1

Проведен анализ состояния проблемы утилизации боя керамического кирпича, образующегося в качестве отхода при замене кирпичной кладки в процессе проведения ремонтных работ. Выявлено отсутствие в мировой практике действенных способов массовой утилизации таких отходов. Представлены результаты исследования, определяющие новое направление утилизации боя керамического кирпича путем возвращения его в ресурсный цикл в качестве сырьевого материала для производства строительных композитов, уменьшая одновременно риск от загрязнения окружающей среды. Показано, что с точки зрения рационального природопользования вышедший из употребления керамический кирпич представляет собой недоиспользованное сырье строительного назначения, способное обеспечить керамическую промышленность высококачественным отощающим материалом, подобным шамоту. Обоснована целесообразность использования таких отходов в качестве механически активной составляющей сырьевой шихты для получения декоративных бетонов мелкоразмерных элементов дорожного мощения, улучшая их физико-механические показатели и цветовые характеристики.

бой керамического кирпича

строительные композиты

отощающая добавка

теплопроводность материала

1.Андрианов Н.Т., Балкевич В.Л., Беляков А.В. и др. Химическая технология керамики: Учебное пособие/ под ред. И.Я. Гузмана. – М.: ООО РИФ «Стройматериалы», 2011. – 496 с.

2.Довженко И.Г. Исследование влияния металлургических шлаков на сушильные свойства керамических масс для производства лицевого кирпича// Стекло и керамика. – 2013. – №12. – С. 24–27.

3.Рахманкулов Д.Л. Исторические аспекты производства и использования мелкоштучных бетонных стеновых и дорожных изделий// Башкирский химический журнал. – 2006. – Т. 13. – №2. – С. 77–83.

4.Семенов А.А. Состояние российского рынка керамических стеновых материалов// Строительные материалы. – 2014. – №8. – С. 9–12.

5.Столбоушкин А.Ю., Бердов Г.И., Столбоушкина О.В., Злобин В.И. Влияние температуры обжига на формирование структуры керамических стеновых материалов из тонкодисперсных отходов обогащения железных руд// Известия вузов. Строительство. – 2014. – №1. – С. 33–42.

6.Ткачев А.Г., Яценко Е.А., Смолий В.А. и др. Влияние углепромышленных отходов на формовочные, сушильные и обжиговые свойства керамической массы// Техника и технология силикатов. – 2013. – №2. – С. 17–21.

7.Экологические, теоретические и технологические принципы использования фосфорного шлака и золошлакового материала в производстве высокомарочного керамического кирпича: монография/ В.З. Абдрахимов, И.В. Ковков. – Самара: изд-во ООО «Центр Перспективного Развития», 2009. – 156 с.

8.Юшкевич М.О., Роговой М.И. Технология керамики: учеб. пособие. – М.: Изд-во литературы по строительству, 1969. – 350 с.

Строительные отходы, в том числе кирпичные, образующиеся в больших объемах при проведении ремонтных работ, до настоящего времени в основном вывозятся на свалки твердых бытовых отходов (ТБО). При этом не только значительно увеличиваются объемы свалок, но и безвозвратно теряется невозобновимое минеральное сырье, ресурсы которого ограничены. Отсутствие в мировой практике действенных способов массовой утилизации отходов строительной отрасли выдвинуло задачу изыскания новых подходов и технологий по их вовлечению в хозяйственный оборот.

Данная работа посвящена изучению свойств кирпичных отходов как техногенного минерального сырья строительного назначения. Актуальность решения такой задачи обусловлена, с одной стороны, экологическими проблемами снижения ресурсоемкости строительных материалов и изделий, с другой - вопросами социально-экономического развития региона. Известно, что минерально-сырьевая база исчерпывается с возрастающими темпами и является недостаточной для удовлетворения потребностей строительной отрасли в минеральных ресурсах, что определяет необходимость вовлечения в ресурсный цикл техногенных материалов. При этом большими возможностями для использования техногенного сырья обладает производство керамического кирпича . Вработах доказана возможность применения различных техногенных материалов при производстве керамического кирпича в качестве добавки, а в некоторых композициях в качестве основного сырья , замещая частично или полностью невозобновимые исчерпаемые ресурсы глинистых пород. Большой объем производства керамического кирпича позволяет утилизировать промышленные отходы в значительных количествах и широком диапазоне их состава с использованием традиционной технологии и аппаратурного оснащения. Кроме того, создание сырьевых композиций с применением техногенных материалов в качестве добавки является одним из путей расширения масштабов использования низкосортных глинистых пород, повышения технических свойств и понижения стоимости получаемого керамического кирпича.

С точки зрения рационального природопользования бой керамического кирпича представляет собой недоиспользованное сырье строительного назначения, способное обеспечить керамическую промышленность высококачественным отощающим материалом подобным шамоту. Известно , что шамот является одним из наиболее качественных отощителей глин. Шамот в отличие от других отощителей не снижает огнеупорность керамической массы, но является дорогим материалом, и поэтому его не применяют для изготовления дешевых керамических изделий, в частности керамического кирпича.

Целью проводимых исследований являлась оценка применимости вышедшего из употребления керамического кирпича для использования как компонента сырьевой шихты строительных композитов.

Материалы и методы исследования

В исследованиях использовали бой керамического кирпича, образующийся в качестве отхода при замене кирпичной кладки в процессе проведения ремонтных работ на предприятии теплоэнергетики. Исследуемый отход рассматривался как отощающая добавка в составе керамической массы для получения керамического черепка строительного назначения. Вкачестве основного сырья использовались глинистые породы местных месторождений. Сырье глинистое было испытано в соответствии с требованиями ГОСТ 9169-75 «Сырье глинистое для керамического кирпича» и нормативными методиками ГОСТ 21216-2014 «Сырье глинистое. Методы испытаний». По физико-механическим свойствам, определяемым числом пластичности и показателем огнеупорности, они относятся к среднепластичному и легкоплавкому глинистому сырью, а по гранулометрическому составу к низко- и среднедисперсным. По минеральному составу исследованные в эксперименте образцы глинистых пород относятся к полиминеральным, в основном монтмориллонитовым глинам. По химическому составу они соответствовали требованиям ГОСТ 32026-2012, ГОСТ 9169-75 и ОСТ 21-78-88 к сырью для керамической промышленности.

