30.01.2003 09:23
Е. ЗАЙЦЕВА, доц., к.т.н.; Д. ЧЕРНИКОВ; П. СЕЛЕЗНЕВ, науч. сотр., МГСУ
Прогресс в строительстве невозможен без создания новых эффективных строительных материалов с использованием техногенных отходов промышленности, малоэнергоемких и экологически чистых производств. Промышленность строительных материалов √ одна из энерго- и ресурсоемких отраслей. Доля сырья в себестоимости продукции промышленности строительных материалов достигает 50% и более. Снижение затрат на производство материалов связано с широким вовлечением отходов других отраслей промышленности, что позволяет достичь существенной экономии природного сырья и улучшить экологическую обстановку в регионах накапливания техногенных отходов. Установлено, что использование промышленных отходов, многие из которых по своему составу и свойствам близки к природному сырью, позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах, на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с их производством из природного сырья.
Решение проблемы переработки отходов приобретает в последнее время первостепенное значение. Кроме того, в связи с грядущим постепенным истощением природных ресурсов (нефти, каменного угля, руд цветных и черных металлов) для всех отраслей народного хозяйства особое значение имеет полное использование всех видов промышленных и бытовых отходов. Многие развитые страны, в первую очередь Япония, США, Германия, прибалтийские государства, довольно успешно решают эти задачи.
Основными источниками многотоннажных отходов являются горно-обогатительная, металлургическая, химическая промышленность, промышленность строительных материалов, энергетический и агропромышленный комплексы, лесная, деревообрабатывающая, текстильная отрасли, бытовая деятельность человека.
Все отходы можно разделить на две группы: минеральные и органические. Первостепенное значение для производства строительных материалов имеют минеральные отходы √ их больше и они лучше изучены.
В зависимости от преобладающих химических соединений различают отходы силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинкосодержащие, щелочесодержащие и т.д. Далее возможна более подробная классификация. Силикатные отходы, к примеру, можно разделить в зависимости от процентного содержания кислых и щелочных оксидов на ультраосновные, основные, средние, кислые, ультракислые. Чем выше основность, тем выше гидравлическая активность отходов.
Большая часть минеральных отходов состоит преимущественно из силикатов и алюмосиликатов кальция и магния. Это объясняется тем, что 86,5% массы земной коры составляют природные силикаты.
Первое место по объему среди отходов черной металлургии занимают доменные, мартеновские, ферромарганцевые шлаки √ побочный продукт при выплавке чугуна из железных руд. Выход шлаков √ 0,4-0,65 т на 1 т чугуна. В производстве строительных материалов используется до 75% общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она перерабатывает миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция √ наиболее ранний и освоенный вид первоначальной переработки доменного шлака. Она заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность. Сталеплавильные шлаки применяются меньше из-за неоднородности и непостоянного химико-минералогического состава. Особую проблему представляет использование шлаков, ранее накопленных в отвалах. Шлаки черной металлургии идут в дело при производстве портландцемента (клинкера), шлакопортландцемента, смешанных бесцементных вяжущих, заполнителей для бетонов, шлаковой ваты, шлакоситаллов и т.д.
Наиболее перспективное направление использования шлаков цветной металлургии √ их комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов; выделение железа; использование силикатного остатка для производства строительных материалов. Шлаки медеплавильных печей, никелевого производства, свинцовой шахтной плавки, а также шламы √ боксидный, нефелиновый, каолиновый, бокситонефелиновый и др. незаменимы в производстве вяжущих автоклавного твердения, портландцементного клинкера, нефелинового цемента, материалов для укрепления грунтов, огнеупоров, теплоизоляционных материалов.
Шлаки и золы тепловых электростанций (ТЭС) √ минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, √ до 5 млн. т. Используются топливные шлаки и золы лишь на 3-4% от их ежегодного выхода при производстве многих строительных материалов и изделий √ вяжущих, пористого гравия, газобетона, силикатных изделий, добавок к керамике и т.п.
Вскрышные породы √ горно-рудные отходы, отходы добычи различных полезных ископаемых являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. По ориентировочным подсчетам, в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т таких отходов. Вскрышные и пустые породы, хвосты обогащения, флотационные хвосты используют при производстве портландцемента, воздушной извести, минеральной ваты, стекла, пигментов, керамического кирпича, заполнителей для бетонов и т.д.
Отходы угледобычи и углеобогащения, ежегодный выход по странам СНГ которых достигает 50 млн. т, применяются при производстве пористых заполнителей для бетонов, керамического кирпича, материалов для строительства дорог.
Гипсовые отходы химической промышленности, содержащие сульфат кальция в той или иной форме, √ фосфогипс, фторгипс, титаногипс, борогипс, сульфогипс √ позволяют частично заменить традиционное гипсовое сырье.
