэффициентом теплопроводности и достаточной прочностью.

Твердые отходы содового производства использовали в качестве вяжущего при изготовлении ячеисто-бетонных изделий (стеновые панели, блоки гражданских и промышленных зданий) с целью повышение прочности и морозоустойчивости, снижение себестоимости. Поставленная цель достигается тем, что в качестве вяжущего используют предварительно прокаленную при 900-1000 °С молотую смесь шламов содового производства, отходов производства извести (недопала) и песка, при массовом соотношении шлам : недопал : песок, равном (2,50-4,50) : (0,05-1,00):(4,00-6,00), при следующем соотношении компонентов, мас.%: вяжущее 60,00-70,00; алюминиевая пудра 0,05-0,07; ПАВ 0,05-0,07; вода до 100.

Для приготовления сырьевой смеси предварительно готовят вяжущее. Промытый водой и отжатый на фильтрах шлам содового производства смешивают в заявляемых соотношениях с недопалом и песком до однообразной массы и прокаливают во вращающейся печи при 900-1000 °С в течение 2 ч. Далее смесь охлаждают и размалывают, например, в шаровых мельницах. Готовое вяжущее - порошок серого цвета с удельной поверхностью 3200-5000 см2/г, насыпным весом 0,8-1,0 г/см3. В емкость с мешалкой загружают вяжущее, алюминиевую пудру и ПАВ, растворенное в воде. Смесь перемешивают до гомогенной массы, далее выгружают в формы, срезают горбушку и помещают в автоклав, нагреваемый по программе 3+3+2 до 150-160 0С. По истечении времени готовую смесь выгружают из формы и определяют качественные характеристики. В качестве ПАВ используют триэтаноламин по ТУ 6-02-916-79; полиакриламид по ТУ 6-01-1049-92; алюминиевая пудра по ГОСТ 5494-71Е; песок речной ОСТ 21-80.

Исследование прочности и морозоустойчивости легкого ячеистого бетона на основе шламов содового производства позволило определить улучшение указанных характеристик по сравнению с известными составами для изготовления ячеисто-бетонных изделий.

Вяжущее для древесно-цементных материалов. Дистиллерную жидкость предложено использовать в качестве вяжущего для древесно-цементной композиции состава, мае. %: портландцемент 26,2-87,3; дистиллерная жидкость 0,4-7,3; водная суспензия твердых отходов содового производства 5,4-73,4; вода. Древесный заполнитель может быть введен в тот же смеситель. Прочность цементно-стружечных плит, получаемых с использованием указанного вяжущего, при изгибе до 18,2 МПа. Предложенное вяжущее использовали в сырьевой смеси, из которой изготавливали образцы арболита, фибролита и цементно-стружечных плит.

Образцы твердели в нормальных условиях при температуре 20 °С и влажности 60 %. Показатели качества образцов определяли в возрасте 21 сут для ЦСП, для арболита и фибролита 28 сут. Испытания образцов проводили в соответствии со стандартами на данные строительные материалы: ГОСТ 19222-84 «Арболит и изделия из него. Технические условия» (прочность при сжатии и средняя плотность); ГОСТ 26816-86 «Плиты цементно-стружечные. Технические условия» (прочность при изгибе и средняя плотность); ГОСТ 8928-81 «Плиты фибролитовые на портландцементе. Технические условия» (плотность и прочность при изгибе).

По результатам испытаний определено, что предложенное вяжущее обладает прочностью на 30,2-36,4 % выше, чем у используемых ранее составов. Это объясняется комплексным воздействием на экстрактивные вещества заполнителя совокупности ингредиентов, присутствующих в отходах содового производства.

Анализ результатов подтверждает эффективность применения заявляемого вяжущего при использовании неокоренного заполнителя, что проявляется в увеличении прочности изделий, упрощении технологии за счет исключения химических добавок и снижения требований к качеству заполнителя, улучшении экологической обстановки на урбанизированных территориях при утилизации отходов промышленного производства.

