В статье автор пытается определить возможность и привести примеры применения шламов при строительстве автомобильных дорог.
Статья посвящена актуальной проблеме, применению шламов при строительстве автомобильных дорог. В работе освещаются экологические и технологические аспекты данной проблемы.
В России и за рубежом исследователи имеют уже множество наработок и решений для утилизации красного шлама. Самое большое количество исследований в Китае, так как для этой страны проблема утилизации красного шлама наиболее актуальна из-за объёмов производства алюминия. Китайские учёные активно внедряют в практику свои разработки.
Строительство автомобильных дорог является производственной сферой, где используется большое количество природных ресурсов. По мнению многих исследователей, природные ресурсы можно заменить вторичным сырьём. Это решение даёт двойную выгоду, вторичное сырьё не ухудшает эксплуатационных и экологических характеристик дорог, а отходы в результате их применения в дорожном строительстве утилизируются.
Ключевые слова: автомобильные дороги, красный шлам, стабилизация грунтов.
The article is devoted to the actual problem, the use of sludge in the construction of roads. The paper highlights the environmental and technological aspects of this problem.
In Russia and abroad, researchers already have a lot of developments and solutions for the disposal of red mud. The largest number of studies is in China, since for this country the problem of red mud disposal is most relevant due to the volume of aluminum production. Chinese scientists are actively implementing their developments into practice.
The construction of roads is a production area that uses a large amount of natural resources. According to many researchers, natural resources can be replaced with secondary raw materials. This solution provides a double benefit, secondary raw materials do not impair the operational and environmental performance of roads, and the waste resulting from their use in road construction is disposed of.
Keywords: highways, red mud, soil stabilization.
Подавляющее большинство мировых запасов бокситов включает в себя ценные глиноземные минералы и алюмосиликатные глины, которые тесно перемешаны. Нерастворимые компоненты бокситов удаляются путем выщелачивания руды очень горячим едким натром (гидроксидом натрия) в процессе Байера [1]. Побочный продукт процесса Байера по производству оксида алюминия из бокситовой руды, красный шлам содержит токсичные тяжелые металлы, а его высокая щелочность делает его чрезвычайно коррозионным и разрушительным для почвы и форм жизни, что представляет собой серьезную проблему для утилизации. Токсичные свалки и отстойники характерны для всех заводов по производству бокситов/глинозема по всему миру, в том числе в Европе, России, Китае, Гвинее, Бразилии, Ямайке и Австралии. Шламохранилища красного шлама показаны на рисунке 1.
Рис. 1. Шламохранилища красного шлама: а — Россия; б — Китай; в — Франция; г — Индия
В настоящее время существует около 80 действующих заводов Bayer, примерно 30 из которых находятся в Китае. Кроме того, существует как минимум еще 50 закрытых площадок, а совокупный запас бокситов на действующих и старых площадках оценивается в 3000 млн тонн. На данный момент технология позволяет хранить остатки контролируемым образом, но это не решает проблему полностью.
Еще в августе 2016 года две деревни в китайской провинции Хэнань были покрыты красным шламом после обрушения дамбы пруда с отходами, что привело к высвобождению 2 млн
Являясь крупнейшим в мире производителем глинозема, Китай ежегодно сбрасывает сотни миллионов тонн красного шлама. По состоянию на конец 2018 года совокупные запасы красного шлама в этой стране превысили 1,3 миллиарда тонн на площади более 120 000. Практически весь красный шлам хранится на открытом воздухе без эффективного использования. Красный шлам, сваленный на открытом воздухе, оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Поэтому большое количество китайских исследователей заняты проблемой утилизации красного шлама, есть много наработок и решений на эту тему [2].
Ченг Ю, доктор геотехнических наук Китайской академии наук и председатель Shandong Haiyi Transportation Technology Co., Ltd., представил ряд данных. Значения внутреннего облучения радиоактивного индекса верхнего красного шлама, среднего красного шлама, нижнего красного шлама и свежего красного шлама составляют 0,321, 0,322, 0,496 и 0,516 соответственно, а значения внешнего облучения — 0,581, 0,525, 0,745 и 0,839, что ниже индекса радиоактивности летучей золы, образующейся после сжигания угля, общая оценка относится к классу А.
Согласно «Национальным правилам предельно допустимого содержания радионуклидов в строительных материалах» (GB6566–2010), класс А относится к «неограниченному объему производства, продажи и использования».
