Твердые остатки производства соды как тонкодисперсный наполнитель в составе бетонов

Отходы содового производства по количеству ежегодного сброса (более 300 тыс. т) занимают третье место после фосфогипса и пиритных огарков. Накопления их составляют более 20 млн. т.

Наиболее вредным и объемным отходом производства соды является дистиллерная суспензия, образующаяся в количестве 8-10 м³ на 1 т соды. Это предопределено самой технологией, по которой не­возможно достичь полного использования сырья. Дистиллерная суспензия представляет собой раствор хлоридов Ca и Na, гидроксида и сульфата Ca. Твердый остаток дистиллерной жидкости (шлам карбоната Ca) в сухом виде пред­ставляет собой светло-серую массу плотностью около 970 кг/м³, на 70-80 % состоящую из частиц размером 0,1-0,2 мм. Его со­став зависит от качества используемых в содовом производстве сырьевых материалов, некоторых технологических и других факторов.

Состав основных компонентов обезвоженного шлама со­дового производства (шлама карбоната Ca) при влажности около 60% следующий (%): СаС0₃ 50-65; MgCO₃ 20-25; Ca(OH)₂ 4-10; СаС1₂ 5-10; SiO₂ + Al₂O₃ 5-10; CaSО₄ 3-9,5; SiО₂ 0-4,9. Как видно из приведенных данных, шлам содового производства представляет собой смесь карбонатов Mg и Ca, а так­же сульфата Ca, что свидетельствует о высоком ресурсном потенциале отхода, который может быть использован при про­изводстве строительных материалов.

Шламы содового производства могут быть использованы в строительной отрасли для производства и получения:

- вяжущего (в силикатном кирпиче, кладочном растворе, тощих бесцементных бетонах, ячеисто-бетонных изделиях, древесно-цементных материалах);

- минеральных заполнителей (в стеновых материалах, ас­фальтобетонных смесях);

- комплексных добавок.

Получение известьсодержащего вяжущего

Шлам карбоната кальция включает в себя ряд оксидов, представляющих собой части соединений силикатных систем, обладающих вяжущими свойствами, что указывает на принци­пиальную возможность получения вяжущих материалов на ос­нове этих отходов содового производства. При этом недостаток в дистиллерном шламе кремнеземистого компонента требует его компенсации, например, кварцевым песком.

Вяжущее для производства силикатного кирпича. В России были разработаны различные варианты технологии вяжущих материалов на основе дистиллерного шлама содовых производств. В соответствии с наиболее простым из них дистиллерный шлам, влажность которого 25-30 %, экскаватором от­бирают из шламонакопителя, подсушивают и затем измельчают с кварцевым песком (82,2-86,3 % SiO₂) в шаровой мельнице. Получаемый при этом продукт представляет собой бесклинкер­ный вяжущий материал автоклавного твердения с достаточно сложным химическим составом. Однако из-за низкой активно­сти исходного дистиллерного шлама, содержание активных CaO и MgO в котором составляет 12-14 %, получаемые на основе такого вяжущего изделия обладают невысокой прочностью, примерно соответствующей маркам 200-230. Обеспечение ста­бильности прочностных характеристик, кроме того, осложнено непостоянством состава дистиллерного шлама, затрудняющим оптимизацию состава получаемого вяжущего материала. Нали­чие в составе отходов хлорида и сульфата кальция значительно повышает реакционную способность сырьевой смеси, позволяя вести обжиг вяжущего при 950-1000 °С. Включение в технологию стадии обжига сырьевых материалов позволяет устранить пере­численные недостатки: при оптимальном режиме обжига полу­чаемый продукт характеризуется содержанием активных оксидов (CaO и MgO) > 40 %, что обеспечивает возможность достижения прочности затвердевшего камня на его основе, соответствующей марки вяжущего 500. В процессе обжига происходят дегидра­тация гидроксидов кальция и магния и разложение карбонатов, в результате чего содержание активных оксидов (СаО + MgO) по­вышается до 40-55 %. Известково-белитовое вяжущее на основе отходов производства соды соответствующей марки позволяет ис­пользовать его для производства силикатного кирпича.

