Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В литературе до настоящего времени нет единых определений терминов «отходы» и «вторичные ресурсы», «попутные и побочные продукты», «утиль» и др.

Термин «отходы промышленности» (сельского, городского хозяйства) применительно к продуктам, представляющим интерес в качестве сырьевых материалов, часто подвергается критике. Действительно, в термине «отходы» не акцентируются потребительские свойства материальной продукции, образующейся в результате хозяйственной деятельности людей наряду с основной целевой продукцией. Вместе с тем термин «отходы» является достаточно общим. Отходы производства и потребления при их рациональной переработке перестают быть отбросами и становятся ценными исходными материалами и полуфабрикатами для готовых строительных материалов и изделий.

В соответствии со стандартизированным определением, под вторичными материальными ресурсами (BMP) следует понимать совокупность отходов производства и потребления, образующихся в народном хозяйстве. Используемые BMP считаются вторичным сырьем. Термин «отходы производства» при этом трактуется как остатки материалов и полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции и частично или полностью утратившие свои исходные потребительские свойства. С такой трактовкой понятия «отходы производства» в общем случае согласиться нельзя. При добыче, например, полезных ископаемых вскрышные породы можно рассматривать как отходы производства. Вместе с тем эти отходы имеют определенные потребительские свойства и могут рассматриваться во многих случаях как сырьевые ресурсы.

Под вторичными ресурсами часто понимают также использованные материалы, потерявшие свою первоначальную ценность. На такое вторичное сырье приходится 7—8% общего количества отходов.

Некоторые отличия, хотя часто весьма условные, могут иметь также термины «попутные продукты» и «побочные продукты». К первым обычно относят отходы, которые могут использоваться в народном хозяйстве без дополнительной переработки, ко вторым — отходы, требующие дополнительной переработки.

Все более широкое применение находит термин «техногенное сырье». К нему относят отходы, образовавшиеся в результате технической деятельности предприятий, которые представляют интерес как сырьевые материалы для разнообразной продукции.

Техногенное сырье часто имеет ряд технико-экономических преимуществ по сравнению с обычным. Оно может быть технологически более подготовленным, чем обычное (частично обожженным, диспергированным и др.). В группу техногенного сырья не входят, однако, отходы потребления и, в частности, многие отходы городского хозяйства.

В настоящее время отсутствует всесторонняя классификация промышленных отходов, что обусловлено их различным химическим составом, свойствами, технологическими особенностями получения и условиями образования.

Все отходы промышленности и городского хозяйства можно разделить на две группы: минеральные (неорганические) и органические. Наибольшее значение для производства строительных материалов имеют минеральные продукты, которые составляют большую часть всех отходов, производимых добывающими и перерабатывающими отраслями промышленности. Эти продукты в большей мере изучены, чем органические.

П.И. Боженов предложил классифицировать побочные промышленные продукты в момент выделения их из основного технологического процесса на три следующих класса: А — продукты, не утратившие природных свойств; Б — искусственные продукты, полученные в результате глубоких физико-химических процессов; В — продукты, образовавшиеся при длительном хранении в отвалах.

Продукты класса А (карьерные остатки и остатки после обогащения на полезное ископаемое) имеют химико-минералогический состав и свойства соответствующих горных пород. Область их применения обусловлена агрегатным состоянием, фракционным и химическим составом, физико-механическими свойствами. Преимущественно минеральные продукты класса А применяются как заполнители бетонов, а также как исходное глинистое, карбонатное или силикатное сырье для получения разнообразных искусственных строительных материалов (керамики, извести, автоклавных материалов и др.).

Продукты класса Б получают в результате физико-химических процессов, протекающих при обычных или чаще высоких температурах. Диапазон их возможного применения шире, чем продуктов класса А. Особенно эффективно использование этих отходов там, где продуктивно реализуются затраты топливно-энергетических ресурсов и рабочей силы на их получение. Применение продуктов этого класса рационально прежде всего при производстве цементов, материалов автоклавного твердения, где повышенная реакционная способность исходного сырья дает высокий экономический эффект. Так, при использовании доменного шлака для изготовления шлакопортландцемента почти в два раза снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции, а себестоимость уменьшается на 25—30%.

Продукты класса В образуется в результате физико-химических процессов, протекающих в отвалах (самовозгорание, распад шлаков и образование порошка и др.). Типичными представителями сырьевых материалов этого класса являются горелые породы.

