Способ вовлечения в производство строительных материалов промышленных отходов

Павлов В. Способ вовлечения в производство строительных материалов промышленных отходов // Строительные материалы. 2003 . №8. C. 28-29


Разнообразие многотоннажных отходов промышленности, по химическому и минералогическому составу не уступающих добываемому сырью, а иногда по технологическим кондициям и превосходящих его, делает перспективным использование их в качестве возобновляемых техногенных ресурсов. Существенным ограничением использования промышленных отходов является их переменный химический и фазовый состав, наличие примесей переходных металлов (железа, марганца, хрома, титана и др.), а также свободного оксида кальция. Актуальной задачей является создание безотходных процессов, обеспечивающих высокую степень извлечения всех ценных компонентов из отходов в товарную продукцию и полное использование силикатных отходов, основными компонентами которых являются CaO, SiO2, Fe2O3, Al2O3, MgO, R2O (золошлаковые отходы от сжигания углей; металлургические и мартеновские шлаки; отходы добычи и переработки горнорудного сырья ? нефелиновые шламы, отходы цинкового производства, отсевы дробления горных пород известняков, нерудное сырье и др.). Отрицательно влияют на качество изделий из промышленных отходов оксиды кальция и железа. Существующие способы нейтрализации вредного воздействия свободного оксида кальция (химический - кислотами и газами, механический - измельчением, термический ? обработкой в автоклаве) оказываются малоэффективными.

В мире разрабатывается несколько достаточно трудоемких и дорогих способов предварительного извлечения железа из отходов: метод магнитной сепарации [1], прямое кислотное выщелачивание [2], плазменно-дуговое плавление [3]. То есть стабилизация состава промышленных отходов, разработка более эффективных путей глубокого извлечения железа, связывание свободного оксида кальция, создание условий формирования заданных кристаллических структур являются основными проблемами при решении вопроса использования промышленных отходов в качестве сырья при создании высококачественных материалов и изделий.

Перспективным направлением полного комплексного использования промышленных отходов и стабилизации их составов является пирометаллургическое плавление в восстановительной среде, разрабатываемое авторами [4]. Этот метод защищен рядом патентов.

В результате плавления происходит глубокое восстановление железа и разделение расплава:

? металлическая часть на основе железа, концентрирующая переходные металлы (марганец, хром, титан, молибден, никель) и драгоценные компоненты, например золото, платину, палладий, серебро и другие при наличии их в отходах, оседает на дно ванны плавильного агрегата и выпускается через шпуровое отверстие для дальнейшего использования;

? возгоны, содержащие легколетучие компоненты отходов, например цинк, галлий, свинец, улавливаются в охлаждаемом конденсаторе и используются как дополнительная продукция основного производства;

? силикатная часть расплава, при охлаждении которого в воде получается новый, высокопористый, стабилизированный по химическому составу материал (пеносиликат); его можно использовать в различных направлениях, в том числе в качестве исходного материала для получения стеклокристаллических материалов и пенокерамик с заданной структурой и пористостью.

В качестве восстановителя при плавлении используется углерод, обладающий высоким сродством к кислороду. Глубокое восстановление железа осуществляется газом-восстановителем СО (образуется в печи за счет обратимой реакции газификации углерода), создающим в твердой фазе эффект кипящего слоя. Повышение температуры увеличивает содержание СО в газовой фазе, что благоприятно сказывается на глубоком восстановлении железа и переходных металлов из оксидов.

Выбор состава расплава обеспечивает как условия хорошего формирования и разделения металлической и силикатной фаз, так и условия пенообразования. Для получения силикатного расплава, способного вспениваться при контакте с водой, необходимы следующие условия:

? массовое отношение оксидов SiO2/CaO должно быть в интервале (0,9-2) и обеспечивать необходимую вязкость силикатного расплава. Оно достигается добавлением к шихте кальций- либо кремнийсодержащих добавок в зависимости от состава отходов;

? наличие в силикатной части расплава карбидов кремния и кальция, способных взаимодействовать с водой с образованием газов. Образуются карбиды в процессе восстановительного плавления. Установлено, что интенсивное (лавинообразное) появление карбидов кремния и кальция возможно лишь после глубокого восстановления железа (остаточное содержание железа в силикатной части должно быть не более 0,3%). Этим обстоятельством в значительной степени определяется продолжительность восстановительного плавления [4].