Экспериментальные исследования в работе включали разработку составов сырьевой шихты и изготовление образцов керамического черепка. Составы керамических масс разрабатывались с использованием методов строительного материаловедения и математического моделирования. Сырьевые материалы, смеси, образцы подготавливались по стандартной методике.

На стадии подготовки бой кирпича измельчался путем сухого помола в шаровой мельнице до тонкости помола с остатком на сите №008 не более 5мас. %. Отсеянный на сите №008 кирпичный порошок (насыпной плотностью ρн=1256кг/м3) в количестве 5-35мас. % смешивался с глиной до получения однородной массы. Сырьевая шихта затворялась водой до образования пластичного теста. Из подготовленной керамической массы методом пластического формования изготавливались лабораторные образцы-кубы размером 70×70×70мм. Изготовленные образцы выдерживались при температуре (20±5) °C в течение 24часов. Расформованные образцы досушивались в сушильном шкафу в течение 4ч при температуре (105±2) °С. Обжиг образцов проводился в муфельной печи SNOL6,7/1300. Режим обжига устанавливался с учетом компонентного состава сырьевой шихты. Максимальная температура обжига рассчитывалась по формуле

где - массовые доли в шихте оксидов кремния, алюминия, кальция, магния, железа, мас. %.

Для исследованных составов сырьевой шихты в выбранных интервалах варьирования массовой доли порошка кирпичного боя максимальная температура обжига определялась в пределах 900-950 °С.

Оценка качества изготовленных в лабораторных условиях образцов проводилась на соответствие нормативным требованиям ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия» по показателям: водопоглощение, средняя плотность, объемная воздушная и огневая усадка (ГОСТ 7025-91 «Кирпич и камни керамические и силикатные. Методы определения водопоглощения, плотности и контроля морозостойкости»), механическая прочность при сжатии (ГОСТ 8462-85 «Материалы стеновые. Методы определения пределов прочности при сжатии и изгибе»), коэффициент теплопроводности (ГОСТ 7076-99 «Материалы и изделия строительные. Метод определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме»), марка по средней прочности образцов. Образцы испытывались в лабораторных условиях.

Оставался открытым вопрос утилизации остатка на сите №008, представленного фракцией кирпичного порошка с примесью кладочного раствора на его поверхности. Внастоящей работе этот остаток был исследован в качестве механически активной составляющей сырьевой шихты для получения декоративных бетонов мелкоразмерных элементов дорожного мощения (тротуарных плит и элементов фигурного мощения). Основная задача проводимых исследований состояла в определении возможности использования такой фракции кирпичного порошка в составе сырьевой шихты для получения бетонов дорожных элементов с эксплуатационными свойствами, удовлетворяющими требования ГОСТ на соответствующие виды изделий, и улучшенными цветовыми характеристиками.

Мелкоразмерным элементам мощения на современном этапе развития строительных технологий уделяется большое внимание . Вотличие от сплошных асфальтовых покрытий применение сборных элементов сравнительно небольших размеров для устройства тротуаров, пешеходных дорожек и площадей считается более целесообразным ввиду их гибкости. При перепадах температур эти одежды подвержены меньшим деформациям, являются более ремонтопригодными и менее ресурсоемкими, не вызывают нарушения равновесия в системе атмосфера почва гидросфера, способствуют повышению санитарно-гигиенических условий городской среды. Характерной современной особенностью тротуарных плиток является возможность их изготовления с применением различных технологий и методов модификации структуры и свойств бетонов, обеспечивающих повышенную стойкость к воздействию агрессивной среды и механическим нагрузкам. Для придания архитектурной выразительности используются различные пигменты.

Составы сырьевых смесей разрабатывались расчетно-экспериментальным методом с использованием портландцемента, кварцевого песка с модулем крупности более 2,5 и добавки кирпичного порошка. Вкачестве пластифицирующей добавки был использован реламикс Т-2. Расход воды определялся из расчета водоцементного отношения в пределах 0,37-0,47. Компонентный состав сырьевой шихты изменялся в пределах, мас. %: 23 - портландцемент, 52-77 - кварцевый песок, 0-25 - порошок кирпичного боя.

В эксперименте использован метод объемного окрашивания бетона. Технология приготовления бетона предусматривала раздельность процесса. На первом этапе приготавливалась гомогенная смесь цемента с добавкой порошка кирпичного боя. Последующие операции приготовления раствора бетона и изготовления образцов осуществлялись в соответствии с требованиями ГОСТ. Для испытаний из подготовленной массы были изготовлены методом виброформования образцы-кубы размером ребра 70×70×70мм.

Оценка декоративных качеств бетонных фактур и цветоустойчивости проводилась визуальным способом в естественных условиях. Для оценки соответствия качества образцов бетонов нормативным требованиям ГОСТ 17608-91 «Плиты бетонные тротуарные. Технические условия» проводились испытания на прочность при сжатии (ГОСТ 10180-2012 «Бетоны. Методы определения прочности по контрольным образцам») и определялись марка бетона (ГОСТ 26633-2012 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия»), водопоглощение (ГОСТ 12730.3-2012), средняя плотность (ГОСТ 12730,1-2012), морозостойкость (ГОСТ 10060.4). Предел прочности при сжатии определялся путем испытания образцов на гидравлическом прессе. Образцы испытывались в лабораторных условиях в возрасте 28суток. Испытание материала на водопоглощение проводилось путем насыщения стандартных образцов бетона водой. Морозостойкость материала определялась в соответствии с требованиями ГОСТ 10060.4 путем переменного замораживания и оттаивания стандартных образцов бетона в насыщенном водой состоянии.