Приведенная выше классификация требует обязательного учета химических характеристик побочных продуктов. В зависимости от преобладающих в их составе химических соединений минеральные отходы можно разделить на следующие группы: силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые. В пределах каждой группы возможна более подробная классификация. Например, силикатные отходы можно разделить на основные и кислые в зависимости от процентного содержания основных и кислых оксидов, карбонатные — на кальциевые и магниевые. В некоторых случаях при химической характеристике ведущее место отводится соединениям, содержащимся в сравнительно небольшом количестве, но имеющим решающее значение при выборе способа утилизации (например, щелоче-, цинко-, алюминийсодержащим и др.).

Большая часть природных и искусственных минеральных отходов промышленности состоит преимущественно из кремнезема, силикатов и алюмосиликатов кальция и магния. Это объясняется тем, что они являются отходами добычи и переработки природных силикатных материалов, на долю которых приходится 86,5% массы земной коры. Силикатные отходы промышленности можно разделить на четыре группы в зависимости от структуры и химического состава.

Первую группу составляют минеральные сырьевые материалы, в которых кремнезем связан в силикаты или алюмосиликаты кальция, находящиеся преимущественно в стекловидном состоянии. Они обладают гидравлической активностью при щелочной и сульфатной активации. В зависимости от содержания СаО и А1203 такие материалы твердеют в нормальных условиях или при тепловлажностнои обработке. При высокотемпературном обжиге с карбонатом кальция из них можно получить портландцементный клинкер. Типичными представителями этой группы являются гранулированные доменные и фосфорные шлаки, а также топливные шлаки, образуемые при под-шихтовке угля известняком.

К второй группе принадлежат отходы, в которых кремнезем связан в силикаты или алюмосиликаты, находящиеся в кристаллическом состоянии. Они не проявляют активности при нормальных темпера-турно-влажностных условиях. В эту группу входят, например, медленно охлажденные отвальные металлургические шлаки и электротермо-фосфорные шлаки, а также побочные продукты горнодобывающей промышленности.

В отходах, относимых к третьей группе, кремнезем находится преимущественно в свободном состоянии в виде кварца. Представителями этой группы силикатных продуктов являются хвосты обогащения различных руд, сырья для химической промышленности, вскрышные породы.

Отходы второй и третьей групп утилизируются в строительстве в качестве нерудных строительных материалов, как сырье для производства автоклавных материалов, керамики, стекла.

В четвертую группу можно выделить сырье, содержащее в основном силикаты кальция как в негидратированном, так и в гидратиро-ванном состоянии, например шламы металлургических производств (нефелиновые, бокситовые, сульфатные, белые и др.). Эти побочные продукты применяют для производства так называемых шламовых цементов, портландцемента, изделий автоклавного твердения.

Более подробные классификации разработаны для отдельных силикатных продуктов, в особенности шлаков и зол. Например, А.В. Волженским эти продукты в зависимости от условий образования делятся на группы: быстрого и медленного охлаждения в результате твердофазовых реакций и взаимодействия твердых фаз с расплавом. В свою очередь, каждая группа в зависимости от химического и минералогического состава делится на отдельные разновидности. Такая классификация позволяет прогнозировать рекомендуемые условия твердения вяжущих на основе-шлаков и зол, а также оптимальный способ их активизации.

Для систематического рассмотрения отходов промышленности и городского хозяйства удобна их классификация в зависимости от отрасли промышленности, где они, в основном, образуются. По этому принципу можно выделить следующие группы:

1.         Отходы металлургии: доменные, ферросплавные и сталеплавильные шлаки; шлаки, образующиеся при плавке руд цветных металлов; продукты обогащения руд; нефелиновые и другие шла-мы и др.

2.         Отходы тепловой энергетики и топливной промышленности: зола, топливные шлаки, золошлаковые смеси, шахтные породы, отходы углеобогащения и др.

3.         Отходы химической промышленности: железистые, известь- и гипсосодержащие отходы; соле- и гидроксидсодержащие шла-мы и содопродукты; фосфорные шлаки, вторичные полимерные продукты и др.

4.         Отходы горнодобывающей промышленности: вскрышные и попутно добываемые породы.

5.         Отходы производства строительных материалов: пыль различного химического состава, керамический и стеклянный бой, отсевы, образуемые при дроблении и др.

6.         Отходы переработки древесины и другого растительного сырья: кора, обрезки, стружки, опилки, лигнин и др.

7.         Отходы городского хозяйства: изношенные автопокрышки, тряпье, бумажная макулатура, строительный мусор, использованные полимерные материалы и др.