13/06/2017

Строительные материалы из золошлаковых отходов

Рациональное использование техногенных ресурсов
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Нам пора прибраться в России
призвал спецпредставитель президента России по природоохранной деятельности, экологии и транспорту Сергей Иванов.
ИХТЦ предлагает несколько готовых к внедрению технологий производства строительных материалов, которые не просто дешевле, но в разы лучше по своим эксплуатационным характеристикам существующих аналогов. В качестве сырья используются промышленные отходы, обладающие отрицательной стоимостью и наличием в сотни тысяч и миллионы тонн.
Переработка промышленных отходов во что-то полезное и востребованное рынком – тема неисчерпаемая. Внятных статей по ней немного. Тяжело отделить идеологию и популизм от конкретных вещей: вот технология, вот сырье, вот расчет стоимости производства, вот прибыль.

Как практиков, нас, прежде всего, интересует экономика подобных проектов. В портфеле Инжинирингового центра есть несколько готовых к промышленной реализации технологий по переработке золошлаковых отходов, отходов обогащения угля, металлургических шлаков в исходное сырье для востребованных на рынке строительных материалов.
Кому и зачем нужны технологии переработки промышленных отходов
Для промышленных предприятий резон очевиден (подробнее – читайте здесь): можно получить дополнительную доход, организовав линию по переработке отходов, сэкономить на их захоронении. В некоторых случаях речь может идти и о государственных субсидиях и политических дивидендах: мы печемся об экологии, готовы принять посильное поощрение за наши труды.

Нужно понимать, что «в норме» полигон для отходов должен отвечать санитарным и строительным нормам, быть оборудован специальными установками для захоронения, покрытием, фильтрами и удобными подъездами. Он привязан к системе мониторинга окружающей среды. Все это создает серьезную финансовую нагрузку на предприятие. При этом в качестве «отходов» компании горно-металлургической отрасли, тепловой энергетики и другие фактически выбрасывают ценное техногенное сырье, из которого можно изготавливать высококачественные и недорогие стройматериалы.

Нередко у промышленников просто нет достаточно свободных средств, организационных ресурсов, чтобы запустить линию по переработке, или нет банально желания ввязываться в подобную историю.

Перспективным направлением утилизация отходов является для компаний, связанных со строительным рынком. Промышленных отходов много, качественные и дешевые стройматериалы (бетон, цемент, кирпич) востребованы всегда.

В России ежегодный прирост шлаковых отложений составляет миллионы тонн в год (ТЭЦ, ТЭС, угольное обогащение, черная и цветная металлургия). Потенциальная прибыль измеряется сотнями миллионов рублей.

Развитые страны пошли по пути использования в качестве минерального сырья не природных, а техногенных материалов и изготовления из них принципиально новых видов высококачественной продукции. Например, из Польши сегодня экспортируют металлургические шлаки в Швецию и Данию. В этих странах из них изготавливают дорожные и строительные материалы.

Химический и минералогический состав крупнотоннажных отходов металлургической, теплоэнергетической, горнодобывающей и других отраслей прекрасно подходит для производства строительных материалов. Их отличительной особенностью является способность к химической активации веществами, которые в свою очередь также могут быть отходами производств.

Опираясь на результаты известных работ по использованию промышленных отходов в производстве строительных материалов, и внеся свои оригинальные подходы в области химической и механохимической активации этих отходов, наша компания разработала новые технологии производства высокомарочных строительных материалов.
Схема применения промышленных отходов в производстве строительных материалов
Переработка ЗШМ в аглопорит
Почти вся энергетика в Сибири и на Дальнем Востоке держится на угле. Если сухую золу уноса ТЭЦ могут сбывать как готовый наполнитель или сырье для шлакоцемента, то золошлаковые отходы гидроудаления никому почему-то не интересны. В конечных отходах сжигания угля их 90%.