Результаты исследования и их обсуждение

При исследовании зависимости между содержанием порошка кирпичного боя в составе сырьевой шихты и основными физико-механическими характеристиками образцов керамического черепка (водопоглощение, средняя плотность, объемная воздушная и огневая усадка, теплопроводность, предел прочности при сжатии) использовался метод линейной регрессии. Степень нелинейности рассматриваемых зависимостей устанавливалась определением значения коэффициента детерминации R2 при аппроксимации параметров уi (водопоглощение, средняя плотность, объемная усадка, теплопроводность, предел прочности при сжатии) линейной моделью

Модель строилась на основании результатов фактического эксперимента и аналитически описывает полученные в опытах зависимости (рисунок).

Высокое значение коэффициента R2 для зависимостей определяемых показателей от содержания в шихте порошка кирпичного боя обусловлено практически линейным характером.

Анализ экспериментальных данных, приведенных на рисунке, показывает, что увеличение доли кирпичного порошка в шихте приводит к некоторому повышению водопоглощения. Вто же время четко прослеживается динамика снижения значений общей усадки, средней плотности, коэффициента теплопроводности, прочности образцов при сжатии. Всоответствии с нормативными документами для разных видов изделий строительной керамики нормируется водопоглощение, которое не должно превышать 20мас. % и является качественной характеристикой процесса спекания. На графике водопоглощения (рисунок,а) данное значение является лимитирующим при оптимизации керамической шихты и позволяет определить с учетом полученных значений усадочных деформаций, средней плотности, коэффициента теплопроводности и прочности при сжатии рациональный диапазон изменения содержания кирпичного порошка в двухкомпонентной шихте на основе легкоплавкой глины при определенной температуре обжига. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использовать кирпичные отходы в действующей технологии керамического кирпича марки М125, М150 с содержанием в двухкомпонентной шихте кирпичного порошка до 30мас. % при температуре обжига до 950 °С, что соответствует нормативным требованиям ГОСТ 530-2012 «Кирпич и камень керамические. Общие технические условия». Оптимальное содержание измельченного боя керамического кирпича 10-30мас. %. При увеличении более 30мас. % уменьшается прочность при сжатии ниже нормируемого и повышается водопоглощение образцов, а при уменьшении его содержания менее 10мас. % не наблюдается существенного снижения коэффициента теплопроводности. Изделия, изготовленные из легкоплавкой глины с добавкой в пределах изменения в составе керамической массы массовой доли порошка боя керамического кирпичного, имеют достаточную насыщенность цвета и чистоту цветового тона. Влияния эффекта взаимодействия компонентов сырьевой шихты на показатели определяемых физико-механических характеристик изготовленных в условиях эксперимента образцов керамического черепка не установлено.

Вид экспериментальных зависимостей показателей от содержания порошка кирпичного боя в составе сырьевой шихты: а - водопоглощение; б - средняя плотность; в - объемная усадка; г - теплопроводность; д - предел прочности при сжатии; е - экспериментальные данные; - данные расчета по модели в программе МS Excell

Образцы бетона изделий мелкоразмерных элементов мощения, изготовленные с добавкой кирпичного порошка в пределах до 20мас. %, по показателям марочной прочности на сжатие и средней плотности соответствовали требованиям ГОСТ 17608-91. Введение порошка кирпичного боя в сырьевую шихту в больших количествах вызывает снижение прочностных характеристик бетона и повышение водопоглощения. Морозостойкость изготовленных опытных партий образцов бетона в исследованном диапазоне компонентного состава относительно высокая и отвечает величине, регламентированной ГОСТ 17608-91. Изделия, изготовленные на основе сырьевой шихты с добавкой порошка кирпичного боя, имели достаточную насыщенность цвета и чистоту цветового тона.

Заключение

Результаты исследований показали, что утилизация вышедшего из употребления керамического кирпича в качестве отощающей добавки в составе керамической массы для получения керамического черепка строительного назначения и для частичной замены природного песка в производстве бетона мелкоразмерных элементов дорожного мощения является перспективным направлением его использования. Кроме того, создание сырьевых композиций с применением отходов в качестве добавки является одним из путей снижения стоимости получаемых изделий и предотвращения их размещения на объектах складирования, что принципиально для обеспечения рационального использования сырьевых ресурсов.

Полученные данные носят оценочный, предварительный характер, но они позволяют акцентировать внимание на существующей проблеме и необходимости проведения комплексного исследования, требующего своего дальнейшего теоретического изучения и углубления технологических проработок.

Библиографическая ссылка

Фоменко А.И., Грызлов В.С., Каптюшина А.Г. ОТХОДЫ КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА КАК ЭФФЕКТИВНЫЙ КОМПОНЕНТ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОМПОЗИТОВ // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2-2. – С. 260-264;
URL: http://top-technologies.ru/ru/article/view?id=35613 (дата обращения: 26.02.2020). Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

В последние годы крупные промышленные предприятия часто обвиняют во вреде наносимом экологии. Видимо поэтому сейчас все чаще стали появляться идеи бизнеса, в которых массовое производство совмещается с пользой для экологической обстановки на планете. Одной из таких бизнес идей можно назвать изготовление строительных материалов из отходов других производств, а попросту говоря из мусора.

Давайте рассмотрим один из уже существующих типов производства подобных стройматериалов – кирпичей и блоков из вторсырья.

Как можно использовать «мусор» для производства кирпичей
Сразу хочется отметить, что все примеры производства кирпичей и блоков из отходов различных промышленных производств находятся на уровне стартапов. Но все это более чем перспективные проекты, каждый из которых может вырасти в высокодоходный бизнес.

