Отходы карбонатных пород — перспективное сырье для широкой номенклатуры строительных материалов



На территории многих областей, в том числе и в Самарской области, накоплено значительное количество различных отходов, что приводит к нарушению экологического равновесия. Использование отходов в качестве техногенного сырья в производстве строительных материалов позволит решить эту проблему.

Сотрудниками Самарского государственного архитектурно-строительного университета во исполнение работы для государственных нужд по геологическому изучению и воспроизводству минерально-сырьевой базы Самарской области были выполнены исследования по теме: «Формирование местной сырьевой базы на основе отходов стройиндустрии с ревизией отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэксплуатируемых месторождений Самарской области» [1, 2].

Наступивший финансовый кризис вносит коррективы во все отрасли, в тот числе и в строительную. В последний период возросли объемы потребления и производства отечественных строительных материалов и изделий. Наиболее актуальным направлением является снижения стоимости строительства. Нужно использовать все возможности, немалая доля отводится на снижение стоимости строительных материалов и изделий, особенно производств с высокой материалоемкостью. Если говорить о материалоемкости, то требуются внушительные объемы строительных материалов (бетона, раствора, сухих смесей) и изделий (керамического и силикатного кирпича, блоков, камней).

Чтобы обеспечить ощутимое снижение стоимости этих материалов и изделий, необходимо ориентироваться на местную сырьевую базу природную и техногенную. Для решения поставленной цели были использованы наработки кафедры «Строительные материалы» по принципам формирования местной сырьевой базы и новым подходам к проблеме утилизации отходов в стройиндустрии, направленным на ресурсосберегающий подход к сырьевой базе стройиндустрии [3–12].

Основными областями применения доломитов и известняков Сокского карьероуправления является жилищное и дорожное строительство. Большие объемы вторичного сырья накоплены на карьерах по переработке карбонатных пород, так называемые карбонатные высевки. Такие залежи имеются на Сокском карьере (рисунки 1 и 2).

Объектом исследований для Сокского карьера стали отходы карбонатных пород. Отходы образуются при добыче, дроблении и сортировке горной породы в целях получения готовой продукции — щебеня.

Рис. 1. Действующий дробильно-сортировочный завод № 1 Сокского карьероуправления

Рис. 2. Отвал производства дробильно-сортировочного завода № 2 Сокского карьероуправления

Большие объемы добычи и переработки инертных строительных материалов на базе местных залежей горных пород в районе устья реки Сок приводят, с одной стороны, к значительным вскрышным работам на поверхности земли, а с другой — к образованию большого количества попутных отходов в виде известняковой и доломитовой муки [1, 2].

В результате производства на Сокском карьероуправлении образуются две группы отходы:

- вскрышные породы и отвалы;

- доломитовая и известняковая мука.

К вскрышным породам на месторождении относятся все слабые разности доломитов и известняков, поверхностные четвертичные образования, некондиционные прослойки, содержащие глину. Вскрышные породы неоднородны, поэтому как сырье для производства строительных материалов оно не рассматривалось.

Отработка вскрыши делится на «мягкую», «скальную» и «межпластовую» скальную. К «мягкой» вскрыши относится растительный слой и лежащие под ним щебенка и доломитовая мука. Мощность слоя от 3 до 5 м. К «скальной» вскрыше относятся выветренные слабые известняки и доломиты, средняя плотность которых 2,0–2,2 г/см³, а также доломитовая мука. К «межпластовой» вскрыше относятся некондиционные слои, залегающие в толще полезного ископаемого, содержащие доломитовой муки и слабых пород до 70 % или повышенное содержание (до 7 %) комовой глины.

После дробления кроме щебня получается доломитовая мука (фракции 0–5 мм), которая условно считается отходом производства.

На каждый м³ добытого щебня фракции 10–70 мм образуется 0,32 м³ отходов доломитовой муки, что составляет около 24 % от общего объема готовой продукции [1, 2].

Как известно, карбонатные материалы используются при производстве многих строительных материалов [3–14]. Малопрочные породы оцениваются по химическому и минералогическому составу, и, в зависимости от состава, они могут быть использованы для: производства доломитового цемента; доломитовой и магнезиальной извести; низкомарочных гидравлических вяжущих; композиционных вяжущих с природными и техногенными добавками; известково-периклазовых огнеупоров; композиционных заполнителей, сухих строительных смесей. Прочные породы используются для производства щебня, песка, минерального порошка и наполнителей.

По нашему мнению, комплексное использование — это не только использование всех компонентов сырья (полнота использования), но и реализация всех вариантов (возможностей) использования [15].

С учетом изученных свойств отходов Сокского карьероуправления, а также известных результатов исследований определены следующие основные направления использования их в производстве строительных материалов: в качестве основного сырья (для производства стекла и стеклоизделий; в качестве компонента сырьевых шихт (для производства минеральных вяжущих веществ; материалов контактно-конденсационного твердения); в качестве наполнителя (лакокрасочных материалов; кровельных и гидроизоляционных материалов, асфальтобетона; линолеума; отделочных составов и шпаклевок). Как показали исследования [16], основные свойства карбонатных высевок достаточно стабильны.