Для полной переработки промышленных отходов разработан универсальный комплекс [5], позволяющий перерабатывать разные виды промышленных отходов с остаточным содержанием железа в силикатной части 0?0,05%. Основное преимущество его ? способность стать модулем существующих технологических схем отходообразующих производств с получением новой товарной продукции ? пеносиликата, а также дополнительной товарной продукции основного производства.

Комплексное исследование свойств нового материала ? пеносиликата включало рентгенофазовый анализ и изучение структурных особенностей методами ЯГР (ядерный гамма-резонанс) и ЭПР (электронно-парамагнитный резонанс).

Дифрактограммы, полученные на дифрактометре ДРОН-3 при комнатной температуре с использованием CuKα- () в интервале 20 (5о - 7о),

Спектры ЯГР27Аl и 29Si свидетельствуют о тетраэдрической координации атомов кремния и алюминия, отражают характер вхождения атомов кремния и алюминия в кремнекислородные тетраэдры и являются типичными для стеклообразного состояния.

Анализ спектров ЭПР показывает, что в полученном пеносиликате сохраняются отдельные парамагнитные центры и небольшое количество суперпарамагнитных фаз - на уровне 0,05% и меньше от основного состава -и свидетельствуют о том, что на микроуровне структура материала близка к стеклообразному состоянию с развитой поверхностью.

Негорючий рентгеноаморфный стабилизированный по химическому составу, обедненный железом и переходными металлами пеносиликат был получен контактом расплава с водой. Исследование его свойств выявило возможность практического использования материала в стройиндустрии. Основные характеристики пеносиликата представлены в табл. 1.

Таблица 1

Характеристики

Показатели

Насыпная плотность, кг/м3

50-500

Теплопроводность, Вт/(м∙К)

0,04-0,09

Прочность при сжатии в цилиндре, МПа

0,1-0,9

Сорбционная влажность, %

1,2-1,6

Морозостойкость, потеря массы (маc. %), после 15 циклов

Не более 8

Устойчивость против силикатного распада, потеря массы (маc. %)

Не более 8

Потеря массы при кипячении, %

Не более 5

Естественная активность радионуклидов, Бк/кг

Не более 370

Направления использования полученного пеносиликата:

? негорючая теплоизоляционная засыпка при температуре изолируемых поверхностей до 900?С в жилищном, гражданском и промышленном строительстве;

? эффективный заполнитель при изготовлении теплоизоляционных изделий (плит, скорлуп, сегментов) и ячеистых обетонов;

? исходное сырье для получения огнеупорных материалов (пенокерамики и высокопрочной керамики) с заданной кристаллографической структурой и пористостью.

Возможность получения стабильного по химическому составу силикатного расплава, не содержащего железа и переходных металлов, делает перспективным использование его для получения минерального волокна.

Ниже рассмотрены некоторые способы получения ячеистого бетона неавтоклавного твердения, огнеупорных материалов (керамики и пенокерамики).

Изготовление легкого бетона. Разработана сырьевая смесь для изготовления легкого бетона неавтоклавного твердения с низким значением теплопроводности, используемая в качестве звуко- и теплоизоляционного материала. Сырьевая смесь включает следующие компоненты, маc. %: цемент марки М 400 40-45; кальцинированная сода 0,75?1; алюминиевая пудра 0,07?0,1; гранулированный пеносиликат (теплопроводность 0,04 Вт/(мК), плотность 100 кг/м3) 14-20; вода ? остальное.

Пеносиликат, полученный из промышленных отходов, находится в рентгеноаморфном состоянии, которое повышает гидравлическую активность его при взаимодействии со связующим. Это обеспечивает получаемому бетону необходимые свойства для использования его в качестве звуко- и теплоизоляционного материала. Низкое значение теплопроводности и высокая пористость приводят к увеличению общей пористости получаемого ячеистого бетона и к снижению его теплопроводности. Основные характеристики ячеистых бетонов неавтоклавного твердения разных плотностей представлены в табл. 2.

