Вторичное минеральное сырье и его значение для промышленности, для производства силикатных строительных материалов и изделий экологии

     Вторичное минеральное сырье и его значение для промышленности, для производства силикатных строительных материалов и изделий экологии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Содержание 

     1 Проблема промышленных отходов и основные направления ее решения.

     Характерной особенностью научно-технического процесса является увеличение объема общественного  производства. Бурное развитие производительных сил вызывает стремительное вовлечение в хозяйственный оборот все большего количества природных ресурсов. Степень их рационального использования остается, однако, в целом весьма низкой. Ежегодно человечество использует приблизительно 10 млрд. т. минеральных  и почти столько же органических сырьевых продуктов. Разработка большинства важнейших полезных ископаемых в мире идет быстрее, чем наращиваются их разведанные запасы. Около 70% затрат в промышленности приходится на сырье, материалы, топливо и энергию. В  то же время 10-99% исходного сырья превращаются в отходы, сбрасываемые в атмосферу и водоемы, загрязняющие землю. В угольной промышленности, например, ежегодно образуется примерно 1,3 млрд. т. вскрышных и шахтных пород и около 80 млн. т. отходов углеобогащения. Ежегодно выход шлаков черной металлургии составляет около 80 млн. т., цветной 2,5, зол и шлаков ТЭС 60-70 млн. т., древесных отходов около 40 млн. м³.

     Из  отраслей-потребителей промышленных отходов  наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, экономия капитальных вложений достигает 35..50%.

     2 Применение отходов металлургии, топливной промышленности и энергетики

     2.1 Вяжущие материалы на основе шлаков и зол

     Основная  масса отходов при получении  металлов и сжигании твердого топлива  образуется в виде шлаков и зол. Кроме  шлаков и зол при производстве металла в больших количествах образуются отходы в виде водных суспензий дисперсных частиц - шламы.

     Ценным  и весьма распространенным минеральным  сырьем для производства строительных материалов являются горелые породы и отходы углеобогащения, а также  вскрышные породы и отходы обогащения руд.

     Производство  вяжущих материалов относится к  наиболее эффективным областям применения шлаков. Шлаковые вяжущие можно подразделить на следующие основные группы: шлакопортландцементы, сульфатно-шлаковые, известково-шлаковые, шлако-щелочные вяжущие.

     Шлаковые  цементы - это одна из разновидностей цементов с добавлением активных минеральных веществ, представленных доменными гранулированными шлаками. К особой группе вяжущих гидравлических веществ относится шлакопортландцемент (шлаковый цемент). Производство шлакопротландцемента заключается в соединении металлургических шлаков с вяжущими воздушными или гидравлическими веществами. К разновидностям шлаковых цементов помимо шлакопортландцемента относятся магнезиальный цемент, известково-шлаковый цемент, сульфатошлаковый цемент и другие вяжущие шлаковые вещества.

     Производство  шлакового цемента состоит из технических операций, которые можно  подразделить на две группы. Первая группа состоит из производства клинкера, а вторая - его измельчения совместно  с гипсом и другими добавками. Получение клинкера включает в себя добычу сырьевых материалов, дробление, помол и смешивание их в установленном порядке, обжиг сырьевой смеси и маганизирование клинкера.

     Для того, чтобы в последующем получить из клинкера шлакопортландцемент необходимо провести ряд технологических процессов. Сначала необходимо произвести дробление клинкера и гипсового камня, затем высушить минеральные добавки и тонко измельчить их с клинкером и гипсом.

     Схема производства шлакопортландцемента представлена на рисунке 1. Известняк через бункер поступает в дробилку 1. Измельченный известняк через бункер поступает в сушильный барабан 2, затем он смешивается с частью шлама в бункерах, после чего смесь поступает в мельницу 3, из мельницы она поступает в смесительные силосы 4, где происходит тщательное смешение компонентов смеси, за тем смесь через смесительный шнек 5 отправляется во вращающуюся печь 6, после чего клинкер отправляется на клинкерный склад 7. Одновременно измельченный шлак поступает в другой сушильный баран 2, после чего часть шлака отправляется в бункер на смешение с известняком, а другая часть на клинкерный склад 7. Из клинкерного склада 7 выводятся гипс, клинкер и шлак и отправляются в цементные силосы 8, от куда цемент поступает в упаковочную машину 9 из которой выходит готовый продукт.

     Рисунок 1 Схема производства шлакопортландцемента 

     2.2 Заполнители из шлакозольных отходов

     Шлаковые  и зольные отходы представляют богатейшую сырьевую базу для производства как  тяжелых, так и легких пористых заполнителей бетона. Основными видами заполнителей на основе металлургических шлаков являются шлаковый щебень и шлаковая пемза.