И сразу же хочется рассмотреть то, почему у подобного бизнеса есть большие перспективы:

Дешевое сырье. То, что станет сырьем для изготовления вашей продукции, другими производителями рассматривается как отходы, от которых нужно избавляться, затрачивая на это собственные ресурсы. Предложите подобным бизнесменам или муниципальным организациям услуги по вывозу отходов, и вы обеспечите себя дешевым сырьем.

Возможность выиграть тендеры. Если для запуска бизнеса вам придется участвовать в тендерах, то на вашей стороне будет то, что своим производством вы улучшите экологическую обстановку в регионе, и обеспечите рынок доступными строительными материалами.

Широкая целевая аудитория. Производимые вами строительные материалы будут интересны для малоэтажного строительства, создания канализационных систем, возведения цехов и производственных помещений и т.д. Спрос будет обеспечен доступной ценой, которая ниже на 10-15% в сравнении с традиционными строительными материалами.

Перспективы открываются большие. А теперь рассмотрим, как их уже реализуют на практике.

Примеры производства кирпича из вторичных отходов

Теперь рассмотрим несколько вариантов использования отходов для производства кирпича:

Кирпич из котельной золы
Данная технология разработана в Массачусетском университете, показала себя успешной, и теперь внедряется на строительных работах в индийском городе Музаффарнагар. В качестве сырья используется зола из котельной (70%), к которой добавляется глина и известь. До этого котельную золу попросту закапывали в землю. А теперь из нее можно стоить комфортное жилье.

Блоки из строительных отходов
Следующий пример относится к изготовлению стеновых блоков, а не кирпичей. Производство было организованно во Владивостоке, там был создан завод по производству стройматериалов из строительных и производственных отходов. Все эти отходы подаются в шредер, измельчаются, превращаются в однородную массу, после чего из них формируются блоки для строительства зданий.

Кирпичи из бумаги.
Последний пример еще находится на стадии разработки. Из отходов бумажного производства и глины, создается масса, из которой формируют кирпичи, далее обжигаемые в печи. Технология разработана в университете Хаэна, и согласно отчетам их исследователей из данного материала можно создавать надежные малоэтажные энергоэффективные дома. Правда, такие кирпичи имеют более низкую прочность, чем традиционные, что требует дополнительных решений в армировании стен будущего здания

Бизнес идея производства кирпича из мусора, эта та отрасль, которая требует исследовательской смелости, технической смекалки и предпринимательского гения. Но если у вас получится реализовать подобный проект, то вы сможете занять главенствующее положение в только формирующемся рынке. А если вы предпочитаете полностью проработанное производство стройматериалов, то имеет смысл заняться изготовлением пенобетонных блоков и прочих традиционных стеновых материалов.
Контакты:

Адрес: Товарная, 57-В , 121135 , Москва ,

Телефон:+7 971-129-61-42 , Электронная почта: [email protected]

В. Путин: Уважаемые коллеги, добрый день! Очень рад всех приветствовать, всех участников, гостей съезда Российского союза промышленников и предпринимателей. Мы с вами встречаемся на этапе, когда раз…

Если вы задумали облагородить свой дом, но сильно тратиться не охота, из этой ситуации есть креативный выход. Все, что вам потребуется, это сделать ревизию в гараже, на даче, на чердаке или в кладовке…

в послeдниe годы крyпныe промышлeнныe прeдприятия часто обвиняют во врeдe наносимом экологии. видимо поэтомy сeйчас всe чащe стали появляться идeи бизнeса, в которыx массовоe производство совмeщаeтся с пользой для

Марат Хуснуллин о градостроительном развитии столицы, программе реновации и создании уникальных объектов. 2017-й год стал знаковым для всего московского стройкомплекса.…

гуру венчурного мира пол грэм - основатель y combinator, создатель yahoo! store и автор книги hackers & painters - делится своей философией бизнеса. за годы моей жизни я занимался несколькими довольно разными делами, но

Применение отходов угольных шахт в качестве сырья для получения керамического кирпича.

Б.С. БАТАЛИИ, доктор техн. наук, профессор, ТА. БЕЛОЗЁРОВА, старший преподаватель, С.Э. MAXOBER М.Ф. ГАЙДАЙ, -: Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ).
В статье представлены экспериментальные данные по использованию отходов угольной промышленности. Установлено, что терриконики могут быть использованы для получения керамических изделий с высокими эксплуатационными характеристиками.

Породные отвалы угольных шахт в настоящее время рассматриваются как техногенные месторождения, содержащие целый ряд полезных компонентов, пригодных для использования. Назрела необходимость создания предприятий для комплексной их разработки, что позволит решить ряд проблем шахтерских городов и районов: снизить экологическое загрязнение окружающей среды, вернуть в оборот земли, находящиеся в настоящий момент под террикониками, получить ценную продукцию, востребованную на рынке, решить ряд социальных проблем.

Значительные объемы шахтных пород и отходов могут быть использованы в строительной индустрии. Однако нестабильность состава и свойств - один из главных факторов, сдерживающих их использование. Но с соблюдением некоторых приемов подготовки и переработки может быть получена качественная продукция, выпуск которой вполне посилен малому предприятию.

Из литературных источников [ 1 ] известно, что на основе террикоников разных угольных месторождений могут быть получены строительные материалы различного состава и назначения, в т.ч. керамические материалы - изделия строительной и художественной керамики, огнеупоры.

Исследования, проведенные нами, показали следующее: поскольку в составе этих террикоников содержатся лещадные зерна и зерна слабых пород в количестве, превышающем допуски, установленные нормативными документами , использование их в качестве заполнителей для бетонов нецелесообразно.

Активированные вяжущие могут быть получены либо низкомарочные, либо требующие обязательной тепловлажностной обработки при использовании в растворах или бетонах. Эксперименты показали, что наиболее реальный способ переработки террикоников может быть осуществлен лишь с применением высокотемпературных технологических процессов.