Был проведён мониторинг влияния кирпичей из красного шлака на качество воды с золотыми рыбками. Данные испытаний показывают, что основными химическими элементами красного шлама являются кальций, кремний, алюминий, железо, натрий, титан и небольшое количество магния, калия, серы, а также следовые количества марганца, цинка, меди, хрома, и элементы из тяжелых металлов.
После отделения красного шлама от боксита ранние алюминиевые заводы обычно сливали его в специально вырытый бассейн, а затем позволяли воде в нем испаряться естественным путем, оставляя более сухой красный шлам, что является так называемым мокрым методом. складирование легко приведет к просачиванию большого количества отработанного щелока на близлежащие сельскохозяйственные угодья, вызывая подщелачивание почвы, заболачивание и загрязнение поверхностных и подземных источников воды.
В настоящее время большинство глиноземных компаний удаляют большую часть воды из красного шлама путем механического обезвоживания с помощью механической фильтрации под давлением, а затем укладывают оставшийся сухой красный шлам на открытом воздухе. Этот метод называется сухим хранением. В настоящее время подавляющее большинство предприятий по производству глинозема в Китае используют сухое хранение, а стоимость утилизации составляет около 5 % от стоимости продукции из глинозема. Этот метод утилизации более практичный и экологичный [3].
В дополнение к высокому содержанию щелочи, красный шлам также содержит металлические элементы, такие как алюминий и железо. Если утечка происходит во время хранения и попадает в грунтовые воды, поверхностные воды и другие водоемы, он образует осадок, взвешенные вещества и растворимые вещества, вызывая образование тяжелых металлов. загрязнение Неблагоприятные экологические воздействия, такие как повышение значения рН водоема. Экологические проблемы, вызванные постоянно увеличивающимися запасами красного шлама, сделали комплексную утилизацию красного шлама важнейшей задачей развития алюминиевой промышленности. В связи с этим были последовательно созданы Shandong Weiqiao Haiyi Environmental Protection Technology Co., Ltd. и Shandong Haiyi Transportation Technology Co., Ltd. для изучения способов повторного использования красного шлама в больших масштабах.
Для кардинального решения проблемы крупномасштабного складирования красного шлама единственным возможным путем является изменение способа обработки красного шлама с простого складирования на широкомасштабную комплексную утилизацию. Помимо извлечения железа и других металлических элементов из красного шлама, исследователи также разработали другие методы использования красного шлама. Например, красный шлам можно использовать для производства строительных материалов, таких как кирпичи, цемент и керамика. Порошкообразные частицы красного шлама очень мелкие и легко адсорбируют другие вещества, поэтому некоторые исследователи пытаются использовать красный шлам для адсорбции вредных веществ в сточных водах. Также были попытки использовать красный шлам в качестве катализатора химических реакций.
Несмотря на то, что эти исследования достигли хороших результатов в лабораторных условиях, все еще остается много проблем. Многие методы с использованием красного шлама имеют высокие производственные затраты, а характеристики получаемых продуктов не вполне удовлетворительны, поэтому добиться их широкомасштабного продвижения и применения сложно. Кроме того, многие методы могут использовать только небольшую часть красного шлама. Например, хотя красный шлам используется для очистки сточных вод, хотя эффект хороший, но, как правило, для очистки сточных вод требуется лишь небольшое количество красного шлама, поэтому есть надежда, что этот метод можно использовать для переваривания ежегодных отходов. Сотни миллионов тонн красного шлама, несомненно, нереально пока переработать. Поэтому пока большое количество красного шлама в мире можно только штабелировать.
Для достижения сокращения, переработки и безвредной утилизации твердых промышленных отходов красного шлама наиболее прямым и эффективным способом является дорожная, портовая и другие отрасли строительства.
Строительство дорог из красного шлама соответствует стандартам качества и экологии в Китае и стоит меньше, чем с применением других строительных материалов. Физический состав красного шлама подобен составу глины, и он может использоваться в качестве наполнителя с точки зрения физических и химических свойств, но также имеет сильную щелочность, мелкие частицы, большую площадь поверхности и взаимную обертку. различных компонентов, не способствующих использованию в качестве пломбировочных материалов [4].
