БУДІВЕЛЬНІ МАТЕРІАЛИ ІЗ ВІДХОДІВ ПРОМИСЛОВОСТІ
Кручинін Михайло Андрійович, Каретін Олег Сергійович, наук. кер.- І.
Гірничий технікум КТУ
Розглянуто проблему раціональної утилізації промислових відходів, де в єдиний вузол сплітаються питання охорони навколишнього середовища і ресурсозберігання.
На підприємствах гірничодобувної, металургійної, хімічної, деревообробної, енергетичної, будівельних матеріалів і інших галузей промисловості України щорічно утворюється близько 3 млрд. т відходів. Використовується ж лише близько 0,9 млрд. т, або 28% від загального об'єму. У зв'язку з цим у відвалах і шлакосховищах країни накопичено близько 30 млрд. т. тільки твердих відходів. Під полігони для їх зберігання щорічно відводиться близько 10 тис. га придатних для сільського господарства земель.
Річний економічний збиток від забруднення навколишнього середовища відходами виробництва і споживання оцінюється на рівні 10% валового внутрішнього продукту.
Найраціональнішим напрямом утилізації промислових відходів є їх використання як техногенної сировини при отриманні різного виду продукції і перш за все будівельного призначення.
Оскільки будівництво споживає біля третини всієї маси продукції матеріального виробництва, матеріальні ресурси складають більше половини всіх витрат на виробництво будівельно-монтажних робіт.
Рішення проблеми ресурсозберігання в будівництві можливо при комплексному використовуванні технічних, організаційних, економічних чинників і прискоренні науково-технічного прогресу.
Найважливіший резерв ресурсозберігання в будівництві —- це широке використання вторинних матеріальних ресурсів, якими є відходи виробництва і споживання. Об'єм промислових відходів збільшується більш високими темпами, ніж суспільне виробництво, і має тенденцію до випереджаючого зростання. Тільки на видалення їх і складування витрачається в середньому 8—10% вартості основної вироблюваної продукції.
Використання промислових відходів забезпечує виробництво багатим джерелом дешевої і часто вже підготовленої сировини; приводить до економії капітальних вкладень, призначених для будівництва підприємств, які добувають та перероблюють сировину, і підвищенню рівня їх рентабельності; вивільняються значні площі земельних угідь і знижується ступінь забруднення навколишнього середовища. Підвищення рівня використовування промислових відходів є найважливішим завданням державного значення.
Для виробництва нерудних будівельних матеріалів придатні: попутно видобуванні породи, сухі та вологі відходи збагачення при видобутку та переробці залізних руд, флюсових вогнеупорів, кольорових металів; відсів при виробництві будівельного щебеню з вивержених, метаморфічних і осадочних порід; попутно видобутих порід і відходів збагачення при виробництві азбесту та інші.
Особливістю науково-технічного прогресу є збільшення обсягу суспільного виробництва. В результаті розвитку виробництва до господарського обороту залучається все більша кількість природних ресурсів. Проте міра їх раціонального використання в цілому дуже низька. Щорік використовується близько 10 млрд. т мінеральних і майже стільки ж органічних сировинних продуктів. Розробка і утилізація більшості найважливіших корисних копалини в світі відбуваються швидше, ніж розвідка їх запасів. Близько 70% витрат в промисловості країн СНД доводиться на сировину, матеріали, паливо і енергію. І в той же час від 10 до 99% вихідної сировини перетворюється на відходи, що викидаються в атмосферу і водоймища, забруднюючи довкілля. Величезна кількість промислових відходів накопичена в відвалах. Для складування відходів займаються величезні площі земельних угідь. Під відвали промислових підприємств зайняті сотні тисяч гектарів земель, придатних для сільськогосподарського виробництва.
Транспортування і складування відходів відволікають значні кошти від основного виробництва. На організацію і експлуатацію відвалів, наприклад, підприємств вугільної і енергетичної галузей витрачаються кошти, що становлять 8—10% вартості вугілля, яке видобувається, вироблюваної енергії і пари.
Промисловість будівельних матеріалів — базова галузь будівельного комплексу. Вона відноситься до числа найбільш матеріалоємних галузей промисловості. Матеріаломісткість визначається відношенням кількості або вартості витрачених на виробництво продукції матеріальних ресурсів до загального об'єму продукції. Враховуючи, що багато мінеральних і органічних відходів по своєму хімічному складу і технічним властивостям близькі до природної сировини, а у багатьох випадках мають і ряд переваг (попередня термічна обробка, підвищена дисперсність і ін.), використання у виробництві будівельних матеріалів промислових відходів є одним з основних напрямів зниження матеріаломісткості цього масового багатотоннажного виробництва.
