Комплексное использование минерального сырья и отходов промышленности при производстве строительных материалов

Перспективным способом утилизации отходов полиолефинов, как и других термопластов, является их повторная переработка, отходы предварительно сортируют от инородных включений, а затем подвергают измельчению, агломерации и грануляции. Из гранулята получают различные изделия, в т. ч. строительного назначения.

Вторичное сырьё целесообразно вводить в полимерные композиции в количестве до 40-50 % первичного вместе с пластификаторами, наполнителями и стабилизаторами.

Один из методов получения строительных плит состоит в прессовании смеси пластмассовых отходов и песка, взятых в соотношении 1:1. Песок просеивают, нагревают до 500^оС, добавляют к смеси отходы полиэтилена и полистирола, смешивают при температуре 150^оС в течение 25 мин, затем полученную массу прессуют.

По аналогичной технологии получают материалы из пластмассовых отходов в смеси с мелом, стекловолокном, асбестом и другими минеральными наполнителями. Все компоненты в течение 2 часов подсушивают при 120^оС, затем их пластифицируют в смесителе при 250-300^оС в течение 15 мин, выгружают при 180^оС в форму и прессуют. Полученные композиции обладают хорошими прочностными показателями и высокой стойкостью к истиранию, что позволяет использовать их при изготовлении плит для полов. Для улучшения внешнего вида изделий при смешивании добавляют такие пигменты, как оксиды железа и хрома желтый крон, диоксид титана.

Также способом получения строительных материалов с применением отходов является расплавление полимеров с последующим смешиванием их с цементом, разливкой в формы и охлаждением. Эти изделия обладают высокой плотностью и стойкостью против горения.

10. Прочие отходы

10.1 Использование вторичных отходов мусороперерабатывающих заводов в производстве строительных материалов

Мусороперерабатывающие заводы являются централизованным местом сбора всех видов бытовых и промышленных отходов, поэтому именно там целесообразно отбирать материал, пригодный для вторичного использования.

Полученный картонажный гранулянт направляется в две параллельно расположенные линии, находящиеся на территории мусороперерабатывающего завода. Первая линия, предназначенная для производства топливносодержащих блоков (брикетов), состоит из бункеров хранения зол ТЭС картонажного гранулянта, смесителя и шенекового пресса со специальной насадкой.

Из бункеров запаса зола и картонный гранулянт в определенном соотношении подаются в двухвальный смеситель, туда же подается специальный связующий реагент, также являющийся продуктом отхода промышленных производств. Тщательно перемешанная масса с формовочной влажностью поступает в шнековый пресс, где осуществляется формование блоков (брикетов). Из пресса плотные блоки подаются на площадку для естественной сушки.

Вторая линия состоит из традиционной линии производства керамического кирпича с добавленным к ней узлом ввода в глиномассу картонного гранулянта. В качестве энергетического топлива для печей обжига служат топливосодержащие блоки, поступающие со склада готовой продукции первой технологической линии. Использование топливосодержащих блоков при обжиге кирпича снижает на 20-30 % расход первичного топлива.

Исследовалось влияние добавки картонного гранулята в шихту для получения пористого керамического кирпича. Составы шихт и свойства полученных образцов приведены в табл. 8 и 9 соответственно. Как следует из данных таблиц, введение картонного гранулята вместо песка не только не ухудшает качества получаемых изделий, но повышает прочность и понижает плотность и коэффициент теплопроводности, что сказывается на улучшении конструкционного качества кирпича.

В целом реализация проекта дает возможность уменьшить площадь захоронения отходов мусороперерабатывающих заводов, снизить энергозатраты на производство строительных материалов, улучшить экологическую ситуацию в районе.

Таблица 8

Таблица 9

10.2 Отходы целлюлозно-бумажной промышленности

Были проведены исследования возможности получения теплоизоляционных материалов с использованием скопа Пермского ЦБК. При этом скоп использовали в двух вариантах: как наполнитель в теплоизоляционном материале на основе минерального вяжущего и как самостоятельное вяжущее вещество с наполнителем в виде зернистых пористых материалов- вспученный пенополистирол в гранулах.

В качестве связующего использовали фторангидритовое воздушное вяжущее (ФВВ). ФВВ представляет собой молотый отход производства фтористого водорода. Он образуется при нейтрализации известью серной кислоты, используемой в этом производстве, и состоит из растворимого ангидрита. Вяжущее имеет марки 5,10,15 (в данном случае марка обозначает прочность стандартных образцов в стандартном возрасте в МПа). В нашей работе было использовано ФВВ-10.

При проведении экспериментов использовали скоп, образующийся до переработки его в листы. Он имеет влажность 39-40 %, плотность 35 кг/м³.

Образцы материала получали следующим образом. Из смеси компонентов формовали образцы балочки. Отформованные образцы затем высушивали в сушильном шкафу при температуре 80⁰С до постоянной массы. По окончании сушки определяли линейную усадку образцов, их среднюю плотность и прочность при изгибе и сжатии.

Для составов с ФВВ получены следующие результаты:

Линейная усадка, %…………………………6

Средняя плотность, кг/м³………..…..300-400

Прочность при изгибе, кг/см²………...1,7-2,4

Прочность при сжатии, кг/см²………....35-50.