Стерлитамакским производственным объединением «Сода» было изготовлено вяжущее известково-белитового типа, на ос­нове которого на опытном заводе ВНПО стеновых и вяжущих материалов был изготовлен силикатный кирпич. Технология производства силикатного кирпича с использованием вяжущего известково-белитового типа не отличается от общепринятой схемы получения кирпича на основе извести. Кирпич имел ров­ные грани и гладкую поверхность (размеры 120x250x65), масса кирпича в естественном состоянии составляет от 3,7 до 4,1 кг, плотность в среднем 2000 кг/м³. Кладку опытных образцов производили на сложном растворе состава цемент: известь: пе­сок, цемент: известково-белитовое вяжущее: песок и известково-белитовое вяжущее: песок.

По результатам исследований, приведенных в табл. 1, вид­но, что кладочный раствор, изготовленный с применением вя­жущего известково-белитового типа, набирает прочность к 14- дневному возрасту с закономерностью как и цементно-известко­вый, а с добавлением цемента раствор к 14-дневному возрасту достигает почти 100 % прочности.

Таблица 1

Прочность растворов на различных вяжущих в различные сроки твердения

Раствор	Относительная прочность раствора, % в возрасте, сут
Обычный цементно-известковый
Известково-белитовый
Цементно-известково-белитовый

Вяжущее на основе известково-белитового типа можно применять в строительных кладочных растворах с портландце­ментом и как самостоятельное вяжущее.

Стандарта на силикатный кирпич, изготовленный на извест- ково-белитовом вяжущем, не существует, поэтому его сравнивали с обычным силикатным кирпичом (ГОСТ 379-95 «Кирпич и кам­ни силикатные. Технические условия»). По морозостойкости кир­пич, изготовленный на известково-белитовом вяжущем, соответст­вует марке 100.

Целесообразно применение данного кирпича в стенах об­легченной кладки, чем будет достигаться экономия кирпича в 1,5-2 раза в зависимости от толщины стены сплошной кладки.

Вяжущее для производства тощих бесцементных бето­нов. Шлам дистиллерной жидкости производства соды в коли­честве 15-60% используется в качестве вяжущего при произ­водстве тощих бесцементных бетонов, состоящих из природных, техногенных грунтов и из промышленных отходов. Компо­нентный состав строительных материалов позволяет повысить прочность полученных материалов.

Разработанные материалы обладают высокой прочностью, водо- и моро­зостойкостью. Показано, что в предложенном компонентном со­ставе химически связываются тяжелые металлы в соединения, практически нерастворимые в кислой, щелочной и нейтральной средах. Поэтому они могут быть использованы в качестве осно­ваний автомобильных и железных дорог, аэродромов, полигонов твердых бытовых отходов и промышленных отходов, ядер пло­тин, материалов тампонажа карстовых и других пустот, буронабивных свай различных фундаментов и т.п. вместо песка, щеб­ня, песчано-гравийных смесей и др.

Вяжущее для производства ячеисто-бетонных изделий. На основе получаемого вяжущего в нашей стране в промыш­ленных масштабах было организовано производство блоков ячеистого бетона по литьевой технологии.

Технологический процесс предусматривает выпуск ячеисто-бетонных блоков размером 150x300x600 мм, массой не бо­лее 19 кг, плотностью 700 кг/см³. Морозостойкость изделий не ниже 35, предел прочности при сжатии не ниже 3,5 МПа. Блоки предназначены для кладки наружных, внутренних стен и перегородок жилых, общественных, сельскохозяйственных и вспомогательных производственных зданий и сооружений.

Твердые отходы содового производства использовали в ка­честве вяжущего при изготовлении ячеисто-бетонных изделий (стеновые панели, блоки гражданских и промышленных зда­ний) с целью повышения прочности и морозоустойчивости, снижение себестоимости. Поставленная цель достигается тем, что в качестве вяжущего используют предварительно про­каленную при 900-1000 °С молотую смесь шламов содового производства, отходов производства извести (недопала) и песка.

Исследование прочности и морозоустойчивости легкого ячеистого бетона на основе шламов содового производства по­зволило определить улучшение указанных характеристик по сравнению с известными составами для изготовления ячеисто- бетонных изделий.

 

Производство минеральных заполнителей

Производство минеральных заполнителей стеновых материалов. Отходы содового производства используются при производстве стеновых материалов в качестве минерального на­полнителя с целью повышения прочности изделий. Постав­ленная цель достигается тем, что сырьевую смесь готовят со­вместным помолом силикат-глыбы (10-20 мас.%) и шламов со­дового производства (80-90%) при скорости соударения частиц 100-500 м/с. Затем смесь увлажняют, формуют изделия и вы­держивают вначале при температуре 10-20 °С в течение 5-6 ч, затем при температуре 150-180 °С в течение 1-1,5 ч, что обес­печивает повышение прочности готовых изделий и утилизацию отходов производства.