Научно-исследовательская группа Communications Technology Co., Ltd. преодолела технические узкие места ключевых вопросов и разработала, и произвела серию модифицированных композитных материалов из красного шлама. Добавление этого композитного модифицированного материала и механическое уплотнение в красный шлам способствует ряду физических и химических реакций между частицами красного шлама, чтобы достичь цели контроля щелочи, удаления загрязняющих веществ и долгосрочного улучшения механической прочности, что будет иметь определенный эффект. Загрязняющий красный шлам превращается в зеленый, качественный и надежный инженерный наполнитель для дорожного строительства. При одинаковых стоимостных условиях его различные эксплуатационные показатели комплексно превосходят традиционные инженерные пломбировочные материалы.
Чтобы способствовать широкомасштабному комплексному использованию красного шлама, группа научных исследований провела модификацию и отверждение красного шлама в дорожных проектах, таких как проект реконструкции и расширения скоростной автомагистрали Цзинань-Циндао, муниципальный проект дороги Дунъи в г. Город Цзыбо, участок Цзыбо национальной автомагистрали G309 и Парк-роуд индустриального парка Биньчжоу Бэйхай Вейн Условия использования дорожных материалов были применены в физической инженерии. Благодаря долгосрочному мониторингу и анализу данных осуществимость качества проекта и контролируемость защиты окружающей среды достигли ожидаемых целей.
Использование красного шлама в дорожном строительстве также имеет большую экономическую целесообразность. Согласно расчетам, на километр скоростных автомагистралей может быть поглощено от 200 000 до 300 000 тонн красного шлама, на километр федеральных и провинциальных магистральных дорог может быть поглощено от 50 000 до 100 000 тонн красного шлама, а на один километр может быть поглощено от 20 000 до 50 000 тонн красного шлама. км муниципальных дорог [5].
В китайской провинции Шаньдун, в пределах разумного расстояния транспортировки складов красного шлама, автомагистралей, национальных и провинциальных магистральных линий, муниципальных дорог и других проектов, годовая потребность в заполнении составляет более 50 миллионов тонн. Модифицированный красный шлам, используемый для обратной засыпки земляного полотна, дешевле обычного известкового грунта. Как правило, каждый километр дороги может сэкономить более 500 000 юаней для дорожно-строительной бригады.
Кроме того, в соответствии с правилами Государственной налоговой администрации, если содержание промышленных отходов, использованных при строительстве объекта, превышает 70 %, то строительная компания может получить полный возврат налога на добавленную стоимость в размер 17 %. В то же время крупномасштабное потребление красного шлама может сэкономить предприятиям глинозема 40 юаней за кубический метр затрат на хранение и техническое обслуживание красного шлама в год, а также сократить занимаемые земли на десятки тысяч акров.
В настоящее время Shandong Haiyi Transportation Technology Co., Ltd. осуществляет тесное сотрудничество с Weiqiao Group, Xinfa Group, Chinalco и другими ведущими китайскими предприятиями по производству глинозема и добилась индустриализации за пределами провинции за счет экспорта технологий. В соответствии с текущим развитием рынка китайской промышленности красного шлама, размер прямого рынка национальной индустрии крупномасштабного использования красного шлама превышает 300 миллиардов юаней.
В России исследователи тоже уверены, что красному шламу можно найти применение, в частности, при изготовлении сухих строительных смесей для шпатлевки, грунтовки, гидроизоляционных материалов, он может войти в состав покрытий для спортивных сооружений — беговых дорожек, теннисных кортов, гоночных треков, магистральных дорожных покрытий, площадок для испытания радиоуправляемых моделей.
Литература:
- Официальный сайт Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации: URL: http:// www.mnr.gov.ru/regulatory/list.php?part=1376 (дата обращения: 04.04.2023).
- Evan K. The history, challenges and new developments in the management and use of bauxite residue // Journal of Sustainable Metallurgy. 2016. Vol. 2. P. 316–331
- Boily R. Twenty cases of red hazard, an inventory of ecological problems caused by bauxite residue from alumina production // Conference paper in Inforex on October 3, 2012, Larval, Quebec, Canada. Available at URL: www.orbitealuminae.com/media/ upload/filings/Twenty_Cases_of_Red_Hazard_-_PublicVF.pdf (Accessed 04.04.2023)
- Зиновеев Д. В. Обзор мировой практики переработки красных шламов. Часть 1. Пирометаллургические способы. Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2018. Том 61. № 11. С. 843–858.
- Сайфуллина Ф. М., Мустафина Л. Р., Семенов Д. Н. Инновационные технологии как основа устойчивого развития дорожного строительства // Вопросы инновационной экономики. — 2018. — Том 8. — № 4. — С.705–714.