В той же час зниження об'ємів видобутку природної сировини і утилізації відходів має істотне економіко-екологічне значення. У ряді випадків використання сировини з відвалів промислових підприємств практично повністю задовольняє потреби галузі в природних ресурсах.
Перше місце за об'ємом і значенню для будівельної індустрії належить доменним шлакам, що отримуються як побічний продукт при виплавці чавуну із залізняку. В даний час доменні шлаки є коштовним сировинним ресурсом для виробництва багатьох будівельних матеріалів і перш за все портландцементу. Використання доменних шлаків як активного компонента цементу дозволяє істотно збільшити його випуск. Європейськими нормами дозволяється вводити в портландцемент до 35% доменного гранульованого шлаку, а в шлакопортландцемент — до 80%. Введення доменних шлаків в сировинну суміш збільшує продуктивність печей і знижує витрату палива на 15%. При використанні доменних шлаків для виробництва шлакопортландцементу знижуються паливно-енергетичні витрати на одиницю продукції майже в 2 рази, а собівартість — на 25—30%. Доменні шлаки стали сировиною не лише для традиційних, але і для таких порівняно нових ефективних матеріалів, як шлакоситали — продуктів, отриманих методом каталітичної кристалізації шлакового скла.
Найбільша кількість попутного видобутку порід і відходів збагачення пов'язане з видобутком і переробкою залізних руд. Тільки в Криворізькому басейні щорічний вихід попутно видобутих порід складає близько 50 млн м3. На залізорудних підприємствах країни об'єм пустих порід, які знищують досягає 400 млн м3, в тому числі скальних порід більш ніж 70 %. Крім того, відходи після збагачення руди складають більш ніж 200 млн т.
Залізисті кварцити переважно складаються із оксидів заліза та кремнезема. Непридатні для збагачення залізисті кварцити та інші скальні породи вивозяться в відвали. Однако із них можливо виготовити крупний заповнювач для дуже важкого бетону, а також баластний матеріал для залізодорожнього будівництва.
Гранулометричний склад відвальних залізистих кварцитів та інших скальних порід коливається в широких межах. Істинна щільність їх звичайно складає 2,8 – 4,6 г/см3, середня щільність – 2,6 – 4,1г/см3 , водопоглинання – 0,2 – 8% , морозостійкість досягає 200 циклів.
По хімічному складу відходи гірничо-збагачувальних комбінатів розділяють на три групи (%): кварцеві (SiO2>65),силікатні (SiO2<65, Fe<15), залізисті (Fe>15). Відходи останньої групи отримують при збагаченні залізистих кварцитів низького ступеню метаморфізму. За причини високої дисперсності їх густина складає приблизно 3000 кг/м3, тому їх не рекомендують використовувати в якості заповнювача бетону.
Область використання глиняних вскришних порід різноманітна. В залежності від фізичних властивостей, хіміко-мінералогічного і речовинного складу глиняної сировини, вона підходить для виробництва керамічних виробів, аглопориту, керамзиту, цементного клінкеру.
Велика група ефективних будівельних матеріалів виготовляється з відходів деревини і переробки іншої рослинної сировини. З цією метою використовують тирсу, стружку, деревинну муку, кору, суччя, вогнищу і так далі. Всі деревинні відходи можна розділити на три групи: відходи лісозаготівельної промисловості, відходи лісопильного виробництва і відходи деревообробної промисловості.
З відходів деревини, отриманих на різних стадіях її переробки, виготовляють деревно-волокнисті і деревостружкові плити, арболіт, ксилоліт, стружко-бетон, ксило-бетон, фіброліт, короліт, деревинні пластики. Всі ці матеріали, в залежності від області використання, розділяють на конструктивно-теплоізоляційні, теплоізоляційні і оздоблювальні.
Застосування матеріалів на основі деревинних відходів, разом з високими техніко-економічними показниками, забезпечує архітектурну виразність, хороший повітрообмін і мікроклімат приміщень, покращені теплотехнічні показники.
Велика кількість відходів у вигляді золи і шлаків, а також їх сумішей утворюється при спалюванні твердих видів палива. Їх вихід складає: у бурому вугіллі — 10—15%, кам'яному вугіллі — 5—40%, антрациті — 2—30%, горючих сланцях — 50—80%, паливному торфі — 2—30%. У виробництві будівельних матеріалів зазвичай використовуються золи сухого видалення і золо-шлакова суміші з відвалів.
В Кривому Розі шлакову сировину застосовують в дорожньому будівництві, виробництві легких, важких і ніздрюватих бетонів, легких заповнювачів, стінних матеріалів в вигляді легких блоків.
Цінною сировиною для промисловості будівельних матеріалів є відходи гірничорудних підприємств.
