Сырье для производства минеральных строительных материалов. Особенности технологии производства строительных материалов, этапы производства
Отрасль строительства. В ее состав входят 15 подотраслей (25 видов производств), объединяющие около 9,5 тысяч предприятий, в том числе 2,2 тысячи крупных и средних предприятий с общей численностью работающих свыше 680 тысяч человек. В общем объеме промышленной продукции около 7% продукции отрасли приходится на малые предприятия. В последние годы ежегодный рост производства основных видов строительных материалов составляет от 7 до 30%.
Продукция отрасли потребляется в основном на внутреннем рынке страны. По материалам общестроительного назначения (цемент, стеновые материалы, стекло) имеется незначительный импорт. В группе отделочных материалов и изделий, предметов домоустройства (линолеума, облицовочных изделий из природного камня, керамической плитки, санитарно-технических изделий) доля импортных материалов достигает 20-30%. Объем экспорта отечественных материалов составляет всего 4-6% от общего объема отечественного производства.
Промышленность строительных материалов является одной из наиболее топливо- и энергоемких (более 16% в структуре затрат), а также грузоемких отраслей хозяйства: в общем объеме грузоперевозок железнодорожным, автомобильным и водным транспортом перевозки строительных грузов составляют около 25%. Свыше 60% производственных мощностей предприятий промышленности строительных материалов и стройиндустрии сосредоточены в Европейской части России. Отрасль потребляет 20 видов минерального сырья и относится к крупнейшим горнодобывающим отраслям в экономике России.
Основные тенденции развития строительной промышленности Журнал ВАК «Перспективы инновационного развития предприятий строительной промышленности».Электронный доступ: http://uecs.ru/uecs59-592013/item/2497-2013-11-05-10-11-10.
Строительная промышленность -сфера материального производства и предприятий, участвующих в создании строительной продукции.
В состав строительной промышленности стали включать следующие отрасли и подотрасли общественного производства:
- - Строительное производство (осуществляемое подрядным и хозяйственным способом);
- - Производство строительных материалов, конструкций, деталей;
- - Строительное, дорожное машиностроение, изготовление инструмента, ремонт техники;
- - Транспорт, обслуживающий строительство;
- - Материально-техническое обеспечение (поставка, комплектация).
Учитывая сложную структуру строительного производства, существует довольно большое многообразие подходов к определению его сущности, одно из них строительный комплекс. Российская архитектурно-строительная энциклопедия дает следующую трактовку: «Строительный комплекс представляет собой совокупность отраслей, производств, организаций, характеризующуюся тесными устойчивыми экономическими, организационными, техническими и технологическими связями в получении конечного результата - обеспечения производства основных фондов народного хозяйства».
Система управления строительным комплексом в нашей стране претерпела длительную эволюцию, которая продолжается до настоящего времени.
Перспективные рынки и продукты химической отрасли
В период 2020 и до 2030 перед строительством будут стоять задачи обеспечить запрос на новые высокотехнологичные материалы со стороны машиностроения, судостроения, медицины, вертолетостроения авиастроения, энергетического машиностроения. Для разработок в космическом, авиационном и ядерно-энергетическом секторах также потребуются новые строительные материалы, композитные материалы, герметизирующие материалы, звукоизолирующие материалы, электрические провода и кабели, покрытия. Будут повышаться и без того высокие требования к техническим свойствам продуктов, такие как высокая прочность, устойчивость к воздействию излучения, устойчивость к коррозии, устойчивость к высокотемпературному и низкотемпературному воздействию, а также устойчивость к старению материалов.
В настоящее время в мировой строительной промышленности железобетонные материалы занимают первое место.. В России наблюдается дефицит и ограниченный марочный ассортимент всех видов производимых строй материалов, создающий серьезный барьер на пути увеличения номенклатуры производимых строительных сооружений.
Доля железобетонных изделий в общем объеме стройматериалов в России остается такой же низкой, как и в случае с автокомпонентами. Если в гражданском строительстве в основном применяются «традиционные» материалы, то в таких секторах, как, строительства мостов, железных дорог, участках железнодорожных туннелей и др., у железобетонных изделий в России есть значительные перспективы. Таким образом, налаживание производства необходимых ЖБИ в России может стать значительным сегментом импортозамещения.
Широкое распространение получат ЖБИ, замещающие и превосходящие по свойствам уже устоявшиеся материалы для производства крупногабаритных корпусных и мелких, конструктивно сложных, деталей машин и механизмов. Будут открыты новые рынки для железобетонных материалов: в автомобилестроении, корабле- и судостроение, аэрокосмической и энергетической отраслях, строительствеё электронике.
