Глава 1 Сведения о техногенных продуктах
По составу техногенные продукты делятся на органические, органоминеральные и минеральные. В настоящем разделе рассматривается классификация минеральных техногенных продуктов.
1.1 Классификация вторичных сырьевых ресурсов
В связи с большим разнообразием минерального сырья и топлива, используемых промышленностью, а также весьма широкой номенклатурой продукции, производимой по различным технологиям, виды вторичного техногенного сырья столь разнообразны, что его классификацию можно представить с различных позиций. С позиций тщательной оценки качества вторичного сырья, технологических подходов к его подготовке и переработке целесообразно рассматривать промышленные отходы по отраслевому признаку.
Отходы металлургического комплекса. Металлургия является одним из основных «поставщиков» техногенного сырья для промышленности строительных материалов.
Техногенные продукты металлургического комплекса следует разделять на отходы черной и цветной металлургии, а также шламы гидрометаллургии [2]. Разновидности их представлены на рисунке 1.1. Особенность ее многотоннажных отходов заключается в том, что техногенное сырье уже прошло высокотемпературную обработку, кристаллические структуры в отходах сформированы, и они не содержат органических примесей.
Шлаки доменного производства многообразны и отличаются по имеющимся в них примесям, представляя собой в основном силикаты кальция. В металлургической промышленности ежегодный выход шлаков составляет более 80 млн. т. В отвалах накоплено более 200 млн. т и каждый год сливается около 15 млн. т расплава доменных шлаков, остальная часть их гранулируется. Основной потребитель шлаков – цементная промышленность, использующая ежегодно 23…25 млн. т гранулированного продукта. Доменный шлак и другие разновидности его применяются при изготовлении быстротвердеющего шлакопортландцемента, обладающего повышенной антикоррозионной стойкостью, прочностью. Известно широкое вовлечение шлаков в производство гипсошлаковых блоков для одноэтажного строительства, шлаковой пемзы, шлаковаты и шлакоситаллов [3].
Большая проблема возникает с утилизацией шлаков сталеплавильных производств и ферросплавов из-за их высокой основности и склонности к распаду (рассыпанию). Например, на Актюбинском комбинате ферросплавов направляется в отвалы около 360 тыс. т шлаков в год, из них 210 тыс. т отходов производства рафинированного феррохрома, представляющие собой пылевидные, саморассыпающиеся материалы. Их используют в
Рисунок 1.1 – Отходы металлургического комплекса
качестве минерального порошка – заполнителя битумных замазок, мастик, асфальтобетона и силикатных автоклавных изделий [2].
В качестве добавок в сырьевые смеси при производстве керамических изделий применяют такие попутные продукты промышленности, как шлаки медеплавильных и металлургических заводов, отходы электродного производства, различные по составу флюсы, содержащие фториды натрия и алюминия, колошниковую пыль, фосфорный шлак. Установлено, что введение этих добавок, большинство которых являются флюсами, улучшающими спекание керамического черепка, обеспечивает повышение прочности и морозостойкости, снижает расход сырья. Внедрение в качестве флюсующей добавки фосфорного шлака на Агренском кирпичном заводе позволило снизить расход сырья на 20 %, топлива на 10 %, повысить прочность кирпича на две марки [3]. Использование колошниковой пыли на Златоустовском заводе строительных материалов привело к снижению расхода топлива на 20 %, повышению прочности изделий на 2 марки [3].
Отходы энергетического комплекса. Энергетический комплекс, дает разнообразные отходы (рисунок 1.2), ценность которых при изготовлении различных строительных материалов значительна. Ежегодный объем только отходов углеобогащения составляет 50 млн. т [2].
Рисунок
1.2 – Энергетический комплекс
Зола-унос – тонкодисперсное вещество с малым размером частиц, что позволяет использовать ее без помола. Характерной особенностью золы является присутствие в ней около 4-6 % несгоревшего топлива. При организации производства по отбору золы-унос ее называют зола сухого отбора. В гидроотвалах сосредотачивается золошлаковая смесь.
Шлаки ТЭЦ характеризуются почти полным выгоранием углерода топлива и присутствием оксида железа в закисной форме. Шлак состоит из зерен угловатой формы и представляет мелкопористое частично закристаллизованное ферроалюмосиликатное стекло. По прочности, морозостойкости, стойкости против железистого распада и другим свойствам он удовлетворяет основным требованиям, предъявляемым к заполнителям для бетона [5]. Дисперсность зол антрацитовых углей выше, чем буро- и каменноугольные, в них преобладает фракция менее 50 мкм. Они образуются при температуре 1500-18000 С, более высокой, чем буро- и каменноугольные, содержат 60-80 % остеклованных частиц и повышенное количество оксидов кальция в стадии пережега. Однако количество несгоревшего топлива в этих золах достигает 30 %, что в 2-6 раз выше нормативных требований к золам для производства силикатных строительных материалов, осложнения в их применении вызывает малоактивный пережег СаО. Они требуют предварительной механической обработки для избежания явления образования «дутиков» в готовых изделиях.
Направления использования зол и шлаков ТЭЦ в промышленности строительных материалов многообразны. На предприятиях автоклавных строительных материалов, в частности, заводах силикатного кирпича, перспективно применение золы-уноса. Это обусловлено тем, что в производстве автоклавных материалов сырье вторичного происхождения можно использовать в естественном состоянии или после несложной обработки: сушки, помола, дробления, автоклавирования. Использование зол и шлаков ТЭЦ дает возможность производить бетонные, керамические, золо- и шлакоситалловые эффективные строительные материалы с улучшенными техническими свойствами [1,2,3].
Классификация техногенного сырья по агрегатному состоянию. Позволяет оценить отходы промышленности с позиций дальнейшего его использования, то есть определяется в момент выделения промотхода из основного технологического процесса [6].
Класс А – продукты, не утратившие природные свойства, подразделяются на две группы: карьерные остатки при добыче горных пород (твердые) и хвосты обогащения руд (твердые и суспензионные).
Класс Б – искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов, подразделяют на три группы:
продукты, образовавшиеся при температуре ниже температуры спекания и представляющие в основном силикатные системы неопределенного фазового состава; содержат остатки исходного сырья и значительные количества свободных СаО, MgO, SiO2. В зависимости от валового химического состава в них могут присутствовать силикаты, алюминаты, ферриты кальция и др.;
продукты, образовавшиеся при высоких температурах с полным или частичным расплавлением масс. В зависимости от режима охлаждения и состава вторичное сырье может представлять собой кристаллические, стеклообразные или смешанные продукты;
продукты, образовавшиеся из растворов, состоят, как правило, из солей нерастворимых комплексов и органических соединений.
Класс В – продукты, образовавшиеся в результате длительного хранения в отвалах, шламонакопителях или прудах-отстойниках, например, продукты распада, или горелые породы – продукты самопроизвольного обжига.