Производство минеральных заполнителей.

Производство минеральных заполнителей стеновых материалов. Отходы содового производства используются при производстве стеновых материалов в качестве минерального наполнителя с целью повышения прочности изделий. Поставленная цель достигается тем, что сырьевую смесь готовят совместным помолом силикат-глыбы (10-20 мас.%) и шламов содового производства (80-90 %) при скорости соударения частиц 100-500 м/с. Затем смесь увлажняют, формуют изделия и выдерживают вначале при температуре 10-20 °С в течение 5-6 ч, затем при температуре 150-180 °С в течение 1-1,5 ч, что обеспечивает повышение прочности готовых изделий и утилизацию отходов производства.

Отходы содовой промышленности представляют собой известково-карбонатную смесь, состоящую на 95 % из кусков размером до 10 мм следующего химического состава %: СаOо6щ 53,91; СаОакт 20,06; MgO 1,52; СО2 26,52; SiO2 1,14; R2O3 (Fe2O3 + А12О3)1,14; SO3 0,23; Cl 0,15; H2O 15,31.

Физико-химической основой процесса является интенсификация химического взаимодействия оксидов кальция и магния, находящихся в отходах содового производства, с гидросиликатом натрия силикат-глыбы с последующим образованием гидросиликатов кальция и магния, что приводит к образованию прочного и водостойкого камня. Механоактивирование высокоскоростным помолом приводит к возникновению новообразований, образующих плотный и прочный камень при низкой температуре термообработки.

Нижнее граничное значение содержания отходов содового производства в смеси составляет 80 %. Уменьшение количества отходов ниже этого предела снижает прочность изделий и приводит к перерасходу силикат-глыбы. Верхнее граничное содержание отходов содового производства в смеси составляет 90 %. Увеличение количества отходов более 90 % значительно снижает прочность изделий, что связано с недостатком силикат-глыбы для прохождения химических реакций.

Минимальное значение скорости соударения частиц при помоле равно 100 м/с, которому соответствует размер частиц смеси 15-40 мкм. Уменьшение скорости соударения менее 100 м/с значительно снижает уровень механической активации и, соответственно, интенсивность химического взаимодействия компонентов. Это приводит к снижению прочности образцов и требует увеличения температуры и длительности термообработки. Максимальное значение скорости соударения частиц при помоле равно 500 м/с. Этой скорости соответствует размер частиц 7-15 мкм. Увеличение скорости соударения более 500 м/с приводит к резкому увеличению энергозатрат на помол компонентов и ограничены возможностями измельчительной техники.

Минимальное время выдержки при температуре 10-20 °С составляет 5 ч (для частиц размером 7-15 мкм), а максимальное 6 ч (для частиц размером 15-40 мкм), что связано с необходимостью гидратации тонкоизмельченной силикат-глыбы в присутствии небольшого количества воды затворения.

Верхнее граничное значение температуры сушки (180 С) и времени сушки (1,5 ч) достаточно для получения плотного и прочного камня из частиц смеси размером 15-40 мкм. Повышение температуры и длительности сушки выше этого значения не влияет на прочность изделий и приводит к неоправданному росту энергозатрат. Нижнее граничное значение температуры сушки (150 °С) и времени сушки (1,0 ч) обеспечивает получение прочного камня из частиц смеси размером 7-15 мкм. Снижение температуры и длительности сушки ниже этого значения снижает прочность изделий.

Получение заполнителя для асфальтобетонных смесей. В результате исследования физико-механических свойств шлама карбоната кальция одного из предприятий по производству соды (табл. 2) определено, что они соответствуют требованиям, предъявляемым ГОСТ Р 52129-2003 для неактивированного порошка, шлам может быть использован в качестве замены минерального порошка в составе асфальтобетонных смесей.