В связи с тем что в России налажен выпуск серийного оборудования для производства керамики строительного назначения «сухим» способом (ассоциация АССТРОМ, Ростов-на-Дону), появилась реальная возможность переработать терриконики в строительную керамику.

Целью работы, описанной в этой статье, является исследование возможности получения из террикоников Кизеловского бассейна керамических изделий строительного назначения, в частности керамического кирпича.
Терриконики представлены двумя разновидностями отвальных пород: «черными» - углистыми глинистыми сланцами и аргиллитами; «красными» - так называемыми горелыми породами, подвергшимися обжигу в результате самовозгорания сланцев и аргиллитов.

Химический состав террикоников приведен в табл. 1. Оба вида террикоников присутствуют в виде крупного щебня и песка .

Как видно из табл. 1, химический состав террикоников обоих видов примерно соответствует составу кирпичных глин. При этом черный сланец содержит глинистые минералы типа каолинита и иллита, а также полевые шпаты, хлориты и серицит. Кроме того, в них содержатся кварц, корунд, магнетит, гематит, сульфаты, карбонаты, сульфиды и самородная сера.

Черный цвет этих пород связан с наличием в них дисперсного углерода. При этом черные сланцы в воде не набухают и имеют слоистое строение, небольшую механическую прочность, но при этом являются вязкими (малохрупкими).

Красный (горелый) сланец содержит продукты термического преобразования минералов черного сланца. При таком преобразовании химический состав сланца меняется мало, тогда как минеральный претерпевает существенные изменения. Глинистый сланец становится по составу аналогом шамота. Слоистое сложение переходит в более массивное, увеличивается механическая прочность, но при этом возрастает хрупкость.

Таким образом, по химическому и минералогическому составу оба сланца, взятые в соотношении 1:1, аналогичны подготовленной керамической массе, включающей выгорающую (уголь) и отощающую (красный сланец) добавки. Чтобы масса такого состава, измельченная до состояния тонкого порошка, обладала формуемостью, необходимой для получения кирпича, в нее необходимо ввести связку. Роль связки может выполнять глина. Количество глины необходимо такое, чтобы обеспечить хорошую формуемость при сухом (полусухом) прессовании. В качестве связки была использована глина одного из месторождений Пермского края. Химический состав глины приведен в табл. 2.

Важную роль для получения высококачественной керамики играет степень измельчения исходных террикоников и соотношение «черного» и «красного» в составе сырьевой смеси. В ходе исследований было установлено, что если измельчить терриконики до состояния песчаной фракции 0-5 мм, то образцы получаются низкой прочности, с дефектами на поверхности. Было исследовано влияние степени измельчения террикоников на формуемость массы и свойства сырца и черепка. С этой целью использовали измельчение и механическую классификацию породы до полного прохождения через сита 2,5, 1,25 и 0,63.

В результате этой работы был сделан вывод, что оптимальная степень измельчения возникает при дроблении и последующем помоле до полного прохождения через сито 0,63. При этом после обжига получается равномерно обожженный черепок без дефектов.

Определили водные, формовочные, сушильные и огневые свойства смесей из террикоников обоих видов.

Формовочную влажность определяли следующим образом: взвешивали навески по 100 г смесей. Навески поделены по 20 г на 5 равных частей. Каждую навеску увлажняли водой в следующих количествах: масс. %: 5; 7,5; 10; 12,5; 15. Изкаждой увлажненной смеси сформировано в пресс-форме диаметром 20 мм по одному образцу-цилиндру при нагрузке 200 кГс. Сформованные образцы сразу испытали на сжатие.

Результаты испытаний представлены в табл. 3.

Таблица 1. Химический состав террикоников

№№ пп	Si0 2	TiO 2	А1 2 O 3	Fe 2 O 3	МnО	MgO	СаО		K 2 O 5	P 2 O
1А	50,85	1,277	17,16	5,31	0,009	0,11	0,38		2,35	0,092
2А	51.04	1,449	21.75	14.16	0,019	0,00	1.60		2,25	0,114
ЗА	30,05	1,152	15,18	4,56	0.007	0,00	0,19		2,55	0,056
4А	45,22	1,295	17,11	9,65	0,007	0.11	0,16		2,43	0,076
1B	47,48	1,032	14.78	5,99	0,007	0,02	0,16		1,88	0,093
2В	52,99	1,383	19,88	14,31	0,020	0,00	1.92		2,07	0,105
ЗВ	45,15	1,130	15,29	4,61	0,007	0,09	0.14		2,20	0,096
4В	58,67	1,192	16,57	8,34	0,013	0,24	0,13		2,29	0,095

Примечание: 1А-4А черные терриконики; 1В-4В красные терриконики

Таблица 2. Химический состав глины

	ППП	SiO,	А1,0,	ТЮ,	FeA	СаО	MgO	S0 3	К,0	Na 2 0
	6,75	63,48	12,87	0,74	4,76	5,57	1,84	0,02	2,02	1,75

Таблица 3. Показатели формовочной прочности смесей

Состав			Формовочная прочность, кг/см 2 при влажности, %
«черный» терриконик	«красный» терриконик	глина		7,5
				14
				12
				9,2
				6,8
				5,8
				4,2

Полученный путем экспериментов оптимальный состав смеси, при котором получается черепок наилучшего качества, масс. %: «черный» терриконик - 45; «красный» терриконик - 45; глина - 10; вода - 7. Оптимальное давление прессования 400-500 кг/см2. Остальные эксперименты проводили на прессованных образцах-цилиндрах, оптимального состава высотой и диаметром 50 мм, полученных при оптимальном давлении.
Интервал спекания, установленный экспериментально по величине водопоглощения, составляет 950-1100°С.