В нашому регіоні вскришні породи, відходи збагачення руд використовують для влаштування тимчасових доріг на будівельних майданчиках, влаштування різноманітних підготовок, замінюючи більш дорогий по добуванню щебінь. Експлуатаційні витрати на отримання 1 м³ щебеню з відходів гірничорудних підприємств в 2—2,5 рази нижче, ніж на видобуток його з кар'єрів.
Шляхи можливого використання вскришних порід гірничо-збагачувальних комбінатів приведені в таблиці 1.
Таблиця 1 – Вскришні породи ГЗК і шляхи їх утилізації
Гірничо-збагачувальний комбінат | Вскришні породи | Шляхи можливого використання |
Південний | Сланці, безрудні кварци | Дорожньо-будівельні матеріали |
Суглинки, червоно-бурі глини | Виробництво цегли, рекультивація земель | |
Новокриворізький | Сланці, безрудні кварцити | Дорожньо-будівельні матеріали |
Лісовидні суглинки, червоно-бурі, бенторіто подібні глини | Формовачні землі, бурові розчини, виробництво цегли, рекультивація земель | |
Центральний | Сланці, безрудні кварци | Щебінь |
Вспучиваючі сланці | Керамзит | |
Ліссовидні суглинки, червоно-бурі глини | Рекультивація земель, будівництво дамб, виробництво глиняної цегли | |
Північний | Те саме | Те саме |
Некондинсаційні і безрудні кварцити, сланці | Щебень | |
Інгулецький | Граніти, магматіти, амфіоболіти, безрудні кварци, сланці | Щебень |
Амфіболіти | Кам'яне лиття | |
Талькові сланці | Сітали, шлакосітали, цементи |
Значний об'єм відходів, які можуть служити вторинними сировинними ресурсами, утворюється на самих підприємствах будівельних матеріалів. Це, разом з відходами виробництва нерудних матеріалів, скляний і керамічний бій, цементний пил, відходи виробництва мінеральної вати і ін. Основним направленням утилізації пилу, який утворюється при спіканні цементного клінкеру в печах, які обертаються, являється використання його в самому процесі виробництва цементу. Пил з пилеосадових камер повертається в піч, яка обертається, разом зі шламом. Основна кількість пилу вловлюється електрофільтрами. Цей пил має високу дисперсність та складається з великої кількості вільного оксиду кальцію, лугів та сірчаного ангідриду. Добавка 5-15% пилу до сировинного шламу викликає його коагуляцію та меншу текучість. При високому складі в ній лужних оксидів знижується якість клінкеру.
До відходів міського господарства відносяться тверді побутові відходи, відходи від зносу старих будівель, споруд, шляхового покриття, будівельне сміття, зношені шини, макулатура, тряпки, склобій. Приріст об’єму побутових відходів в різних країнах зростає від 3 до 10% в рік.
Актуальною стала проблема вторинного використання бетону конструкцій реконструйованих будівель та будівель, які зносяться. Такий подрібнений бетон може бути використаний в якості заповнювача. Бетон на таких заповнювачах має високі технічні властивості та знижену вартість.
Будівельні матеріали із макулатури та текстильних відходів – це покрівельні матеріали, гіпсоволокнисті плити, теплоізоляційні плити, покриття для підлог та багато інших.
Ефективне вирішення проблеми промислових відходів — це впровадження безвідходних технологій. Безвідходні виробництва засновані на принциповій зміні технологічних процесів, розробці систем із замкнутим циклом, що забезпечують багаторазове використання продуктів і комплексне використання сировини.
При комплексному використанні сировинних матеріалів промислові відходи або побічні продукти одних виробництв є вихідними матеріалами інших. Подібне використання сировини логічно обумовлене потребами розвитку народного господарства на сучасному етапі. Важливість комплексного використання сировинних матеріалів можна розглядати в декількох аспектах.
По-перше, утилізація відходів дозволяє вирішувати завдання з охорони довкілля, звільняти цінні земельні угіддя, відведені під відвали і шламосховища, усувати шкідливі викиди в природне середовище.
По-друге, відходи промисловості в значній мірі покривають потребу ряду переробних галузей в сировині, причому у багатьох випадках високоякісному, підданому в процесі виробництва первинній технологічній обробці (подрібненню, випаленню і т. д.).
По-третє, при комплексному використанні сировини знижуються питомі капітальні витрати на одиницю продукції і зменшується термін їх окупності; знижуються також невиробничі витрати основного виробництва, зв'язані із складуванням відходів, будівництвом і експлуатацією сховищ для них.
По-четверте, в умовах Кривбасу комплексне використання відходів промисловості звільнить земельні площі зайняті відвалами, шламосховищами, набагато знизить ступінь шкідливих пилових викидів в повітря, знизить вартість підготовчих будівельних робіт та будівельних матеріалів і в цілому покращиться екологія нашого міста.