Таблица 2

Характеристики

Плотность, кг/м3

400

500

600

Теплопроводность, Вт/(м-К)

0,0736

0,0778

0,0832

Предел прочности при изгибе, МПа

0,28

0,35

0,45

Предел прочности при сжатии, МПа

0,6

0,74

0,93

Изготовление огнеупорных материалов (керамики и пенокерамики). Керамику и пенокерамику получали, используя способ самораспространяющейся кристаллизации (СК). Пеносиликат, находящийся в рентгено-аморфном состоянии, обладает значительным избыточным запасом энтальпии. Если такой материал в локальной области перевести из аморфного состояния в кристаллическое, то начинается процесс самораспространяющейся кристаллизации. Этот процесс поддерживается за счет выделяющейся в зоне кристаллизации тепловой энергии. Такая зона повышенных температур будет распространяться по образцу в виде характерной тепловой волны. Термографическое исследование пеносиликата показало, что тепловыделение при переходе его из аморфного состояния в кристаллическое составляет более половины значения теплоты плавления. После нагрева одного из краев образца до температуры начала кристаллизации в нем возникала локальная область закристаллизованной фазы и вдоль образца распространялся фронт кристаллизации.

Пенокерамику получали, добавляя к пеносиликату слабый раствор серной кислоты [6-7]. Образующиеся при этом гидросульфоалюминат и сульфат алюминия разлагаются с выделением газообразной фазы в интервале температур начала кристаллизации. Керамику получали без добавления серной кислоты. На рис. 1 представлена макроструктура пенокерамики, полученной на основе пеносиликата.

Характеристики полученных огнеупорных материалов (керамики и пенокерамики) представлены в табл. 3.

Таблица 3

Плотность, кг/м3

Теплопроводность, Вт/(м-К)

Предел прочности при сжатии, МПа

Предел прочности при изгибе, МПа

Пористость, %

Пенокерамика

250

0,045

0,82

0,4

96

350

0,057

2

0,9

90

500

0,069

6

2,8

54

600

0,081

7,1

4

44

800

0,14

8,5

4,4

40

900

0,189

9,2

5

36

1000

0,213

10

6,17

33

Керамика

2640

0,8

Витальева О. Красота спасет мир // Строительство и реконструкция . . 22 июля 2003 (№ 7) . С. 43

Исстари о доме без украшений в народе было принято говорить с легкой с иронией: ?Стоит бычище, проклеваны бочища?. Даже небогатые домовладельцы старались украсить внешние стены своего жилища. Исторические документы рассказывают, что затраты на украшение дома достигали иногда 40% стоимости всех строительных затрат. Сегодня, как и сотни лет назад, домовладельцы уделяют немало внимания украшению ?родных стен?.



Причудливая резьба по дереву на стенах уютных домов, заботливо укутанных растениями; игра света и теней на резном крылечке придают неповторимый шарм и индивидуальность ?родовому гнезду?. Но обо всем по порядку.

Резное убранство дома

?Кружевные домики?, украшенные резными наличниками, балясинами и подзорами неизменно привлекают внимание окружающих, чем вызывают заслуженную гордость своих хозяев. Существует достаточно много стилей и типов резьбы по дереву. Так, архитектурная резьба условно делится на скульптурную, плоскую, рельефную и пропильную.

Скульптурный резным бревнам придают очертания животных, птиц, мистических фигур и т. д. Такой резьбой можно декорировать двускатную кровлю ?русской избы?, украсить балясины, срубы и другие объемные архитектурные элементы дома.

Плоеная резьба ? группа самых распространённых видов резьбы по дереву. У нее много названий и разновидностей: городчатая, долблённая, выемчатая, трёхгранно-выемчатая. В плоской резьбе ритмический геометрический узор часто сочетается со сквозной прорезью, создавая настоящее деревянное кружево. Подобной резьбой можно украсить балконы, подзоры, галереи, наличники...