Таблица 2

Физико-механические свойства шлама карбоната кальция

Экспериментальные исследования показали возможность использования шлама содового производства в качестве замены минерального порошка в составе асфальтобетонной смеси. По результатам проведенных экспериментальных исследований определено, что прочностные характеристики смесей с различным содержанием компонентов техногенного происхождения (шлам карбоната кальция, щебень из металлургических шлаков и песок из отсева дробления Чусовского металлургического завода) соответствуют норме, что позволяет использовать их в качестве компонентов асфальтобетонной смеси.

Один из рациональных путей решения проблемы использования твердых отходов содовой отрасли при приготовлении асфальтобетонных смесей - это добавление к ним минеральных компонентов в количестве, которое позволило бы снизить содержание водорастворимых соединений в заполнителе до допустимых пределов. Такими компонентами могут быть кварцевый песок, известняк, золы ТЭЦ и другие, не содержащие водорастворимые соединения и щелочи.

В лабораторных и производственных условиях разработан ряд марок порошкообразного заполнителя: Пс-ОП, Пс-ОК и Пс-ОЗ, различающихся содержанием компонентов. Причем количество твердого остатка составляет не менее 50 %, а минерального компонента - от 25 до 50 %. Порошок каждой марки должен отвечать следующим требованиям: содержание водорастворимых солей до 6 %, оксидов щелочных металлов до 2 %, хлоридов до 5 %. Показатель битумоемкости - 65 г/см3, влажность - не более 1 %. По гранулометрическому составу зерна порошка не должны быть крупнее 1,25 мм.

Технология получения заполнителя для асфальтобетонных и битумно-минеральных смесей основана на сушке порошкообразной композиции, состоящей из твердого остатка дистиллерной жидкости, минерального компонента, и включает в себя следующие стадии: добычу и доставку твердого остатка из шламонакопителя в сырьевой склад; добычу и доставку минерального компонента, подготовку смеси к сушке; сушку, помол смеси в шаровой мельнице; транспортирование готового продукта на склад и отгрузка потребителю.

Смесь твердого остатка с минеральным компонентом сушится при температуре не более 250 С. На 1 т заполнителя расходуется 1350 кг твердого остатка шлама содового производства, при влажности 35 %, 380 кг кварцевого песка, при влажности 10 %.

Испытания асфальтобетонов, приготовленных на известняке с гранулометрией «Г» по ГОСТ 9128-76 с порошком-заполнителем на основе твердого остатка шлама содового производства и его смесей с минеральными компонентами, показали, что прочность при различных температурах асфальтобетонов с наполнителями на основе твердого остатка достаточно высокая. Водонасыщение и набухание находятся в нормальных пределах.

Коэффициент водоустойчивости асфальтобетона с заполнителями в виде смеси твердого остатка содового производства с минеральным компонентом (кварцевым песком, известняком или золой) превышает стандартные значения. Температура растрескивания на 8-13 0С ниже, чем у асфальтобетонов с известняковым минеральным порошком или цементной пылью. Это обусловлено наличием в твердом остатке гидратной воды, которая замерзает при очень низких температурах.

Таким образом, порошкообразный заполнитель для асфальтобетонных и битумно-минеральных смесей, полученный из твердого остатка шлама, образующегося в большом количестве при производстве кальцинированной соды, в смеси с минеральными компонентами (кварцевым песком, карбонатными породами, золами ТЭЦ) обеспечивает получение асфальтобетонов, по основным свойствам соответствующих стандарту с лучшими показателями трещиностойкости, чем у асфальтобетонов на обычных заполнителях.

Комплексные добавки.

Используются в производстве бетонов, растворов, керамических и других строительных материалов. Дистиллерную жидкость производства кальцинированной соды применяют как добавку, содержащую СаС12 и NaCl, к бетонам при зимнем бетонировании, изготовлении местных вяжущих совместным мокрым помолом с гранулированным доменным шлаком и т.д. Высокие концентрации ионов Са2+ и Na+ в дистиллерной жидкости обеспечивают активизацию шлака.