Оптимальная температура спекания 1050°С. Время спекания в лабораторной муфельной печи 6-8 часов. После обжига определяли свойства полученных образцов: прочность, плотность, коэффициент размягчения, водопоглощение и морозостойкость.

Получены следующие результаты. При прочности при сжатии 156 кг/см2 образцы имеют плотность 1510 кг/м3, водопоглощение 10,1%, коэффициент размягчения 0,97. При испытании на морозостойкость образцы выдержали без потери массы 50 циклов.

Ранее нами было установлено, что добавка расщепленных олигопептидов в виде концентрата БГ-20, применяемого в качестве пенообразователя, повышает прочность керамического черепка, полученного методом шликерного литья и пластического формования. Была высказана гипотеза о причине повышения прочности черепка при использовании такой добавки . Гипотеза предполагает, что в ходе обжига керамической массы, включающей олигопептиды, происходит синтез наноструктурных элементов, которые затем служат центрами кристаллизации расплава, образующегося при спекании. По принятой классификации такой материал можно считать нанокомпозитом.

Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии образца от количества пенообразователя в составе сырьевой смеси

Рис2. Зависимость плотности образцов от количества пенообразователя в составе сырьевой смеси

Если гипотеза имеет основания, то эффект повышения прочности черепка не должен зависеть от способа формования изделий. Для проверки этого предположения нами были проведены эксперименты, в которых использовали составы керамической смеси, включающие 2, 4 и 6% по массе БГ-20. После добавления пенообразователя более 6% прочность практически не меняется, а после 12% резко падает. Поэтому чтобы избежать перерасхода пенообразователя, за оптимальное количество принято 4-6%. Количество воды при этом уменьшали на такие же величины. Все остальные условия эксперимента сохраняли, как описано выше. Результаты испытаний приведены на рис. 1. Интересен тот факт, что плотность при этом практически не меняется, что показано на рис. 2.

Таким образом, в результате проведенной работы было экспериментально показано, что из смеси черных и красных пород может быть получена нанокомпозиционная крас—ожгущаяся керамика строительного назначения. Были газработаны рецептуры и технологические режимы производства облегченного керамического кирпича методом сухого прессования.

Эксперименты показали, что при применении сухого прессования отходы угольной промышленности - Кизеловские терриконики, могут быть использованы для получения керамического кирпича марок 75-250 по ГОСТ 580-2007.

На основе проделанной работы можно сделать вывод о том, что терриконики Кизеловского бассейна пригодны для получения керамического кирпича и художественной керамики, при условии измельчения обоих видов терриконика до фракции 0,63, введения 10-12% глины в состав смеси и применения в качестве упрочняющей добавки белкового пенообразователя БГ-20 в количестве 4-6%.

Библиографический список
1. Буравчук Н.И. Перспективные направления утилизации отходов добычи и сжигания углей. Институт механики и прикладной математики им. И.М. Воровича Южного федерального университета, Ростов-на-Дону.
2. ГОСТ’8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия: Межгос. стандарт. — Введ. 01.01.95.
3. Максимович Н.Г. Рост кристаллов и другие процессы в гелеобразных средах при химическом загрязнении грунтов //Минералогия техногенеза — 2007. — Миасс, 2007. — С. 189-212.
4. Баталин Б. С. Нанотехнология и строительные материалы. // Технологии бетонов, 2009, № 7-8. С. 78-79.
5. Birkholz М., Albers U. and Jung Т. Nanocomposite layers of ceramic oxides and metals prepared by reactive gas-flow sputtering, 179, pp. 279-285 (2004).

В России скопилось более 80 млрд т твердых отходов.

Отходы - это деньги, а не проблема

Мы привыкли жить, бездумно считая, что воздух всегда будет чистым, а воду в кране всегда можно будет пить без вреда для здоровья. Мы выносим мусор в контейнеры или просто бросаем на тротуарах (а иногда - и на газонах), наивно полагая, что весь этот пластик, стекло, бумага, металлы, тряпье - все это куда-то исчезнет само собой.

Действительно, многие бытовые отходы - древесина, текстиль, трава, листья - утилизируются микроорганизмами. Однако человек в процессе своего развития создал множество синтетических химических веществ, не встречающихся в природе и, следовательно, не способных подвергаться естественному разложению. Пластик, например, в настоящий момент составляет до 8 % веса и 30 % объема упаковочных материалов. При этом абсолютное количество пластиковых отходов в развитых странах удваивается каждые десять лет. Помимо пластика каждый год в мире синтезируются более 10 тыс. новых химических веществ и большинство из них, после того как станут не нужны, способны многие годы оказывать неблагоприятное воздействие на природу. К сожалению, производители, создав новую продукцию, не несут ответственности за то, что с ней станет, после того как она отслужит свой срок (В. Былинский. Мусорная катастрофа / Мир новостей. - Январь, 2005. № 2 (576)).

Если говорить о России в целом, то каждый год на территории страны образуется около 7 млрд т всех видов отходов. Только твердых бытовых отходов к настоящему времени накоплено уже около 80 млрд т. А по оценкам специалистов, через 2,5 г. объем образующегося в крупных городах мусора может увеличиться вдвое.

Из общей мусорной массы ежегодно в стране закапывается около 9 млн т макулатуры, 1,5 млн т черных и цветных металлов, 2 млн т полимерных материалов, 10 млн т пищевых отходов, 0,5 млн т стекла... Иными словами, уничтожаются отходы, являющиеся потенциальным вторичным сырьем (бумага, стекло, металл, полимеры, текстиль и др.) В этом смысле мусорную кучу можно и нужно рассматривать как своеобразное «золотое дно», ведь отходы - ресурс уникальный по своему многокомпонентному составу, по непрерывности и стабильности воспроизводства. Собственники данного ресурса (мегаполисы, города с небольшой численностью населения, поселки городского типа и др.) вправе распорядиться им по своему усмотрению: либо, по возможности, извлекать прибыль, либо нести убытки от неумелого управления.