Прежде чем принимать решения по отработке составов, рецептуры, необходимо провести маркетинговые исследования по востребованности на ближайшую перспективу перечисленных материалов с карбонатной составляющей, на следующем этапе необходима экологическая экспертиза.

На данный момент запасы карбонатных отходов достаточны для того, чтобы начать их массовое и планомерное комплексное применение в производстве строительных материалов.

Выводы

1. Объем образования известняковой и доломитовой муки (карбонатные высевки) в настоящее время намного превышает объем потребления.
2. Карбонатные высевки могут быть использованы для производства широкой номенклатуры строительных материалов в качестве основного сырья или компонента сырьевой шихты, а также в качестве наполнителя.

Литература:

1. Формирование местной сырьевой базы на основе отходов стройиндустрии с ревизией отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэсксплуатируемых месторождений Самарской области: отчет о НИР (заключит.): договор 5–1, часть I / СГАСУ; рук. Чумаченко Н. Г. — Самара, 2004. — 264 с.
2. Формирование местной сырьевой базы на основе отходов стройиндустрии с ревизией отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэсксплуатируемых месторождений Самарской области: отчет о НИР (заключит.): договор 5–1, часть II, приложения / СГАСУ; рук. Чумаченко Н. Г. — Самара, 2004. — 183 с.
3. Арбузова Т. Б., Чумаченко Н. Г. Проблемы стройиндустрии и возможные варианты решений // Известия вузов. Строительство. 1995. № 3. С. 37–40.
4. Арбузова Т. Б., Коренькова С. Ф., Чумаченко Н. Г. Проблемы современного строительного материаловедения // Строительные материалы. 1995. № 12. С. 21–23.
5. Арбузова Т. Б., Шабанов В. А., Коренькова С. Ф., Чумаченко Н. Г. Стройматериалы из промышленных отходов. — Самара: Кн. Изд-во, 1993. –96 с.
6. Арбузова Т. Б., Чумаченко Н. Г. Принципы формирования местной сырьевой базы стройиндустрии // Известия вузов. Строительство. 1994. № 12. С.87–90.
7. Соломатов В. И., Коренькова С. Ф., Чумаченко Н. Г. Новых подход к проблеме утилизации отходов в стройиндустрии // Строительные материалы ХХI века. 2000. № 1. С. 28–29.
8. Чумаченко Н. Г. Критерии оценки промышленных отходов с целью использования их в стройиндустрии / Экология и здоровье человека. Труды VII Всероссийского конгресса. Самара. 2001. С. 201–203.
9. Чумаченко Н. Г. Природная и техногенная сырьевая база стройиндустрии / Гидротехника и гидроэнергетика: проблемы строительства, эксплуатации, экологии и подготовки специалистов. Сборник трудов Международной научно-технической конференции. Самара: СамГАСА, 2002. С. 187–192.
10. Современный подход к сырьевой базе стройиндустрии (статья) // Экологическая культура Самарского региона: труды Самарского отделения Общероссийской общественной организации «Общественная Российская экологическая академия»: вып. 1 / сост. А. В. Виноградов; отв. ред. М. И. Бальзанников; Самарск. гос. арх.-строит. ун-т. Самара, 2008. С. 72–77.
11. Чумаченко Н. Г. Ресурсосберегающий подход к сырьевой базе стройиндустрии // Вестник СГАСУ. Градостроительство и архитектура: научно-технический журнал / СГАСУ. Самара, 2011. Вып. № 1. С. 112–116.
12. Шелихов Н. С, Рахимов Р. З. Комплексное использование карбонатного сырья для производства строительных материалов // Строительные материалы. — 2006. — № 9. — С. 42–44.
13. Коренькова С. Ф., Маркидов Г. В. Применение карбонатных отходов в производстве строительных материалов // Строй-инфо. — 1998. — № 2. — С. 21–22.
14. Чумаченко Н. Г., Тюрников В. В., Кириллов Д..В., Бондарева Е. В., Сейкин А. И. Возможности расширения сырьевой базы за счет ревизии отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэксплуатируемых месторождений (на примере Самарской области) // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: Материалы 66-й Всероссийской науч.-техн. конф. по итогам НИР университета за 2008 г. Часть I/ Самарский государственный архитектурно-строительный университет. — Самара, 2009. — С. 170–171.
15. Чумаченко Н. Г., Линев А. И. Комплексное использование отходов карбонатных пород при производстве строительных материалов // Актуальные проблемы в строительстве и архитектуре. Образование. Наука. Практика: Материалы 66-й Всероссийской науч.-техн. конф. по итогам НИР университета за 2008 г. Часть I/ Самарский государственный архитектурно-строительный университет. — Самара, 2009. — С. 172.
16. Чумаченко Н. Г., Кириллов Д. В., Тюрников В. В., Сухова Е. В. Оценка стабильности свойств карбонатных высевок (статья) // Научное обозрение. — № 2, 2014. — С. 114–123.