Техногенные сырьевые материалы , используемые в производстве вяжущих веществ.

Техногенное сырье-отход какой-либо промышленности, из которой мы можем получить при соответствующей технологии изготовления строительные материалы.

Основными источниками многотоннажных отходов являются: горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.

Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью.

Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.

В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.

Шлаки черной металлургии - побочный продукт при выплавке чугун» мэ железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые) В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность

Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования - комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для, производства строительных материалов. При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы (буквальный перевод с немецкого - «грязь»). Это общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом

Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) - минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень — в качестве крупного заполнителя. Гипсовые отходы химической промышленности - продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.

Фосфогипс - отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO4-2H2O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.

Фторгипс (фторангидрит) - побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSC>4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.

Титаногипс - отход при сернокислотном разложении титансо-держащих руд. Борогипс - отход производства борной кислоты. Суяь-фогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов тэс.

Электротермофосфорные шлаки - отходы производства фосфорной кислоты, получаемой но электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98% стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ. Отходы деревообработки и лесохимии. В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов. Отходы промышленности строительных материалов. При получении цементного клинкера до 30% объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ.

Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом - отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предприятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.

Прочие отходы и вторичные ресурсы - отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.

Доменные шлаки применяют как одну из составных частей или в качестве добавки при производстве вяжущих материалов. При производстве чугуна на каждую тонну исходной руды приходится 400…600 кг шлака. Химический состав шлака в основном представлен оксидами кальция, магния, кремнезёма и алюминия, которые в сумме составляют примерно 95%. Кроме того, в шлаках обычно присутствуют оксиды марганца, железа и серы. Оценить состав шлака можно по модулю основности

Мо = (СаО + MgO) / (SiO2 + Al2O3).

Шлаки считаются основными при Мо > 1, кислыми при Мо< 1, и средними при Мо= 1.

Медленно охлаждённые шлаки имеют кристаллическое строение, низкую химическую активность и не способны к самостоятельному твердению. Для повышения гидравлической активности шлаки при выпуске из доменной печи подвергают резкому охлаждению в воздушной или водной среде. При быстром охлаждении шлак сохраняет метастабильную, а, следовательно, более реакционноспособную стекловидную фазу, а также остывает в виде гранул (гранулированный шлак).

Шлаки цветной металлургии – получают при восстановительной плавке меди, ни келяч, хрома, свинца из сульфидных руд этих металлов. Они содержат 15…48 % FeO, 10…15% MgO, до 17 % Al2O3 и до 23 % CaO.

Сталеплавильные шлаки образуются в результате окисления примесей неметаллической части шихты – кремния, углерода, серы и фосфора и растворения последних в плавне. В сосьтаве этих шлаков содержится 30…45 % соединений магния, железа, марганца, 15…30 % SiO2, 8…10 % Al2O3; модуль основности этих шлаков находится в пределах 1,2…1,4.

Шлаки электротермофосфорного производства образуются при электротермической обработке фосфоритов и апатитов; обычно их гранулируют. Они примерно на 90 % состоят из оксидов кальция и кремнезёма и относятся к основным шлакам. В качестве примесей содержат оксиды магния, алюминия, железа и сульфиды этих металлов. Гранулированные шлаки должны содержать не менее 38 % SiO2, не менее 43 % (СаО+ MgO) и не более 2,5 % Р2О5.

Шлам нефелиновый используют в составе портландцементной сырьевой смеси, это отход комплексной переработки апатитонефелиновых пород в глинозём, соду, поташ. Его химический состав (% по массе): SiO2 – 26…30 %. Al2O3 - 2,2…6,5 %, Fe2O3 – 2,1…5,5 %, СаО – 52…59 %, MgO – 1,0…2,5 %. Поскольку этот шлам прошёл частичную термическую обработку, то он состоит в основном из двухкальциевого силиката, входящего в состав портландцемента и способного к гидравлическому твердению.

Топливные золы и шлаки образуются при сжигании топлива при температуре 1400…1600 ОС. Термическое воздействие на минеральную часть топлива приводит к образованию твёрдых конгломератов различных соединений. Мелкие и лёгкие частицы с удельной поверхностью 1500…3000 см2/г, содержащиеся в количестве около 90 %, уносятся из топки газами (зола-унос), а более крупные оседают на пол топки и спекаются в кусковые шлаки. По химическому составу зола состоит на 85…90 % из оксидов кремния, алюминия, железа, кальция и магния.

Фосфогипс – побочный продукт химической промышленности, является отходом производства фосфорной кислоты и фосфатных удобрений из природных фосфоритов. используется для изготовления гипсовых вяжущих и как добавка к цементу для регулирования сроков схватывания. На 80…90 % состоит из СаSО4; примесями являются Р2О и соединения фтора. Фосфогипс отличается высокой влажностью (до 25 %) и очень высокой дисперсностью (размер частиц от 1 до 150 мкм).

6. Основные требования к техногенному сырью и оценка эффективности данных материалов