Использование техногенного сырья для производства гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ

Использование техногенного сырья для производства гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ

С.А. Погорелов, канд. техн. наук, доцент,

Приводится пример использования техногенного сырья для производства гипсовых и гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ. Техногенным сырьем служат попутные продукты промышленности – витаминный гипс, цитрогипс, керамзитовая пыль и зола ТЭС. Вопрос рассматривается как с производственно-технологической точки зрения, так и с экологической.

Последние годы уходящего столетия явились периодом интенсивного мирового потребления природных недр и энергии. Вступление человечества в третье тысячелетие сопровождается его деятельностью по масштабам, соизмеримым с геологическими процессами в природе. Ежегодно перерабатывается около 4, 5 млрд т различных полезных ископаемых. В качестве отходов при этом образуется огромное количество различных техногенных продуктов, которые пока мало применяются в народном хозяйстве. И поэтому в настоящее время крайне актуальна проблема комплексного использования как природных, так и техногенных минерально-сырьевых ресурсов [1].

Техногенное сырье, по сравнению с природным, традиционным – более энергонасыщено, так как при получении основного продукта оно получает часть энергоносителя. Использование такого сырья может привести к снижению энергоемкости производства строительных материалов. Однако, иногда имеются сложности с использованием техногенных продуктов в других отраслях, в частности промышленности строительных материалов, т. е. необходима небольшая дополнительная доработка этих продуктов до требований, предъявляемых к сырьевым материалам. Это происходит зачастую потому, что предприятия нарушают технологический регламент производства основной продукции, в результате чего получаемое техногенное сырье значительно отличается и по составу, и по свойствам. Когда технологическим регламентом не предусмотрено получение техногенного сырья с определенными свойствами, необходимо целевое изменение технологического процесса производства на одном из этапов с целью получения сырья с необходимыми свойствами, пригодного для использования при производстве строительных материалов. Таким образом, в химической, металлургической, горнорудной и других отраслях народного хозяйства, где образуется большое количество техногенных отходов, при необходимости меняется технологический процесс основного производства и получаются не отходы, а сырье или полуфабрикаты для других отраслей промышленности, в частности, для производства строительных материалов.

Примером рационального комплексного использования техногенного сырья могут служить работы, выполняемые на кафедре строительного материаловедения, изделий и конструкций Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова [2–4].

Известно, что гипсовые вяжущие вещества и изделия на их основе относятся к эффективным строительным материалам и отличаются высокими технико-экономическими показателями производства и применения в строительстве, а гипсовые изделия к тому же не требуют ускорения твердения при их изготовлении.

Однако Белгородская область не располагает сырьем для производства этих вяжущих веществ. При этом в регионе работают предприятия, в результате деятельности которых образуется техногенное гипсовое сырье – витаминный гипс и цитрогипс. Причем образование витаминного гипса основано на утилизации двух видов отходов. Так, при производстве ароматических углеводородов, в качестве катализатора, используется концентрированная серная кислота, которая затем выбрасывается на поля естественной фильтрации в виде сернокислых стоков с содержанием 16…20% кислоты. На этом же предприятии при получении ацетилена из карбида кальция образуется так называемый карбидный ил, представленный на 60…65% гидроксидом кальция. Карбидный ил параллельно с сернокислотными стоками также выбрасывается в виде отходов производства на поля естественной фильтрации. Для нейтрализации сернокислотных стоков карбидным илом была построена специальная установка – станция нейтрализации. В результате получены гипсосодержащие отходы (техногенный витаминный гипс) в виде шлама по своему составу на 95…98% представленные двуводным сульфатом кальция – гипсом.

Петрографические исследования и применение РЭМ показали, что порошок витаминного гипса состоит из мелких, тонких пластинчатых кристаллов двугидрата сульфата кальция размером 5…15 мм и агрегатов размером 50…120 мкм. Микроструктура порошка витаминного гипса показана на рис. 1. На фоне отдельных таблитчатых кристаллов отчетливо видны и их агрегаты.

Полученный продукт, однако, содержит примеси, ограничивающие его применение. С целью получения качественного сырья были проведены исследования по очистке витаминного гипса от органических примесей.

Цитрогипс образуется как побочный продукт работы предприятия по производству лимонной кислоты. Он также в виде шлама выбрасывается на поля естественной фильтрации в черте города. Общее количество выбрасываемого техногенного гипса, при переработке его на вяжущие вещества, достаточно для удовлетворения региона в этом виде вяжущих и может исключить завоз их из других областей России.

Нами были проведены исследования по получению гипсовых вяжущих веществ из техногенного гипса [5]. Дегидратацию производили «сухим» способом – обжигом и «мокрым» – автоклавированием. Характеристика гипсовых вяжущих веществ, полученных из техногенного гипса, приведены в таблице.

Известно, что существенным недостатком гипсовых изделий является их низкая водостойкость. При этом эффективным способом повышения коэффициента размягчения этих изделий является смешивание гипсового вяжущего с портландцементом и активными минеральными добавками. Таковыми добавками могут служить также отходы промышленных производств. Нами были проведены исследования по применению в качестве активных минеральных добавок керамзитовой пыли и золы ТЭС. Керамзитовая пыль представляет тонкодисперсный продукт отсева при производстве керамзитового гравия. Зола является продуктом сжигания топлива на тепловой электростанции. В результате исследований были получены положительные результаты по применению керамзитовой пыли и золы в качестве активных минеральных добавок в смешанных вяжущих веществах повышенной водостойкости. При этом решались как технологические, так и экологические задачи. Так, использование керамзитовой пыли и золы ТЭС в составе гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ (КЦПВ) позволило повысить водостойкость изделий на их основе с 0, 35…0, 38 до 0, 46…0, 51, а также рекомендовать эти отходы в качестве техногенного сырья.

Принципиальная технологическая схема использования отходов промышленности для получения гипсоцементно-пуццолановых вяжущих веществ приведена на рис. 2.

Подводя итог можно сделать вывод, что выполненная работа является примером рационального подхода к вопросу комплексного использования техногенного сырья, являющегося отходом производства трех работающих рядом предприятий. Такой подход позволяет решать, наряду с производственно-экономическими проблемами и не менее актуальные задачи – экологические.

Список литературы

1. Боженов П.И. Комплексное использование минерального сырья и экология: Уч. пособие. – М.: Изд-во АСВ, 1994. 264 с.

2. Погорелов С.А. Получение гипсовых вяжущих из гипсосодержащих отходов витаминного производства // Химия и химическая технология в освоении природных ресурсов Кольского полуострова: Тезисы докладов научно-технической конференции в ИХТРЭМС Кольского научного центра РАН. Апатиты, 1998. С. 125.

3. Погорелов С.А. К вопросу использования техногенного гипсового сырья // Проблемы выживания и экологические механизмы хозяйствования в регионе Прикамья: Материалы симпозиума. – Набережные Челны: Изд-во КамПИ, 2002. С. 15–17.

4. Лесовик В.С. Гипсовые вяжущие материалы и изделия / В.С. Лесовик, С.А. Погорелов, В.В. Строкова: Учебное пособие. – Белгород: Изд-во БелГТАСМ, 2000. 224 с.

5. Погорелов С.А. Ячеистые бетоны на основе отходов витаминного производства: Автореф. дисс … канд. техн. наук. – М., 1998. 22 с.