Материал: Доманская. Строительные материалы и изделия. Учебное пособие

5. ОСНОВНЫЕ ИСТОЧНИКИ СЫРЬЯ

Основным сырьем для производства искусственных строительных материалов являются горные породы, которые используют для изготовления керамики, стекла, металлов и неорганических вяжущих веществ, а также миллионы кубометров песка, гравия и щебня применяют ежегодно в качестве природных заполнителей для бетонов и растворов.

Горные породы — значительные по объему скопления в земной коре одного или нескольких минералов, образовавшихся в результате физико-химических процессов и характеризующиеся постоянным составом, строением и свойствами.

Минералы природные — вещества, являющиеся продуктами физико-химических процессов в земной коре и обладающие определенным химическим составом, однородным строением и характерными физико-механическими свойствами.

По условиям образования горные породы разделяют на три основные группы.

Магматические (первичные) горные породы образовались при охлаждении и отвердевании магмы. Магма — высокотемпературный силикатный расплав, в зависимости от режима охлаждения может образовывать плотные кристаллические породы (глубинные) и пористые (излившиеся). Глубинные — граниты, сиениты, габбро, диориты. Характеризуются кристал-

54

5. Основные источники сырья

лической структурой, отсутствием пор, высокой прочностью, твердостью, морозостойкостью. Излившиеся — вулканические туфы — породы, образовавшиеся из вулканических пеплов

врезультате спекания или природной цементации. Пористые, морозостойкие породы, за счет закрытых пор, используются для облицовки.

Осадочные (вторичные) горные породы образовались в результате естественного процесса разрушения других пород под влиянием механического, физического и химического воздействия внешней среды (песчаники, известняки, мел, доломит, магнезит, гипс, ангидрит).

Метаморфические (видоизмененные) горные породы (мраморы, кварциты, глинистые сланцы) образовались в результате последующего изменения первичных и вторичных пород, связанного со сложными физико–химическими процессами

вземной коре (давлением, температурой и т. п.).

Основные источники сырья для производства органических строительных материалов — древесина, природные смолы, битумы, нефть, природный и попутный газ (сырье для получения полимеров).

Не менее важным сырьевым источником являются отходы промышленности (техногенные вторичные ресурсы). Пока они используются недостаточно, но по мере истощения природных ресурсов, повышения требований к охране окружающей среды и разработке новых эффективных технологий техногенное сырье будет применяться значительно шире.

Человеческая деятельность сопровождается образованием колоссального количества отходов. Основными источниками многотоннажных отходов являются: горно-обогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.

55

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

Из всех отраслей производства в наибольшем объеме техногенные отходы применимы в промышленности строительных материалов в качестве вторичных материальных ресурсов, т. к. по своему составу и свойствам близки к природному сырью. Рациональное использование промышленных отходов в идеале позволит сократить до 40 % сырьевых ресурсов строительства и на 30 % снизить себестоимость. Кроме того, использование отходов даст возможность уменьшить загрязнение окружающей среды.

Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные (неорганические) и органические.

Наибольшее значение для производства строительных материалов имеют минеральные отходы.

Взависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие.

Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.

Шлаки черной металлургии — побочный продукт при выплавке чугуна из железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков составляет от 0,4 до 0,65 т на 1 т чугуна. В их состав входит до 30 различных химических элементов, главным образом в виде оксидов. В основном это

оксиды: SiO2, A12O3, CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, Р2 О5, TiO2, V2O5 и др. Состав шлака зависит от состава кокса, пустой породы и определяет особенности применения шлака.

Впроизводстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака.

56

5. Основные источники сырья

Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются

вменьшей степени из-за неоднородности их химико-минера- логического состава и физико-механических свойств.

Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования — комплексная переработка, включающая предварительное извлечение цветных, редких металлов и железа. Оставшийся силикатный продукт используется для производства строительных материалов.

При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы. Шламы представляют из себя осадки и суспензии, получаемые

вметаллургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом. Например, при производстве алюминия образуется бокситовый шлам — рыхлый сыпучий материал красного цвета. Побочным продуктом при получении глинозема из нефелинового сырья является нефелиновый (или беллитовый) шлам, состоящий из мелких кристаллов минерала белита. Основное применение все эти шламы находят в цементном производстве.

Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) — минеральный остаток от сжигания твердого топлива. По химическому

составу топливные золы и шлаки состоят из SiO2, Al2O3, CaO, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо.

Использование зол ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается, в частности, тем, что на многих ТЭС используется гидроудаление золы и получаемые золошлаковые отходы (ЗШО) неоднородны и имеют нестабильные физико–химиче- ские характеристики. В связи с этим топливные золы и шлаки используются всего на 3–4 % от их ежегодного выхода.

Золы уноса — это отходы, образующиеся в результате сжигания углей в пылевидном состоянии и улавливаемые электрофильтрами или другими устройствами. Обычно представ-

57

СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ИЗДЕЛИЯ

ляют собой рыхлые дисперсные материалы с частицами менее 0,3 мм. Золы уноса используют в дорожном строительстве: при укреплении грунтов в качестве малоактивного вяжущего материала, в бетонах для экономии цемента и заполнителей, улучшения технологических свойств бетонной и растворной смесей, а также показателей качества бетонов и растворов; в качестве минерального порошка.

Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100–200 кг активной золы (уноса) на 1 м 3 бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый щебень используется в качестве крупного заполнителя, а шлаковый песок пригоден для замены природного песка.

Отходы горно-добывающей промышленности, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых называют вскрышными породами. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. Однако в настоящее время их используют лишь на 6–7 %. Вскрышные и пустые породы применяют в зависимости от их минерального состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные).

Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. Горно-обогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что выгодно отличает их от других видов минеральных отходов.

По минеральному составу, структуре и текстуре попутно добываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это

58