В одной из статей мы детально разбирали основные проблемы переработки ЗШО, примеры реализации подобных проектов у нас и за рубежом, рассказывали об ошибках расчетов в этих проектах, где и как можно применять золу с очевидной выгодой.
Что мы можем предложить на сегодняшний день:
1
Готовая технология переработки золошлаковых материалов в аглопорит. Алгоритм работы с ЗШО гидроудаления можно описать следующим образом: сушка, дробление, смешение с пластическими добавками. В качестве такой добавки может выступать глина. При организации производство нужно учитывать логистику, то есть наличие глины в достаточном количестве в регионе. Пластичную массу экструдируют, получаемые жгуты режут на гранулы, которые в свою очередь сушат и обжигают. На выходе получается искусственный щебень в виде кубиков (или цилиндров) — аглопорит.
2
Под проект подготовлено технико-экономическое обоснование с полным расчетом экономики, мощностей, производительности и стоимости оборудования для производства объемом 100 тыс. м3 в год. Технология полностью готова к внедрению, можно заказать опытные образцы.
Как использовать аглопорит
Аглопорит по сути — инертный искусственный пористый заполнитель, идеально подходящий для создания легких бетонов. В сравнении с широко используемым керамзитом, он прочнее и дешевле. К тому же вспучивающиеся глины, идущие на производство керамзита, есть не везде. Аглопорит можно делать в виде гранул разных форм и размеров. В настоящее время в России и в странах СНГ на рынке строительных материалов искусственные пористые заполнители с такими высокими прочностными характеристиками и низкой ценой отсутствуют.
Золоемкость аглопорита доходит до 80%. Так как потребность в аглопорите составляет миллионы кубических метров, то и переработка ЗШО будет достигать миллионов тонн. А такие объемы потребления золошлаковых отходов уже реально закрывают основательную часть проблем по их утилизации.

Основой строительства является сборный железобетон, индустрия в последние годы идет по пути уменьшения его массы, теплопроводности. Аглопорит позволяет создавать модифицированные конструкционные бетоны, которые легче стандартных бетонов на 20−50%. Снижается теплоотдача зданий, повышается их уровень теплозащиты, паропроницаемости.
Наименование показателя
Единица измерения
Требования по ГОСТ 9757-90
Фактически полученные результаты
Соответствие ГОСТ 9757-90
Внешний вид
-
Гранулы
Гранулы в виде цилиндров или кубиков
Соответствует полностью
Фракционный состав
мм
5 - 20
10-15
Соответствует полностью
Насыпная плотность
кг/м3
400-900
675
Соответствует полностью
Марка по насыпной плотности
-
400-900
700
Соответствует полностью
Прочность при сжатии
(плотность 700 кг/см3)
МПа
Не менее 0.8
9
Соответствует полностью
Марка по прочности (в зависимости от плотности)
-
Не менее П100
Нет аналога
Соответствует полностью
Морозостойкость (ускоренным методом)
циклы
Не менее 3
Более 5
Соответствует полностью
Легкие бетоны дают экономическое преимущество в дорожном строительстве. Аглопорит на основе ЗШО можно закатывать в состав слоя основания, в цементобетон, в состав асфальтобетонной смеси для верхнего слоя дорожной одежды, в качестве минеральной составляющей в битумоминеральной смеси. Такие дороги не промерзают (низкая теплопроводность заполнителя), а значит, их не «вспучивает», они служат в разы дольше.
Переработка отходов углеобогащения в аглопорит
Искусственный заполнитель аглопорит можно получать из отходов углеобогащения. Это еще одна готовая к внедрению технология, для которой также имеется технико-технологическое обоснование и примеры реализации в реальном производстве.

При получении кокса и полукокса уголь отделяют от минеральной части, тяжелые фракции (шламы) оказываются внизу. Эти шламы можно отжимать на фильтр-прессах, удаляя лишнюю влагу, замет полученную массу формовать и получать гранулы.

При обжиге гранул получается аглопорит с теми же техническими характеристиками. Выгода в том, что исходная масса содержит до 50% угля, поэтому после зажигания смеси процесс сам генерирует тепло, достаточное для обогрева небольшого коттеджного поселка или технологических нужд предприятия. Экспериментальный запуск технологии на ОФ «Листвяжная» в Кузбассе дал хорошие результаты. Сейчас подобный проект готовится для Казахстана.
Переработка металлургических шлаков в безклинкерный цемент
В СССР высокомарочные вяжущие (цементы) из металлургических шлаков были получены в Киевском строительно-индустриальном институте в 1958 году. Работы проводились под руководством В.Д. Глуховского. На этом цементе был возведен космодром «Байконур», из него же изготавливались гроты для подводных лодок (материал сульфатостойкий, отлично «держит» морскую воду). За рубежом первый патент на высокомарочный цемент (геополимерный цемент) из металлургических шлаков появился в 1976 году.
На основе этого цемента можно получать дешевые безклинкерные шлакощелочные бетоны высокой прочности. В нашей стране технологии изготовления шлакощелочного бетона были основательно подзабыты. В Европе его продолжают производить десятками миллионов тонн в год. По данным на 2012 год, в континентальной Европе его было произведено 17,7 млн. тонн. В Великобритании – 2,5 млн. тонн. В процентном соотношении производство ШЩБ от объема выпуска всех видов бетона составляет:
Нидерланды – 54%
Италия – 27%
Бельгия – 25%
Германия – 24%

Преимущества ШЩБ

Из безклинкерных цементов получаются бетоны с очень высокой прочностью. Возможно делать цемент марки 1000, 1500 и 2000. Портландцемент в принципе на это не способен.