А использовать этот ресурс можно по-разному. К примеру, рачительные японцы, не только перерабатывают до 80 % образующихся отходов, но и остающимся после переработки «хвостам» (неутилизируемой части отходов) тоже находят полезное применение. Чтобы отвоевать у океана так необходимые ей участки суши, в Японии используют утрамбованный мусор для строительства дамб. Так, Одайба - фактически «мусорный» остров. Вторым (менее известным, но не менее красивым) из «мусорных» островов является Тэннозу. Кстати, если Одайба известен в Японии как место романтически свиданий, то Тэннозу - место жительства богатой столичной публики.

Фото 1. «Мусорные» острова Японии.

В России на фоне неразвитого в целом системного регулирования отходов московская система управления отходами на сегодняшний день, пожалуй, одна из лучших. Трудно назвать какую-либо известную в мире технологию работы с ТБО, которую не применяли бы в том или ином виде в столице. Но особенно радует то, что сегодня городское правительство уверенно держит курс на системную промышленную переработку коммунальных отходов.

Однако определилась тенденция вынужденного резкого снижения ресурса полигонного захоронения отходов. В связи с этим особую актуальность получают технологии, в результате которых появляется возможность существенно снизить нагрузку на полигоны, и более того - сделать их экологически безопасными. Решить эту проблему позволяют и современные технические решения.

Технологические принципы управления отходами

Все применяемые современные комплексные системы управления коммунальными отходами традиционно состоят из следующих основных блоков, осуществляющих следующие основные функции:

• сбор отходов (в основном - контейнерные площадки);
• транспортирование отходов до мест сортировки (традиционные мусоровозы);
• сортировка с выделением полезных фракций (вторичных материальных ресурсов) и последующим направлением их на промышленную переработку;
• обезвреживание бесполезных остатков («хвостов») и захоронение их на полигонах или сжигание на мусоросжигательных заводах с последующим захоронением шлаков и золы.

В соответствии с осуществляемой, к примеру, в Москве концепцией обращения с отходами сжиганию в принципе подлежит только лишь то, что нельзя (или в настоящее время невыгодно) перерабатывать. Закапывать же на полигонах следует только то, что нельзя сжечь.

Предлагаемая комплексная система управления коммунальными отходами (см. ТБО № 9, 10, 2007 г., № 1, 2008 г.) предполагает использование инвестиционно привлекательных технологических и организационных решений. При этом использование эффективных технологий позволяет реально организовать селективный сбор бытового мусора, адаптированный к российским условиям. Выборка вторресурсов достигает 50 % от объема всех ТБО, вырабатываемых на обслуживаемой территории, в разы снижается объем «хвостов», вывозимых для захоронения.

Использование принципа сортировки отходов в непосредственной близости к источнику их образования также дает возможность получать и направлять в том числе на сжигание отходы с заданным морфологическим составом. Это позволит оптимизировать работу мусоросжигательных заводов.

Дополнительный эффект может дать использование новой технологии переработки остающихся «хвостов» в экологически безопасные (например, строительные) материалы. Подобная технология и технические средства для ее реализации разработаны фирмой City Waste Technology (Германия) и используются в городе Манила (Филиппины).

Для реализации этого процесса в традиционной схеме мусоросортировочного завода вместо конечного участка прессования «хвостов» для захоронения на полигонах должны быть использованы три новых блока. Эти блоки обеспечивают их механическую обработку (измельчение), химическую обработку и производство конечной продукции.

В блоке механической обработки происходит предварительное и вторичное измельчение «хвостов» ТБО, КГМ и строительных отходов.

При обеспечении такого технологического процесса на мусоросортировочном заводе производительностью, например, 100 т в день, предварительное измельчение отходов происходит с помощью низкооборотного шредера со скоростью вращения 23 об/мин при пропускной способности около 12,5 т/ч. На выходе получаются материалы размером около 250 мм. Последующее вторичное измельчение позволяет получать фракции размером 15-20 мм. Для этого используется высокооборотный шредер со скоростью вращения 240 об/мин. при пропускной способности около 6,5 т/ч. Измельчение строительных отходов осуществляется дробилкой производительностью 100-350 т/ч. Мелкая органическая фракция отделяется с помощью барабанного сита (пропускная способность около 6,5 т/ч).

Фото 2. Обработка измельченных отходов в реакторе

Химическая обработка полученного материала позволяет осуществлять его обезвреживание, дезинфекцию (уничтожение бактерий, грибков и т.п.), нейтрализацию и иммобилизацию тяжелых металлов. Сам процесс происходит в специальном реакторе шагового типа (емкость - 3 000 л/шаг) с использованием планетарной мешалки вихревого типа. В реакторе измельченный обрабатываемый материал смешивается со специальными химическими ингредиентами, в результате чего происходит его химическая обработка. В реактор химические ингредиенты поступают из компактной установки, в которой осуществляется смешивание, хранение и дозирование реактивов.

Фото 3. Обезвреженные «хвосты» ТБО - заполнитель для бетонов

Полностью обезвреженный таким образом материал уже в качестве сырья для производства стройматериалов попадает в блок производства продукции, где смешивается с цементом и различными инертными добавками. В качестве основных узлов блока могут быть использованы загрузочная единица с ковшовым подъемником, радиальный и планетарный смесители. После формовки получаются строительные материалы.

Фото 4. Процесс производства «мусоробетона»

Такая технология позволяет из 1 000 т отходов получить до 800 т стройматериалов, ассортимент которых может включать в себя до 200 наименований (строительные блоки, панели, дорожная плитка, кирпичи, бетонные трубы, черепица и т.п.).