     Из  топливных шлаков и зол изготавливают  пористые заполнители, в том числе аглопорит, зольный гравий, глинозольный керамзит.

     К эффективным видам тяжелых заполнителей бетона, не уступающим по физико-механическим свойствам продукта дробления плотных природных каменных материалов, относится литой шлаковый щебень

     Литой шлаковый щебень характеризуется высокими морозо и жаростойкостью, а также сопротивлением истиранию. Стоимость его в 3-4  раза ниже, чем щебня из природного камня.

     Шлаковая  пемза (тормозит) – одно из наиболее эффективных видов искусственных  пористых заполнителей. Ее получаю  поризацией шлаковых расплавов в  результате их быстрого охлаждения водой, воздухом или паром, а также воздействием минеральных газообразователей. Из технологических способов получения шлаковой пемзы наиболее часто применяются бассейновый, струйный и гидроэкранный способы.

     Топливные шлаки и золы являются лучшим сырьем для производства искусственного пористого заполнителя – аглопорита.

     Глинозольный  керамзит – продукт вспучивания  и спекания во вращающейся печи гранул, сформированных из смеси глин и золошлаковых отходов ТЭС. Зола может составлять от 30 до 80% всей массы сырья. Введение глинистого компонента улучшает формовочные свойства шихты, способствует выгоранию остатков угля в золе, что позволяет использовать золы с повышенным содержанием несгоревшего топлива.

     2.3 Плавленые и искусственные каменные материалы на основе шлаков и зол

     К основным направлениям  переработки металлургических и топливных шлаков, а также зол наряду с производством вяжущих, заполнителей и бетонов на их основе относится получение шлаковой ваты, литых материалов и шлакоситталов, зольной керамики и силикатного кирпича.

     Шлаковая  вата – разновидность минеральной  ваты, занимающей ведущее место среди  теплоизоляционных материалов, как  по объему выпуска, так и по строительно-техическим свойствам. В производстве минеральной  ваты доменные шлаки нашли наибольшее применение. Использование здесь шлака вместо природного сырья дает экономию до 150 грн. на 1 т. Для получения минеральной ваты наряду с доменными применяются также ваграночные, мартеновские шлаки и шлаки цветной металлургии.

     Из  расплава металлургических и топливных шлаков отливают разнообразные изделия: камни для мощения дорог и полов промышленных зданий, тюбинги, бордюрный камень, противокоррозионные плитки, трубы. Изготовление шлакового литья началось одновременно с внедрением в металлургию доменного процесса. Литые изделия из шлакового расплава экономически более выгодны по сравнению с каменным литьем, приближаясь к нему по механическим свойствам.

     Шлакоситаллы  – разновидность стеклокристаллических  материалов, получаемых направленной кристаллизацией стекол. Они широко применяются в строительстве  как конструкционные и отделочные материалы, обладающие высокой прочностью.

     Золошлаковые  отходы ТЭС могут служить отощающими топливосодержащими добавками в производстве керамических изделий на основе глинистых пород, а также основным сырьем для изготовления зольной керамики. Наиболее широко применяют топливные золы и шлаки как добавки при производстве стеновых керамических изделий.

     2.4 Золы и шлаки в дорожно-строительных и изоляционных материалах  

     Крупнотоннажным потребителем топливных зол и  шлаков является дорожное строительство, где золы и золошлаковые смеси  используют для устройства подстилающих и нижних слоев оснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом и известью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, как добавки в дорожных цементных бетонах.

     Золы, полученные при сжигании углей и  горючих сланцев, применяются в качестве наполнителей кровельных и гидроизоляционных мастик. Золошлаковые смеси в дорожном строительстве применяют неукрепленными и укрепленными. Неукрепленные золошлаковые смеси используют в основном в качестве материала для устройства подстилающих и нижних слоев оснований дорог областного и местного значения.

     2.5 Материалы на основе шламов металлургических производств

     Для производства строительных материалов промышленное значение имеют нефелиновые, бокситовые, сульфатные, белые и  многокальциевые шламы. Объем одних лишь нефелиновых шламов, пригодных для использования, составляет ежегодно свыше 7 млн.т.

     Основным  направлением применения шламовых отходов  металлургической промышленности являются изготовление бесклинкерных вяжущих материалов на их основе, получение портландцемента и смешенных цементов. В промышленности особенно широко используется нефелиновый (белитовый) шлам, получаемый при извлечении глинозема из нефелиновых пород.

     Нефелиновый цемент является эффективным для  кладочных и штукатурных растворов, а также для бетонов нормального и особенно автоклавного твердения. По пластичности и времени схватывания растворы на нефелиновом цементе близки к известково-гипсовым растворам.