Отходы древесины и лесохимии √ кора, пни, вершины, ветви, сучья, горбыль, стружки, щепа, опилки, лигнин, скоп и т.д. √ ежегодно составляют около 500 млн. м3 , из них 160 млн. м3 остаются на лесосеках, 120 млн. м3 теряются при последующей деревообработке. Лишь 1/6 часть всех отходов перерабатывается для целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов. Из таких отходов производят арболит, фибролит, ДВП, ДСП, столярные плиты, опилкобетон, ксилолит, клееные изделия, щитовой паркет, дрань, лигноуглеводные древесные пластики, королит, блоки из сучков, плиты из цельной коры, выгорающие добавки, пластифицирующие добавки, отделочные материалы, кровельный картон и т.д.
Отходами промышленности строительных материалов являются цементная пыль, каменная пыль и крошка, кирпичный бой, бракованный и старый бетон и т.д. Отходы бетона и железобетона, кроме бетонного лома, содержат миллионы тонн металлов. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона. Отходы используют при производстве портландцемента, заполнителей для бетонов, минерального наполнителя, добавок, смешанных вяжущих веществ и т.д.
В промышленности строительных материалов применяются также пиритные огарки как корректирующая добавка в портландцемент и электротермофосфорные шлаки для производства ПЦ, ШПЦ, сульфатостойкого ШПЦ, литого щебня, шлаковой пемзы, стеновой керамики.
Кроме промышленных, существенный интерес для промышленности строительных материалов представляют бытовые отходы. Морфологический состав твердых бытовых отходов (ТБО) имеет следующий вид, вес. %:
бумага, картон √ 33-40;
пищевые отходы √ 26-32;
дерево, листья √ 1,5-5;
металл черный √ 2,5-3,6;
металл цветной √ 0,4-0,6;
кости √ 0,9-0,5;
кожа, резина √ 0,8-1,3;
текстиль √ 4,6-6,5;
стекло √ 2,7-4,3;
камни, керамика √ 0,7-1,0;
полимерные материалы √ 4,62-6,0;
отсев менее 16 мм √ 8,8-11,2.
Средний состав отечественного мусора имеет некоторые отличия от состава мусора других стран. В нем велико содержание строительного мусора (около 10%) и повышенная доля пищевых отходов. Встречается на городской свалке и промышленный мусор. В среднем состав отечественных ТБО слагается из следующих компонентов, мас.%:
n пищевые отходы √ 18;
n строительный мусор √ 10;
n бумага и картон √ 40;
n пластик, полимерная пленка √ 7;
n стекло √ 10;
n металлы √ 10;
n резина и кожа √ 3;
n прочее √ 2.
Ежегодно в Российской Федерации образуется около 7 млрд. т отходов, из которых используются лишь 2 млрд. т или 28,6%. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд. т только твердых отходов. Особую тревогу вызывает накопление в отвалах и на свалках токсичных, в том числе содержащих канцерогенные вещества отходов, общее количество которых достигло 1,6 млрд. т. Под полигоны и свалки ТБО ежегодно отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель, не считая площади земель, загрязняемых многочисленными несанкционированными свалками. Неиспользуемые отходы √ это миллиарды тонн выведенных из хозяйственного оборота безвозвратно теряемых материальных ресурсов, многими видами которых страна практически уже не располагает.
Приведенные цифры позволяют рассматривать ТБО как ценнейший источник сырья для производства строительных материалов и изделий. Современные технологии сбора и разделения ТБО уже позволяют использовать макулатуру, стекольный бой и отходы стекла, тряпье, изношенные шины для выпуска полезного продукта. При этом получают наполнитель для асфальтов, добавки при производстве стеновой керамики, стекло, пористые заполнители для бетонов, кровельный картон, изол, фольгоизол, различные теплоизоляционные материалы и т.д.
За рубежом вопросу сбора и переработки промышленных и бытовых отходов уделяется огромное внимание: проводятся научные изыскания, создаются новые технологии. Надо ли говорить, что Россия в этом вопросе отстает. В Московском государственном строительном университете на кафедре Технологии отделочных и изоляционных материалов разработаны технологии получения новых видов строительных материалов на основе отходов и вторичных ресурсов. Их внедрение позволит получить очень существенный экологический и экономический эффект. Остается лишь надеяться, что власти обратят внимание на поставленную проблему, иначе экологическая ситуация обострится до предела.
Новые тесты для старых строительных материалов
добавить ресурс
.gif){kind=small}
Переработка мусора:
ТБО и другие проблемы современности:
© Дизайн Студии РОМАрт, 2004.