Плоскорельефная и рельефная резьба во всём их многообразии (с ?заоваленным? контуром, с подобранным и подушечным фоном, а также барельеф и горельеф) широко используются в украшении фасадов деревянных домов. Считается, что этот стиль украшения зданий перешел с украшенных деревянной резьбой кораблей, поэтому появились и такие названия этой резьбы: ?корабельная? или ?барочная-. Иногда этот вид резьбы называют ?глухая? (подразумевая наличие фона) и ?долблённая? (по методу выполнения). Для этого вида резьбы характерны узоры растительного орнамента. Украшая рельефной резьбой наличники, ставни и подзоры современные мастера используют как мотивы природы, так и образы мифических, сказочных существ.

Сквозная (пропильная, прорезная, ажурная) резьба выполняется с помощью пил различной конфигурации по нанесённому по доске рисунку. Это, пожалуй, один из самых ?демократичных? видов резьбы, не требующий сложного оборудования и специфической подготовки. Одной из разновидностей этого вида резьбы можно назвать накладную резьбу. Она часто используется как дополнение к декору, выполненному в технике ажурной резьбы. Отличительная особенность этого вида резьбы заключается в изготовлении отдельного элемента и укреплении его на плоскости, За счёт этого создаётся подобие барельефной или горельефной композиции.

Однако резные элементы ? далеко не единственный вид декора внешнего вида дома. Украсить стены родного очага можно и при помощи растений.

Цветочное царство

Цветы и растения всегда играли важную роль в украшении интерьера. Они создают праздничную атмосферу в доме, наполняют его пространство своей природной энергетикой. Однако цветы украшают не только интерьер, они вполне способны украсить собой и фасад здания. Так, кашпо с цветущими растениями, вывешенные на террасэ придадут ей ухоженный и уютный вид.

Красиво смотрятся и дома, полностью ?утопающие? в зелени. Интересно оформить веранду, балкон и стену дома помогут кустарниковые лианы (виноград, актинидию коломикта, китайский лимонник, клематис и др.). Кстати, вертикальное озеленение дома, помимо декоративного оформления внешнего облика имеет целый ряд других достоинств. Лианы создают благоприятный микроклимат, регулируя тепловой режим в помещении, уменьшая нагрев стен, снижают проникновение в помещение пыли, уменьшают уровень шума.

Колечко, колечко, выйди на крылечко

Архитектурной деталью, служащей украшением всего дома может стать и крыльцо. Однако при выборе типа будущего крылечка обязательно принимайте во внимание архитектуру и дизайн общего стиля дома. Согласитесь, у суперсовременной ?машины для жилья? деревянная терраска, украшенная резным орнаментом будет смотреться, по меньшей мере, нелепо. А перед щитовым домиком также неуместно солидное крыльцо с фундаментом из натурального камня и замысловатыми коваными элементами. Учитывайте также соразмерность крыльца и дома, пропорции крыльца в отношении к палисаднику.

Для внесения разнообразия в оформление крылечек порой достаточно нескольких штрихов, способных придать жилищу недостающую ему индивидуальность. Самый незатейливый домик после изменения входной зоны может выгодно преобразиться. А если строительство дома еще только предстоит, имеет смысл заранее тщательно продумать, каким сделать вход, ибо вариантов оформления придумано великое множество.

Классическое крыльцо ? это одно- или двухскатный навес, точеные перила, поддерживаемые резными балясинами. По обе стороны от крыльца на стенах под окнами крепятся вазоны с цветами, составляя с ним единую композицию. Такое крылечко отличают строгий вкус и умеренное использование декоративных элементов, что, впрочем, не всегда соответствует нашему менталитету ? в русских домах испокон веку крыльцо даже у самого бедного хозяина непременно было резным.

Европейское ? это крыльцо строгой и правильной формы, украшенное с помощью различных аксессуаров. У входа расставляют вазоны, вазочки и подставки с цветами, различные керамические фигурки и т. д. К такому крыльцу должны вести хорошо ухоженные, обрамленные цветниками дорожки. Одним из вариантов европейского крыльца может быть так называемое французское. Его отличительная черта ? ?французское? окно ? стеклянная дверь, украшенная ажурной решеткой. Когда открыта основная внутренняя дверь, через стеклянное окно наружной двери можно любоваться цветами, которыми в изобилии украшают крыльцо такого типа.