У ШЩБ намного меньше капиллярных пор, чем у бетона, изготовленного на портландцементе. Это значительно уменьшает водопоглощение и увеличивает морозостойкость бетона, улучшая эксплуатационные свойства бетонных конструкций. Коррозия арматуры в ШЩБ в разы меньше, чем в портландцементных бетонах.

ШЩБ незаменим при изготовлении массивных бетонных конструкций. При бетонировании этих конструкций на портландцементах возникает следующая проблема: бетон при твердении выделяет тепло (экзотермия) — чем больше массив, тем выше температура (она может достигать 80°С). Дальше идет процесс остывания конструкции и при резком охлаждении могут образовываться деформационные трещины. В случае применения ШЩБ образование трещин исключается.

Основные достоинства шлакощелочного бетона:

1
высокая прочность на сжатие (до 130 МПа)
2
при равной прочности на сжатие у ШЩБ в 1.5-1.7 раза выше прочность на изгиб. Это особенно важно для дорожного покрытия, которое в большей степени работает на изгиб
3
низкая теплота гидратации
4
набор прочности за первые сутки может достигать до 30%
5
водонепроницаемость и стойкость к морской воде
6
химическая устойчивость: высокое сопротивление хлоридам, сульфатам и кислотам
7
морозостойкость до 1000 циклов и более
8
высокая жаропрочность (до 1400°С, в отличие от обычного бетона - 300-400°С)
9
увеличение срока эксплуатации конструкций
10
уменьшение себестоимости конструкций
Что есть на сегодняшний день:
Полностью готовая к запуску технология производства безклинкерного цемента из доменных шлаков металлургических комбинатов. Она даже несколько проще, чем технология портландцемента. После помола клинкер, гипс и добавки обжигают при температуре 1400-1500 градусов, металлургический шлак уже прошел эту температуру.
Под проект имеется технико-экономическое обоснование. На заводе ООО «ЗЖБИ-Комплекс» в Новосибирске из цемента на основе доменных шлаков были изготовлены промышленные ж/б изделия (лотки марки Л5-8/2, используемые для подземной прокладки коммуникаций). Они успешно прошли испытания на прочность в лицензированном строительно-экспертном бюро (ООО «СЭБ»). При расходе шлакощелочного вяжущего, равного расчетному количеству портландцемента М400, при превышении разрушающей нагрузки в 1,7 раза, лотки остались целыми без образования трещин.
Конкуренция на строительном рынке с каждым годом все жестче. Если речь идет о традиционном цементе, сэкономить на нем невозможно. Безклинкерный цемент получается более высокого качества по цене ниже обычного. В дорожном строительстве такой цемент в разы повышает прочность и надежность дородных покрытий. Да, стоимость бетона при укладке в 1,5-2 раза выше, чем у асфальтобетона, но срок эксплуатации таких дорог составляет до 40 лет. То есть через 8 лет (срок службы нормального асфальтобетона), затраты уравниваются и по бетону идет серьезная экономия.

Мы рассказали о трех основных технологиях переработки промышленных отходов в продукты, востребованные сегодня на рынке. Вариантов использования золошлаковых отходов, доменных шлаков, отходов углеобогащения гораздо больше.

Например, также разработаны технологии получения зольного кирпича из отходов ТЭС. По сравнению с керамическим и силикатным кирпичом, зольный кирпич имеет ниже теплопроводность и себестоимость.

Особый интерес представляет зольный кирпич с пустотами. Он легкий, с низкой теплопроводностью, прочный. Если его сравнить с популярным ячеистым бетоном, то при меньшей плотности бетона в 1,4 – 2 раза, прочность кирпича выше в 5-8 раз.

Разработана уникальная технология производства глазурованного кирпича. При его производстве используются недорогие легкоплавкие глазури, спекающиеся при низких температурах, и печи с терморадиационным нагревом, позволяющие в разы сократить время обжига.

Все эти технологии готовы к внедрению. Под конкретный проект мы разрабатываем техническое задание на проектирование, технологические схемы, выдаем исходные данные на производство.
Если материал оказался для вас полезным - поддержите проект и поделитесь записью!
Другие материалы:
Два раза в неделю мы публикуем интересные новости о реальном секторе экономике и отвечаем на вопросы, возникающие у производственников. Подпишитесь и первым узнавайте об обновлениях:
Еще новости
Made on
Tilda