Использование отходов переработки горных пород при производстве нерудных строительных материалов

Харо О. Левкова Н. Лопатников М. Горностаева Т. Использование отходов переработки горных пород при производстве нерудных строительных материалов // Строительные материалы. 2003 . №9. C. 18-19

Для эффективного развития промышленности строительных материалов необходимо комплексное использование добываемых природных ресурсов, в том числе отходов (отсевов дробления щебня). При производстве щебня из изверженных горных пород объем отсевов может достигать 25%, а из осадочных пород - превышает 45% от перерабатываемой горной массы. В связи с наметившейся тенденцией к потреблению нерудных строи-тельных материалов более высокого качества количество отсевов неуклонно возрастает, что в основном относится к изверженным горным породам.

К сожалению, систематический учет объемов отходов дробления никогда не проводился. По приближенным оценкам общий объем отсевов дробления, образующихся ежегодно на предприятиях по производству щебня, составляет в настоящее время около 28?35 млн м3, в том числе отсевов изверженных пород ? 12?15 млн м3, отсевов карбонатных пород ? 16?20 млн м3. В настоящее время в от-валах скопились сотни миллионов кубометров отсевов. Формируемые из отсевов техногенные месторождения в перспективе следует рассматривать как минерально-сырьевую базу производства мелких фракций щебня, песка и других видов продукции для строительной отрасли.

В отечественной строительной промышленности в период наиболее интенсивного ведения строительных работ наблюдается дефицит железнодорожного транс-порта. Перевозка такого дешевого материала как отсевы на большие расстояния не рациональна. Поэтому их можно рассматривать только как местное сырье. Целесообразно разделение отсевов на фракции, что повысит заинтересованность в них различных предприятий, увеличит стоимость и плечо рациональных перевозок.

Выбор направлений использования отсевов требует комплексного изучения их свойств, включая оценку минералого-петрографического и химического составов, структурно-текстурных особенностей исходной горной породы, а также показателей, регламентируемых потребителями, в том числе удельной поверхности, дисперсности пылевидной составляющей, формы частиц, цвета, влажности, пористости.

Уже сформировались наиболее материалоемкие области использования отсевов дробления различных горных пород. Основными потребителями отсевов дробления щебня являются дорожно-строительные организации. В ГОСТ 25607?94 изложены требования к смесям, используемым для оснований и покрытий автомобильных дорог и аэродромов, в состав которых могут входить отсевы дробления различных горных пород. В асфальтобетонных смесях отсевы используются как мелкий заполнитель, а если они по составу относятся к основным изверженным породам, то пылевидная составляющая отсевов частично заменяет минеральный порошок из карбонатных пород. В небольших объемах применяются отсевы с повышенным содержанием пылевидных частиц (свыше 10%) совместно с комплексными пластифицирующими и воздухововлекающими добавками для получения цементобетонных покрытий с требуемыми прочностью и морозостойкостью. Но для более эффективного использования отсевов в цементных дорожных бетонах необходимо, чтобы количество пылевидной составляющей не превышало 3%, а также улучшить форму зерен. В асфальтобетонах марок Г и Гх могут быть применены отсевы с несколько большим содержанием тонкодисперсных частиц, но не более 5%.

В растворах и бетонах различного назначения отсевы, большая часть которых относится к крупным пескам с модулем крупности Мкр = 3,2?3,6, применяются как укрупняющая добавка к природным мелким и очень мелким пескам.

Однако сфера применения песков из отсевов дробления может быть значительно расширена. Зарубежный и ограниченный отечественный опыт свидетельствуют о перспективности применения узких фракций песков, которые могут использоваться в разных соотношениях. Получаемые оптимальные составы бетонов и растворов позволяют значительно улучшить качество готовой продукции, повысить надежность и долговечность конструкций и изделий. К сожалению, в настоящее время большинство заводов не в состоянии складировать, а затем дозировать при производстве бетонов и растворов несколько фракций песка, но будущее, несомненно, за фракционированными материалами.

Отметим, что отсевы изверженных и метаморфических пород нередко имеют декоративные свойства, зависящие в основном от цвета и текстуры исходной горной породы. Такие материалы широко используются в архитектурном бетоне, который придает особую выразительность строящимся зданиям и сооружениям, для украшения интерьеров, фасадных плит, наливных полов. Для улучшения свойств кровли и повышения ее декоративности применяются цветные посыпки, требования к качеству которых постоянно возрастают. Институтом ВНИПИИстромсырье совместно с институтом ВНИИстройполимер на основании исследования отсевов дробления розового и серого кварцитов Шокшинского месторождения, гранита серовато-розового цвета месторождения Эркеля и гранита Каменногорского месторождения, мрамора Коелгинского месторождения была определена возможность их использования в качестве крупнозернистой по-сыпки мягких кровельных материалов.

В настоящее время более 40 предприятий России производят мягкие рулонные битумсодержащие кровельные материалы. Основная фракция крупнозернистых посыпок ? 0,63?1,25 мм, причем примерный объем требуемых поставок только для 28 заводов составляет 75 тыс. т в год. Использование отсевов дробления различной цветовой гаммы позволит удовлетворить потребность в декоративных посыпках и в ряде случаев отказаться от использования специально окрашенных материалов.