Романтичное крыльцо представляет собой, как правило, ажурную лерголу, по которой взбираются лианы или иные вьющиеся растения. По обе стороны такого крылечка можно расположить скамейки, изготовленные в том же стиле и из того же материала, что и пергола. Дополнительным украшением романтичного крыльца могут стать фонарики, размещенные на фасаде дома.

Крыльцо ?дома-крепости? делается массивным и без декоративных излишеств. Единственным украшением такого дома становятся цветы, в особенности вьющиеся растения. Нежные розы создают довольно колоритный контраст с каменными стенами.

Крыльцо ?пряничного? домика с черепичной крышей, словно из сказки ? отличается особой живописностью. Яркие ставни весело гладят на цветущий сад, сам дом окружен живой изгородью. Крылечко также отличается легкостью, яркостью и обилием зелени и цветов, в нем часто встречаются резные деревянные детали, иногда окрашенные в веселые открытые цвета.

Крыльцо-патио ? это крыльцо, расширенное до размеров небольшой открытой террасы, примыкающей непосредственно к дому, которая позволяет отдыхать прямо перед домом не только хозяевам помещения, но и их гостям. Подобный тип крыльца сегодня наиболее часто встречается в европейских странах.

Да будет свет!

Подчеркнуть достоинства архитектуры вашего дома, выделить фактуру стен или крыши, сделать акцент на лепных элементах украшения здания может эффектная подсветка. А элегантные и красивые светильники, преображающие дом в ночное время, днем превращаются в дополнительные декоративные детали.

Идеи ?живописи светом? уже не одно столетие будоражат умы ведущих дизайнеров мира. Сегодня их творческие находки опираются на новые технологические разработки: оптическое волокно, солнечные батареи. Для достижения желаемого эффекта используются металлогалоген-ные, люминесцентные, ртутные лампы. В результате потребитель получает такие необычные эффекты, как ?северное сияние?, ?метеорит в бассейне?, ?фосфорический свет?, ?лунный ландшафт?... Возникает совершенно различное восприятие предметов, такое же полярное как день и ночь, и, по сути, вы получаете два дома, два его воплощения ? дневное и ночное. В зависимости от выбранной картины ночного дома светильники устанавливаются на стенах, козырьке здания, встраиваются в землю.

Желаемый ?ночной? вид дома достигается, как правило, за счет комбинирования разного вида освещения и подсветок ? заливного, сопровождающего и декоративного.

Заливное освещение, которое создает яркий равномерный световой фон на всей площади, используют для освещения входа в дом. Такой фон образуется с помощью мощных натриевых, металлогалогеновых или ртутных ламп. Однако следует помнить, что заливное освещение визуально уменьшает пространство, поэтому на небольших участках применять его нужно осторожно. Для того чтобы избежать вредного для глаз резкого света следует отдать предпочтение светильникам с рассеивающими матовыми плафонами или металлическими решетками. Кстати, в некоторых светильниках яркий свет направляется на специальный экран, отражаясь от которого мягко освещает территорию.

Сопровождающее освещение, помимо выполнения функциональных обязанностей освещения ?опасных? уголков, поможет выделить отдельные архитектурные фрагменты дома и придаст зданию загадочный или романтичный вид. Для создания сопровождающего освещения используют светильники средней мощности.

Декоративную подсветку используют как самостоятельное освещение или в качестве дополнительного элемента к светильникам средней мощности. Фонари направленного освещения, размещенные на земле, могут выделять крону деревьев или кустарников, акцентировать внимание на садовых скульптурах, альпийской горке. В эту группу входят светильники-малютки высотой 0,3 - 0,5 м, мини-прожекторы, ?водяные? фонари для искусственных водоемов.

Продуманная и грамотно выполненная подсветка загородного дома и окружающего ландшафта станет праздником не только для глаз, но и для души.