Для составов, в которых скоп использовали в качестве вяжущего, а заполнителем служил вспученный гранулированный пенополистирол, получены следующие результаты:

Линейная усадка, %………………………4-5

Средняя плотность, кг/м³………..…..100-200

Прочность при изгибе, кг/см²……….….1,5-2

Прочность при сжатии, кг/см²………....15-20

Как видно из приведенных результатов, характеристики материала соответствуют требуемым для жестких теплоизоляционных плит.

Очень важно, что распалубка отформованных изделий при использовании скопа может быть произведена немедленно после формования. Это позволяет значительно сократить парк форм и уменьшить требуемые площади под это производство.

10.3 Карбонатные отходы сахарного производства

Были исследованы составы и свойства отхода сахарной промышленности - дефеката, на основе которого получены бесцементные вяжущие материалы и изделия неавтоклавного твердения.

Свойства исходного сырья и компонентов вяжущего представлены ниже. Дефекат состоит в основном из кальция (содержание СаО - 88,28 %, МgО - 3,22 %, SiО₂ - 4,66 %). Используемый в работе шлак содержал кварц - 55,6 %, окись кальция - 7,52 % и аморфную фазу. Применяемая для корректировки состава вяжущего супесь представлена в основном кварцем, полевыми шпатами, гидрослюдами и другими глинистыми минералами. Пиритные огарки, образующиеся при производстве серной кислоты, состоят в основном из оксидов железа Fe₂О₃ - 63-15 %, FeО - 6,2 %, а также SiО₂ - 12-47%, Al₂О₃+ТiО₂ - 3,75 %, СаО - 6,29 % и МgО-1,3 %; по гранулометрическому составу относятся к полидисперсным материалам и характеризуются следующими свойствами: теплота смачивания 4,28 кДж/кг, удельная поверхность по ПСХ-2-2500-3300 см ²/г, плотность 4,18г/см ³.

Клинкер, полученный из 100 % дефеката и измельченный до фракции помола цемента, характеризовался прочностью образцов 1,5-1,8 МПа.

Изучение влияния добавок глины показало, что ее оптимальное количество в шихте составляет 9-14 %.

Оптимальное содержание шлака (8-12 %) установлено по совместному влиянию шлака и глины на показатели максимальной прочности. Добавки шлака и глины позволили повысить прочность минерального вяжущего до 20 МПа.

Дополнительно проведенные исследования влияния содержания пиритных огарков на изменение прочности минерального вяжущего показали, что оптимальная добавка 3-5 % улучшает водоустойчивость нового вяжущего и при отсутствии шлака повышает прочность на 3-4МПа.

Изучение различных составов композиций из дефеката, глины, шлака, огарков позволило получить оптимальные составы, имеющие прочность при сжатии до 10-25 МПа.

Исследование зависимости прочности бетонов на минеральном вяжущем из дефеката от температуры обжига позволило установить оптимальную температуру обжига 1475-1525⁰С. Лучшими технологическими свойствами обладает состав с содержанием следующих компонентов: дефекат- 60-70 %; глина-8-12 %; шлак- 4-8 %; угольная (коксовая) пыль-7-10 %.

Состав, содержащий 70 % дефеката, является оптимальным, клинкер, получаемый из композиционного материала, имеет равномерную структуру и отвечает требованиям долговечности и эффективности. На основе данного состава из бросовых отходов сахарной промышленности разработана технологическая схема производства минеральных вяжущих веществ и осуществлено опытно-производственное внедрение выпуска легкобетонных блоков для нужд самих предприятий.

11. Безобжиговые стеновые материалы с использованием местного сырья

Саман-это искусственный стеновой материал, полученный путем формования из смеси глины, суглинков с органическими наполнителями (солома, торф, костра) и высушенный до влажности 4-6 %. Кирпич-сырец - искусственный материал из глины, суглинков с отощителями и высушенный до влажности 4-6 %.

Наиболее пригодными являются глины, в которых преобладают зерна величиной от 0,01 до 0,02 мм и содержащих Al₂O_3-9-12 %. Для получения доброкачественной продукции необходимо содержание Al₂O₃ не менее 9 % и не более 14 %. Если содержание окиси алюминия меньше 9 % (тощий суглинок), то кирпич и саман не будут обладать необходимой прочностью, если окиси алюминия содержится 14-25 %, то глины жирные и требуют отощителей, так как имеют высокую степень пластичности. Наиболее подходящими являются среднепластичные глины. Малопластиные глины дают небольшую прочность и требуют повышения пластичности, которую можно повысить следующими способами: вылеживанием замоченной глины в течение длительного времени, вымораживанием, добавлением высокопластичной глины и использованием пластификаторов.

Технология получения: заготовка глины и наполнителей замачивание глины шихтовка с наполнителем проминка глиныформование сырца сушка (естественная).

При строительстве во влажных местах саман после сушки рекомендуется окуривать-сушка дымом.

Грунтоблочные стены появились в 30-х годах 20 века. Для производства грунтоблоков пригодны глины, суглинки, лессы, супеси, чернозем при естественной влажности. Для оценки пригодности определяется связность, т.е. берется проба из свежевырытого грунта с глубины 25-30 см.

Например, суглинки (г. Ступино) в которые вводилось 25 % по объему опилок имели в 7-и дневном возрасте прочность 35-45 кгс/см², из грунтов Мытищинского карьера при введении 80 % опилок, блоки имели прочность 40-70 кгс/см². Прочность грунтоблоков зависит от влажности грунта, от наличия глинистых и вылеватых частиц, степени уплотнения, количества воды и вида заполнителя. Карьерная влажность обычно составляет 12-18 %, если влажность меньше 12 %, то грунт плохо формуется, если больше 18 %, то грунт прилипает к инструменту. Грунтоблоки выпускают размером 40х 19,5х14см. Кладка осуществляется на густом глиняном растворе. Из грунтоблоков со средней плотностью 1300-1600 кг/м³ изготавливают стены толщиной 45 см, а с плотностью 1600-2000 кг/м³ толщиной 55 см. Стены из грунтоблоков оштукатуриваются теплыми глиняными растворами с содержанием утепляющих органических заполнителей.

Изготавливают также грунтоблоки с утеплителями. К ним относят саманные блоки, получаемые из грунтовой массы с добавлением к ней резаной соломы, древесных опилок, торфяной крошки, которые являются утепляющими добавками, снижающими плотность и делающими их более стойкими. Из грунтов Мытищинского карьера Московской области, содержащих 16-18 % глинистых частиц при введении древесных опилок более 50 % получали грунтоблоки с прочностью на сжатие 70кгс/см ², влажность органических заполнителей должна быть 30 %, а грунтовочной смеси 15-20 %.

Для предохранения глиносырцовых и саманных блоков от потери прочности при увлажнении в состав шихты вводятся стабилизаторы (чаще всего органические вяжущие материалы или известь). Стабилизаторы препятствуют проникновению воды в поры грунта, из которого изготовлен блок и предотвращают возможность набухания блока. Одной извести для стабилизации грунтоблоков достаточно ввести около 5 % от общего веса грунтовочной смеси.

Известково-глиняные блоки более прочны, водостойки и морозостойки, чем грунтоблоки со стабилизаторами. Обычный состав смеси по объему: 1 часть извести, 1 часть глины средней пластичности и 4 части минерального заполнителя. В составы рекомендуется также вводить органические вяжущие (битумы, дегти или смолы).

Грунтоцементные блоки - это блоки из смеси естественных глинистых грунтов с небольшим количеством цемента. Такие блоки прочны, водостойки и морозостойки. Лучшими для изготовления грунтоцементных блоков являются смеси, содержащие по массе 15-30 % глинистых частиц; цемента добавляют 7-12 % от массы сухого грунта. Грунтоцементные блоки имеют марки 35, 50 и выше. Со временем их прочность возрастает и через 2 года увеличивается в 2-3 раза. Для уменьшения массы блоков и снижения расхода цемента в грунтовочные смеси можно добавлять утеплители: минеральные до 15 %, органические до 5 %. Грунтоблоки можно использовать при строительстве зданий до трех этажей.

На основе золошлковых отходов ТЭЦ-2 г. Улан-Удэ получен безобжиговый кирпич с добавлением портландцемента, отвечающий нормативным требованиям, предъявляемым к стеновым материалам.

Для производства безобжиговых стеновых материалов могут использоваться следующие вяжущие материалы: портландцемент, известково-кремнеземистые вяжущие, магнезиальные вяжущие, гипсовые и фосфогипсовые вяжущие, шлакопортландцемент, а в качестве заполнителей -малопластичные глины, пески, доломиты, известняки, шлаки, золы, пенополистирол, опилки, вспученный перлит и т.д.).

Наиболее перспективными способами формования являются полусухое прессование, вибропрессование и гиперпрессование, а способами твердения - естественное и естественное в условиях, исключающих испарение влаги, т. е. под пленкой.

Безобжиговый кирпич находит все более широкое применение в практике строительства, являясь конкурентоспособным материалом на рынке строительных материалов.

Список рекомендуемой литературы

1. Баженов П.И. Комплексное использование минерального сырья при производстве строительных материалов. Л. -М., 1983.

2. Гладких К.В. Шлаки - не отходы, а ценное сырье. - М.: Стройиздат, 1986.

3. Глуховский В.О. Шлакощелочные бетоны на мелкозернистых заполнителях. Киев, Вища школа, 1991.

4. Гольдштейн Л.Я., Штейерт Н.П. Использование топливных зол и шлаков при производстве цемента. Л., Стройиздат, 1987.

5. Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды. //Научн.-техн. реферат. сб. - Вып. 12. - М., 1996.

6. Майборода В.Ф Применение вулканических шлаков в строительстве. -М.: Стройиздат, 1988.

7. Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов. Л.: Стройиздат, 1982.

8. Спивак Н.Я. Легкий бетон. - М.: Стройиздат, 1990.

9. Чистяков Б.З. Использование отходов промышленности в строительстве, Л.: 1987.

Размещено на Allbest.ru