Отходы содовой промышленности представляют собой известково-карбонатную смесь, состоящую на 95 % из кусков размером до 10 мм следующего химического состава (%): СаО_общ - 53,91; СаО_акт - 20,06; MgO - 1,52; CO₂ - 26,52; SiO₂ - 1,14; R₂O₃(Fe₂O₃ + A1₂O₃)- 1,14; SO₃ --0,23; Cl - 0,15; H₂O - 15,31.

Физико-химической основой процесса является интенси­фикация химического взаимодействия оксидов кальция и маг­ния, находящихся в отходах содового производства, с гидроси­ликатом натрия силикат-глыбы с последующим образованием гидросиликатов кальция и магния, что приводит к образованию прочного и водостойкого камня. Механоактивирование высоко­скоростным помолом приводит к возникновению новообразова­ний, образующих плотный и прочный камень при низкой тем­пературе термообработки.

Нижнее граничное значение содержания отходов содового производства в смеси составляет 80 %. Уменьшение количества отходов ниже этого предела снижает прочность изделий и при­водит к перерасходу силикат-глыбы. Верхнее граничное содер­жание отходов содового производства в смеси составляет 90 %. Увеличение количества отходов более 90 % значительно снижа­ет прочность изделий, что связано с недостатком силикат-глыбы для прохождения химических реакций.

Получение заполнителя для асфальтобетонных смесей. Экспериментальные исследования показали возможность использования шлама содового производства в качестве замены минерального порошка в составе асфальтобетонной смеси. Порошкообразный заполнитель для ас­фальтобетонных и битумно-минеральных смесей, полученный из твердого остатка шлама, образующегося в большом количе­стве при производстве кальцинированной соды, в смеси с мине­ральными компонентами (кварцевым песком, карбонатными породами, золами ТЭЦ) обеспечивает получение асфальтобето­нов, по основным свойствам соответствующих стандарту с луч­шими показателями трещиностойкости, чем у асфальтобетонов на обычных заполнителях.

Производство и применение отходов содового производства позволит расширить базу стройиндустрии, экономить природные карбонатные породы, заменить цемент, снизить себестоимость выпускаемой продукции – кальцинированной соды, а также сохранить земельные угодья от шламонакопителей.

 

Таблица 2

Физико-механические свойства строительных материалов с применением отходов содового производства

Строительный материал (нормативный документ)	Показатель	Требования	Результаты исследований
Силикатный кирпич (ГОСТ 379-95)	Масса, кг	Не более 4,3	3,7-4,1
Плотность, кг/м3	Не менее 1500
Прочность, МПа	25-30	27,8
Морозостойкость, Мрз	Не менее 25
Ячеистый бетон (ГОСТ 21520-89)	Плотность, кг/м3
Прочность при сжатии, МПа	Не менее 2,5	Не ниже 3,5
Морозостойкость, Мрз	Не менее 25 (для блоков наружных стен	Не ниже 35
Асфальтобетон (ГОСТ 9128-84)	Прочность, МПа (при 50 С)	Не менее 1,1	1,4
Водонасыщение, %	От 1,5 до 4	4,32
Набухание образцов из смеси порошка с битумом, %	2,5	1,05
Пористость, %	Не более 45
Водостойкость	Не менее 0,85	0,92
Тампонажный раствор (ГОСТ 1581—96)	Плотность, кг/м3	1350 до 1650
Водоотделение, %,	Не более 8,7	2,2
Сроки схватывания раствора: начало (ч) конец (ч)	Не ранее 2 Не позднее 10	5 8
Предел прочности при изгибе, МПа (через 2 сут)	Не менее 2,7	8,9
Тощие бесцементные бетоны (ГОСТ 30491—97)	Прочность при одноостном сжатии, МПа (к 1 году)	4—6	Более 6
Комплексная добавка (ННХК) в производ­стве бетонных и же­лезобетонных изделий (ГОСТ 30340—95)	«Разборочная» прочность, МПа
Древесно-цементные материалы: цементно- стружечные плиты (ГОСТ 26816—86) фибролит (ГОСТ 8928—81)	Прочность при изгибе, МПа	Не менее 9 Не менее 0,6	До 18,2 До 1

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: