И ОТХОДОВ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СИЛИКАТНЫХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ

В Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1986-1990 гг. и на период до 2000 года поставлена задача "полнее использовать материалы попутной добычи, вторичное сырье, шлаки и другие отходы для производства строительных материалов”.

Производство силикатных автоклавных материалов является потенциальным потребителем практически всех твердых, крупнотоннажных промышленных отходов. Более того, многие промышленные отходы по своим качественным показателям, например химической активности, превосходят традиционное кремнеземистое сырье.

Е.Н. Леонтьевым предложено все отходы промышленности условно разделить на две группы: кислые и основные. Отходы первой группы рекомендуется использовать в качестве кремнеземистого сырья в виду их невысокой активности; вторые, обладающие относительно высокой гидравлической активностью, целесообразно использовать как компонент вяжущего или как самостоятельное вяжущее для изготовления автоклавных и неавтоклавных материалов.

Эффективность использования промышленных отходов обусловлена также высокой долей затрат на сырье

(30 -- 40%) в структуре себестоимости силикатных ячеистых материалов.

В частности, замена цемента в газобетоне другими вяжущими позволяет снизить стоимость сырьевых материалов на 8 — 10% при использовании смешанного известково-цементного вяжущего; на 25% — для известково-шлакового и до 80% при использовании сланцезольного.

По данным Министерства финансов СССР, реальный экономический эффект от использования при производстве строительных материалов различных промышленных отходов составляет ежегодно более I млрд. руб. Одновременно при этом достигается значительная

экономия капитальных вложений на развитие материально-технической базы и обеспечивается ежегодная экономия около 3 млн.

Однако, несмотря на высокую технико-экономическую эффективность, объем применяемых при изготовлении ячеистых бетонов отходов в настоящее время значительно ниже возможного. Связано это с целым рядом организационных и технологических трудностей.

Основные технологические трудности обусловлены непостоянством химико-минералогического состава и отсутствием надежных рекомендаций по оперативной корректировке состава сырьевых смесей в зависимости от характеристик поступающего сырья — отходов.

Например, Ступинский завод ячеистых бетонов при Мособлисполкоме, выпускавший с 1960 г. изделия из ячеистого бетона на основе зол Ступинской ТЭС, применял ежегодно более 70 тыс. т золы при производстве 160 тыс. м3 стеновых панелей, мелких блоков и теплоизоляционного ячеистого бетона. Однако из-за нестабильности золы по химическому составу, основности, содержанию несгоревшего топлива и активности, связанных с использованием теплоагрегатами электростанций углей различных месторождений, вынужден был переориентировать свое производство на применение природного кремнеземистого сырья.

С учетом изложенного несомненным успехом является разработанная под руководством П.И. Боженова методика расчета состава цементирующей связки автоклавных материалов по коэффициенту основности. Коэффициент основности позволяет оценить химическую активность сырья, рассчитать основность силикатов и с достаточной степенью точности определить содержание в сырье или синтезируемом при автоклавной обработке силикатном камне алюминатов, ферритов и сульфатов кальция:

КОСН =

(CaO + 0,93MgO + 0,6R2 О) - (0,5 5 Al2 O3 +0,35 Fe2 O3 + 0,7 SO3)

______

На основе значений коэффициента основности П.И. Боженов предлагает следующую классификацию вторичных продуктов и отходов промышленности: Koch менее О — ультракислые; Koch от 0 до 0,8 — кислые (вяжущими свойствами не обладают, пригодны в качестве заполнителей и кислого компонента сырьевой смеси); Koch от 0,8 до 1,2 — нейтральные (вяжущие свойства выражены слабо, пригодны для автоклавной технологии, возможно использование в качестве заполнителей); Koch от 1,2 до 3 - основные (обладают вяжущими свойствами, пригодны в качестве основного компонента сырьевой смеси в производстве автоклавных материалов); Koch более 3 — ультраосновные (известь и ее аналоги).

Применение коэффициента основности в качестве обобщенной химической характеристики сырья открывает возможности расчета состава сырьевой смеси при использовании одного или нескольких видов отходов различного химического состава, а также для предварительной оценки техногенного сырья на предмет пригодности для изготовления силикатных автоклавных материалов.

В частности, показана [21] целесообразность сочетания техногенного сырья с Koch^-I и Koch-,!, позволяющего в условиях автоклавной обработки синтезировать высокопрочный силикатный камень. Для интенсификации гидролитической деструкции стеклофазы техногенных отходов и ускорения процессов силикатообразо- вания рекомендуется применение в небольших количествах (0,75 — 3%) добавок щелочного характера — активаторов твердения [21].

Применительно к производству силикатных автоклавных материалов, в том числе и ячеистых, основное внимание должно быть сосредоточено на вовлечении в производство крупнотоннажных золошлаковых отходов тепловых электростанций, объем которых составляет около 80 млн. т, а также доменных шлаков и шлаков цветной металлургии, общий объем которых превышает 90 млн. т.

При этом, основное внимание, как нам представляется, необходимо сосредоточить на применении в качестве основного кремнеземистого сырья зол-уноса ТЭС. Объясняется это экономической предпочтительностью использования доменных гранулированных шлаков и шлаков цветной металлургии в производстве цементов, а также бесцементных, высокоэффективных шлакощелочных вяжущих и строительных материалов на их основе, разработанных в Советском Союзе под руководством В.Д. Глуховского.

Применение гранулированных шлаков более предпочтительно в качестве лигирующих добавок в известково-цементных вяжущих для снижения расхода последнего. Это в частности подтверждает положительный опыт Ворошиловградского производства № I, ПО ’’Ворошиловграджелезобетон”, Ижевского и Барнаульского заводов ячеистых бетонов, Финского акционерного общества ’’Лохья”.

В Советском Союзе в настоящее время с применением зол ТЭС выпускается всего лишь около 11% всего объема ячеисто-бетонных изделий. При этом основной объем производства, около 7%, приходится на сланцезольный газобетон, выпускаемый на Нарвском и Ax- метском KCM (ЭССР) и Сланцевском комбинате ’’Стройдеталь”.

В то же время применение зол-уноса от сжигания каменного угля неоправданно низкое — около 4%.

В связи с этим широкого распространения заслуживает опыт Свердловского завода ЖБИ им. Ленинского комсомола, где в качестве кремнеземистого сырья успешно используют золу-уноса Верхне-Тагильской ГРЭС, а также Кураховского завода железобетонных конструкций треста ’’Донбассэнергостройиндуст- рия”, Каменск-Уральского ЗСК, Ангарского завода ЖБИ № 2 и Алмалыкского завода ЖБИ № 5. Составы используемых на этих заводах сырьевых композиций и номенклатура выпускаемых ячеисто-бетонных изделий подробно освещены в обзоре [21].

Примером успешного применения зол-уноса в качестве кремнеземистого сырья может служить организация при Рефтинской ГРЭС производства газозолобетонных стеновых блоков на заводе мощностью 100 тыс.м3 в год. При этом предусмотрено выпускать изделия средней плотностью 600 кг/м3, классом по прочности В и морозостойкостью более 35 циклов, что выше аналогичных показателей газозолобетонных изделий завода ЖБИ им. Ленинского комсомола.

Опыт целого ряда зарубежных стран и фирм убедительно показывает, что применение зол-уноса ТЭС в производстве ячеистых бетонов является одним из наиболее рациональных путей их утилизации.

Особого внимания в этом плане заслуживает опыт ПНР, в которой около 45% из всего объема выпускаемого ячеистого бетона (более 5 млн м3 в год) производится с использованием золы-уноса. В частности, на изготовление I м3 ячеистого бетона средней плотностью 600 кг/м3 расходуется всего 45 кг цемента и 80 кг негашеной извести, остальное зол а-унос ТЭС.

В строительстве ВНР все большее распространение начинают приобретать стеновые ячеисто-бетонные блоки, изготовляемые из композиций не основе золы и извести. На ряде заводов ФРГ на основе зол Гамбургской ТЭС, цемента и извести выпускаются ячеисто-бе- тонные стеновые блоки средней плотностью 400 — 600 кг/м3, прочностью на сжатие не менее 2,5 МПа и армированные конструкции из ячеистого бетона средней плотностью 800 кг/м3, прочностью до 10 МПа. Одним из основных требований, предъявляемым к золам, — потери при прокаливании не должны превышать 5% [21].

В ЧССР, являющейся крупнейшим производителем ячеистого бетона на душу населения, предприятия, выпускающие ячеистобетонные изделия, ориентированы на использование в качестве кремнеземистого компонента зол-уноса ТЭС. В табл. 23 приведены составы сырьевых композиций для производства силикатных ячеистых бетонов (газосиликата) с использованием зол-уноса ТЭС [I].

Зола-уноса размалывается совместно с 18 -- 23% (по массе) негашеной извести в трубчатой мельнице до

Таблица 23. Составы сырьевых композиций для изготовления ячеистых бетонов с использованием зол-уноса

Компоненты

Расход материалов (в кг/м3 бетона) для ячеистого бетона средней плотностью, кг/м3

удельной поверхности 200 — 240 м2/кг по Блейну [I].

He менее эффективным является использование в качестве кремнеземистого сырья дисперсных отходов флотационного обогащения руд черных и цветных металлов.

Исследованиями ВНИИжелезобетона в Воронежского ИСИ показана возможность использования в производстве автоклавных ячеистых бетонов в качестве кремнеземистого компонента ’’хвостов” (отходов) обогащения железных руд КМА. Высокодисперсные отходы обогащения железистых кварцитов в виде водной суспензии (пульпы) имеют дисперсность 120 — 250 м2/кг и содержат 65 -- 75% кремнезема.

В промышленных условиях изготовлены опытные партии ячеистого бетона средней плотностью 300 — 800 кг/м3, удовлетворяющих по своим строительно-эксплуатационным показателям требованиям нормативных документов.

Использование таких высокодисперсных кремнеземсодержащих отходов позволяет не только снизить затраты на содержание золоотвалов, но и существенно сократить энергозатраты на подготовку (помол) кремнеземистого сырья.

Что же касается малотоннажных отходов, таких, как производство ферросилиция, бой тарного и технического стекла, отходы глиноземного производства и другие, содержащие химически активный SiO2 то их наиболее целесообразно использовать в качестве добавок в сырьевые композиции, чт?gt; позволяет, как это уже отмечалось выше, улучшить строительно-эксплуа- тационные показатели ячеисто-бетонных изделий или уменьшить удельные энергозатраты за счет снижения температуры автоклавной обработки.

Нам представляется, что в условиях широкого внедрения нового механизма хозяйствования, нацеленного на повышение эффективности общественного производства, имеются реальные возможности для кооперации между производителями промышленных отходов и вторичных ресурсов и их потребителем. Для этого, как нам представляется, необходимо, во-первых, разработать и ввести в действие государственные стандарты на промышленные отходы и твердые закупочные цены на них. Во-вторых, повысить цены на землю, отчуждаемую под золоотвалы или другие промышленные отходы, а также штрафные санкции за ухудшение экологической обстановки в регионе. Для повышения заинтересованности предприятий в использовании промышленных отходов необходимо разработать и узаконить на государственном уровне такие мероприятия, которые обеспечивали бы повышенную рентабельность предприятий, использующих в качестве сырья промышленные отходы, попутные или вторичные продукты других производств.

Таким образом, широкое вовлечение в производство ячеистых бетонов вторичных продуктов и отходов промышленности позволяет расширить сырьевую базу, снизить суммарные энергозатраты на единицу продукции, сократить, а в отдельных случаях исключить из производства цемент, снизить себестоимость продукции и, что особенно важно, способствует эффективному решению вопросов охраны окружающей среды.