Вид и качество бетонных изделий зависят от:

• морфологического состава отходов (в данном случае - «хвостов»);
• вида и количества инертных добавок (песок, гравий, утилизированные строительные материалы);
• вида цемента, его количества и качества;
• цементных добавок (пластификаторы, ускорители, затвердители);
• используемой производственной техники, машин и оборудования.

Фото 5. Стройматериалы, полученные в результате переработки ТБО

В настоящее время в Москве получены и прошли испытания первые образцы стройматериалов, изготовленных по изложенной выше технологии. Разработаны и разрабатываются технические условия на ТБО-заполнители и конкретные виды изделий с их использованием, а также технологические регламенты изготовления стройматериалов и изделий с применением ТБО-заполнителей.

Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека выданы положительные санитарно-эпидемиологические заключения (№ 77.01.03.571.П.016782.04.06 от 3 апреля 2006 г. и № 77.01.03.574.П.016764.04.06 от 3 апреля 2006 г.) на соответствие государственным санитарно-эпидемиологическим правилам и нормативам следующей проектной документации и продукции:

• ТУ 5712-072-00369171-06 «Заполнители из твердых бытовых отходов для бетонов»;
• ТУ 5742-073-00369171-06 «Бетон на заполнителе из твердых бытовых отходов»;
• заполнители из твердых бытовых отходов для бетонов, изготовленных по ТУ 5712-072-00369171-06;
• бетон на заполнителе из твердых бытовых отходов, изготовленного по ТУ 5742-073-00369171-06.

Фото 6. Бетон российского производства с заполнителями из ТБО.

В результате внедрения всего рассматриваемого технологического комплекса обеспечивается практически 100-процентная переработка потока всех отходов, образующихся на обслуживаемой территории, во вторичное сырье и строительные материалы - экологически безопасные ликвидные товары.

Полученные материалы пригодны не только для строительных работ, но и для рекультивации старых полигонов. Сокращается выделение фильтрата, попадающего в сточные воды, эмиссия парниковых газов. При вывозе полученных бетонных блоков (с максимальным использованием бытовых отходов в качестве наполнителей) на новые полигоны выделение свалочного газа вообще сводится к нулю. Соответственно использование в строительстве всех переработанных «хвостов» площадь полигонов вообще может быть сведена к нулю, что приведет к существенному оздоровлению экологической обстановки в нашей стране.

Проект характеризуется финансовой эффективностью и относительно низким (по сравнению с другими технологиями переработки отходов) уровнем требуемых инвестиций.

Производство кирпичей из мусора как бизнес

В последние годы крупные промышленные предприятия часто обвиняют во вреде наносимом экологии. Видимо поэтому сейчас все чаще стали появляться идеи бизнеса, в которых массовое производство совмещается с пользой для экологической обстановки на планете. Одной из таких бизнес идей можно назвать изготовление строительных материалов из отходов других производств, а попросту говоря из мусора.

Давайте рассмотрим один из уже существующих типов производства подобных стройматериалов – кирпичей и блоков из вторсырья.

Как можно использовать «мусор» для производства кирпичей?

Сразу хочется отметить, что все примеры производства кирпичей и блоков из отходов различных промышленных производств находятся на уровне стартапов. Но все это более чем перспективные проекты, каждый из которых может вырасти в высокодоходный бизнес.

И сразу же хочется рассмотреть то, почему у подобного бизнеса есть большие перспективы:

Дешевое сырье. То, что станет сырьем для изготовления вашей продукции, другими производителями рассматривается как отходы, от которых нужно избавляться, затрачивая на это собственные ресурсы. Предложите подобным бизнесменам или муниципальным организациям услуги по вывозу отходов, и вы обеспечите себя дешевым сырьем.

Возможность выиграть тендеры. Если для запуска бизнеса вам придется участвовать в тендерах, то на вашей стороне будет то, что своим производством вы улучшите экологическую обстановку в регионе, и обеспечите рынок доступными строительными материалами.

Широкая целевая аудитория. Производимые вами строительные материалы будут интересны для малоэтажного строительства, создания канализационных систем, возведения цехов и производственных помещений и т.д. Спрос будет обеспечен доступной ценой, которая ниже на 10-15% в сравнении с традиционными строительными материалами.

Перспективы открываются большие. А теперь рассмотрим, как их уже реализуют на практике.

Примеры производства кирпича из вторичных отходов:

Теперь рассмотрим несколько вариантов использования отходов для производства кирпича:

— Кирпич из котельной золы

Данная технология разработана в Массачусетском университете, показала себя успешной, и теперь внедряется на строительных работах в индийском городе Музаффарнагар. В качестве сырья используется зола из котельной (70%), к которой добавляется глина и известь. До этого котельную золу попросту закапывали в землю. А теперь из нее можно стоить комфортное жилье.

— Блоки из строительных отходов

Следующий пример относится к изготовлению стеновых блоков, а не кирпичей. Производство было организованно во Владивостоке, там был создан завод по производству стройматериалов из строительных и производственных отходов. Все эти отходы подаются в шредер, измельчаются, превращаются в однородную массу, после чего из них формируются блоки для строительства зданий.

— Кирпичи из бумаги

Последний пример еще находится на стадии разработки. Из отходов бумажного производства и глины, создается масса, из которой формируют кирпичи, далее обжигаемые в печи. Технология разработана в университете Хаэна, и согласно отчетам их исследователей из данного материала можно создавать надежные малоэтажные энергоэффективные дома. Правда, такие кирпичи имеют более низкую прочность, чем традиционные, что требует дополнительных решений в армировании стен будущего здания.

Бизнес идея производства кирпича из мусора, эта та отрасль, которая требует исследовательской смелости, технической смекалки и предпринимательского гения. Но если у вас получится реализовать подобный проект, то вы сможете занять главенствующее положение в только формирующемся рынке. А если вы предпочитаете полностью проработанное производство стройматериалов, то имеет смысл заняться изготовлением пенобетонных блоков и прочих традиционных стеновых материалов.