Добавки позволяют интенсифицировать производственные процессы и целенаправленно изменять свойства строительных материалов. Они вводятся в небольшом количестве (доза некоторых ПАВ составляет всего лишь несколько сотых или тысячных долей процента массы основного материала). Все технологические проявления добавок ПАВ обусловлены адсорбционным механизмом их действия и в наибольшей степени характерны для коллоидно-дисперсных систем. Добавки электролитов изменяют растворимость материалов, химически с ними взаимодействуют, служат центрами кристаллизации и т.д.

Нитрит-нитрат хлорида кальция (ННХК) применяют как комплексную добавку в производстве бетонных и железобетонных изделий, которая, позволяя существенно ускорить твердение бетона, вместе с тем защищает стальную арматуру от коррозии. ННХК образуется после смешивания упаренной дистиллерной жидкости, содержащей более 30 % СаС12, с нитратными щелоками производства азотной кислоты. Добавка ННХК является в том числе эффективной противоморозной добавкой.

Испытания показали, что добавка ННХК может существенно ускорять твердение асбестоцементных изделий при нанесении растворов с концентрацией 27-40 % на асбестоцементный слой в количестве 2 % массы цемента. В этом случае «разборочная» прочность асбестоцементных листов возрастает в 1,8-3,5 раза, а стандартные показатели продукции достигаются уже через 3-5 сут твердения. При этом можно сократить время пребывания листов в конвейере предварительного твердения.

Получение тампонажного раствора. Тампонажный раствор с содержанием в нем отхода производства кальцинированной соды характеризуется снижением плотности, повышением прочности цементного камня, снижением водоотделения. Тампонажный раствор содержит предварительно прокаленный в распылительной сушилке при 550-650 °С отход производства кальцинированной соды стадии дистилляции (дистиллерную жидкость) следующего состава, мас.%: цемент - 43,5-62,5; дистиллерная жидкость - 0,7-6,2; микросферы нерасклассифицированные ~ 6,5--19,9; вода -- остальное.

Для приготовления тампонажного раствора использовали солевую композицию следующего состава, мас.%: СаС12 61,6; CaSO4 0,1; Са(ОН)2 0,18; NaCl 3,4. Заявляемый тампонажный раствор с использованием в качестве солевого компонента отходов производства соды в стадии дистилляции, дополнительно содержащего микросферы нерасклассифицированные, имеет существенно низкую плотность и превосходит известный тампонажный раствор по прочности камня. При этом раствор имеет низкое водоотделение. Сроки схватывания раствора находятся в пределах требований ГОСТ 1581-96. Тампонажный раствор на основе цемента может быть использован при цементировании скважин.

Анализ научно-технической и патентной информации позволил определить, что шламы карбоната кальция и дистиллерную жидкость производства соды можно применять в различных отраслях строительства, учитывая соответствующие физико-химические, физико-механические и токсикологические свойства отхода содового производства. Отходы содового производства преимущественно используются в качестве вяжущего, минерального заполнителя и комплексных добавок, при этом в одном изделии могут быть использованы разные свойства отходов. На рисунке приведены основные направления и варианты использования отходов содового производства в строительной отрасли.

Рис. Направления и варианты использования отходов содового производства в строительной отрасли

Анализ требований технической документации к характеристикам строительных материалов и результатов экспериментальных исследований материалов, полученных с использованием отходов содового производства, показал, что определяемые характеристики соответствуют установленным требованиям (табл. 3).

Таблица 3

Физико-механические свойства строительных материалов с применением отходов содового производства

Замена природных материалов в составе строительных изделий на отходы содового производства соответствует современным принципам ресурсосбережения и устойчивого развития. Утилизация промышленных отходов с производством строительных материалов позволяет одновременно решать несколько задач: экономия природных ресурсов, снижение стоимости строительных изделий за счет снижения себестоимости компонентов, утилизация техногенных отходов и улучшение качества окружающей среды на урбанизированных территориях. Однако при замене природных компонентов отходами производства следует использовать их таким способом, чтобы не ухудшать эксплуатационных и экологических характеристик строительных изделий.

Размещено на Allbest.ru