Имеется ряд сравнительно новых перспективных на-правлений эффективного использования отсевов дробления. К ним относятся: производство сухих строительных смесей (ССС), керамических материалов, ячеистых бетонов, материалов для фильтров, абразивных материалов, а также наполнителей для полимерной, лакокрасочной и резино-технической промышленности. Требования, предъявляемые потребителями, различны и только детальное знание свойств материала из отсевов позволит производителям осваивать новые рынки сбыта.

Производство ССС растет быстрыми темпами. Однако по экспертным оценкам института ЦНИИОМТП, российский строительный рынок получает не более 25% требуемого объема этой продукции. Одним из основных компонентов ССС является песок (кварцевый, полевошпатовый или из отсевов дробления). Как пока-зал анализ требований потребителей, наиболее востребованными являются следующие фракции и их смеси: 0,63-1,25 мм; 0-0,63 мм; 0,315-0,63 мм; 0,16-0,63 мм. За-траты на песок, особенно в смесях без модифицирующих добавок, являются фактором, от которого зависит экономическая эффективность работы предприятия. Производители декоративно-отделочных ССС заинтересованы в получении фракционированных песков из раз-личных видов горных пород. В настоящее время этот востребованный продукт производится в незначительном объеме.

При производстве тонкой и грубой керамики и огне-упорных материалов в качестве компонентов шихты могут быть использованы отсевы дробления изверченных, осадочных и метаморфических пород. Проведенные институтом ВНИПИИстромсырье совместно с институтом ВНИИстройкерамика испытания гранитных отсевов Макинского, Вишневского, Павловского и Шершнинского карьеров в составе масс для получения кислотоупорных изделий ? плиток и кирпича, показа-ли, что эти отсевы могут быть использованы при производстве кислотоупорных изделий взамен шамота. Заме-на шамота частично или полностью отсевами экономически весьма эффективна, так как при этом снижается расход топлива на обжиг шамота и уменьшается расход природной глины. Кроме того, практика показывает, что применение отсевов гранита в керамических изделиях позволяет экономить дорогостоящее сырье ? по-левой шпат и снижать температуру плавления, что значительно повышает производительность.

Перспективным является использование отдельных фракций песка из отсевов дробления изверженных по-род в ячеистых бетонах. Имеются данные, что использование отсевов фракции 0,16-0,315 мм взамен песка при изготовлении конструкционных пенобетонов способствует созданию пространственной жесткости и повышению прочности бетона.

Одним из наименее изученных направлений применения отсевов является их использование в качестве материалов для засыпки фильтров. Традиционно применяемые материалы, такие как кварцевый песок, керамзит, шунгезит, не исчерпывают всего многообразия местных фильтрующих материалов, предложенных в последние годы. Имеются данные о применении для этих целей мелких фракций габбродиабаза и аглопорита. Шероховатая поверхность зерен отсевов, имеющих неправильную форму, способствует повышению адсорбции примесей.

Основным препятствием для использования различных отходов переработки горных пород, в большинстве случаев, является повышенное содержание в их составе пылевидных частиц (менее 0,16 мм) до 18-25%. Институтом ВНИПИИстромсырье была установлена возможность самостоятельного использования пылевидной составляющей отсевов дробления известняков Судогодского, Пронского, Ново-Пятовского и ряда других карьеров в качестве наполнителей для производства рулонных битумсодержащих гидроизоляционных и кровельных материалов. Самым перспективным и подготовленным по степени измельчения сырьем является материал, отобранный на отдельных переделах производства известняковой муки, в частности, из электро-фильтров и циклонов. Удельная поверхность этих мате-риалов в большинстве исследованных проб превышала нормируемое значение 2500 см2/г. Такой наполнитель по параметрам, влияющим на свойства битумной матрицы, таким, как размер частиц, распределение их по фракциям, форма частиц, химический состав, также соответствует норме. Проведенные исследования пыле-видной составляющей отсевов мрамора Коелгинского, известняков Веневского и Чусовского месторождений показали возможность их использования в качестве наполнителей для производства кабельных резин, мастик, бытовых красок, замазок, ПВХ-паст со степенью наполнения до 100 мас. ч., резиновых смесей общего назначения. Следует отметить, что в зарубежной практике широко используются наполнители из различных горных по-род. В США к таким породам относят диабаз, сиенит, гранит, кварц, базальт, сланец, карбонатные породы.

Выбор направлений рационального использования отсевов необходимо проводить на основании:

? комплексного изучения сырья и отходов (отсевов дробления);

? анализа потенциальных потребителей в регионе производителя;

? создания гибких технологических линий для производства новых видов продукции из отсевов на базе современных отечественных и зарубежных технологий и оборудования.

Специфика рассмотренных вопросов комплексного использования отсевов дробления требует дальнейшего более детального рассмотрения научно-исследовательских, экономических и экологических аспектов.