Основные тенденции в развитии мировой химической промышленности
Изменения в географии мирового производства и потреблении строительной продукции: организация новых производств в странах и регионах, максимально приближенных к растущим рынкам сбыта продукции.
Появление нового типа сырья для строительной промышленности, в т.ч. минеральные и энергетические ресурсы и возобновляемые ресурсы.
Повышение качества продуктов строительства будут создавать перспективы развития данной отрасли.
Растущий вклад ИКТ на всех этапах разработки, производства, сбыта и утилизации продукции.
Повышение энерогоэффективности строительного производства.
Существенный рост расходов на тестирование производства и международную сертификацию продукции в соответствии с принципами «Устойчивого развития» и «Ответственной заботы» - глобальной добровольной инициативы строительных компаний, отвечающей не только текущим экономическим, экологическим и социальным потребностям общества, но и интересам будущих поколений.
Список международных законодательных ограничений на продукцию строительной промышленности постоянно растет и ужесточает систему допуска на рынок, создавая дополнительные издержки для бизнеса, т.к. введение экологических норм (в ближайшей перспективе 2020-2025г.г. введение устойчивое понятие «Зел?ная среда») требует замены технологий и вливания значительных инвестиций.
В этих условиях путь сохранения эффективности бизнеса состоит не в модернизации и структурной перестройке производства в традиционном понимании, а в переходе на новые технологические принципы, дающие возможность преобразовать сырьевую базу, методы ведения и компьютерное моделирование строительного процесса и таким образом снять возрастающие противоречия между ресурсными возможностями и ресурсоемкостью производства.
SWOT-анализ строительной промышленности
|
Сильные стороны |
Слабые стороны |
|
Богатые природные ресурсы; Достаточное количество высших учебных заведений по подготовке кадров по строительным специальностям; Развитая инфраструктура. Грамотная инвестиционная политика. Конкурентоспособная и ориентированная на экспорт продукция. |
Низкая загруженность производственных мощностей предприятий; Высокая степень физического износа оборудования и технологий; Недостаточная емкость внутреннего рынка; Сокращение и дефицит квалифицированных кадров, слабый приток молодежи в отрасль; Зависимость от процесса глобализации экономики в формировании цены и спроса в сфере производства стройматериалов. |
|
Возможности |
|
|
Возможности использования существующих организации новых видов высокотехнологической продукции; Реализация инновационных проектов, внедрение высокоэффективных отечественных и зарубежных Привлечение финансовых ресурсов государственных институтов развития и прочих финансовых структур для реализации проектов в строительной промышленности; Подготовка кадров по технологическим специальностям для действующих и новых производственных предприятий; Создание производств, не оказывающих особого влияния на окружающую среду. |
Угроза потери экспортных ниш в отдельных отраслевых сегментах; Ужесточение в ряде зарубежных стран экологического законодательства в области контроля за производством и оборотом строительной продукции; Высокая технологическая оснащенность конкурентов, более высокое качество выпускаемой продукции, налаженная маркетинговая система ведущих зарубежных компаний с целью завоевания новых рынков сбыта; Старение материально технической базы в научно-технической сфере; Воздействие финансового и экономического кризиса на отрасль в целом. |
Место строительной индустрии в развитии экономики страны определяется ее важной ролью как одного из крупных базовых комплексов народного хозяйства России, который обеспечивает многие отрасли промышленности и сельское хозяйство сырьем, социально-ориентированной продукцией, способствует формированию прогрессивной структуры производства и потребления, развитию новейших отраслей и направлений, обеспечивает экономию и сохранение жизненно важных ресурсов, повышение производительности труда в смежных отраслях.
Строительная отрасль находится на стадии зрелости, темпы роста строительной промышленности незначительно превышают темпы роста ВВП. Значительный рост наблюдается лишь в сегментах производства полимеров и создания новых прогрессивных материалов.
Оценка чувствительности индустрии
Составленный профиль чувствительности показывает влияние каждого из факторов. Наибольшая зависимость наблюдается от таких факторов как: технологические изменения, информационные технологии, международное сотрудничество, каналы поставок и сбыта, а наименьшее - фундаментальные и прикладные исследования.
PAGE 3
Лекция 2 по дисциплине «Строительные материалы» для 1 курса (бакалавриат)
Тема. Сырье для производства строительных материалов. Природные каменные материалы
1. Природная сырьевая база для производства строительных матери а лов.
Сырьем для изготовления всех неорганических строительных материалов (каменных и металлов) являются горные породы.
Строительные материалы из горных пород могут быть получены двумя путями: механической обработкой и химической переработкой (чаще всего обжигом).
Природными каменными материалами в строительстве называют камни, полученные механической обработкой горных пород дроблением, распиливанием, раскалыванием, фактурной обработкой поверхности. Природные каменные материалы сохраняют структуру горной породы. Некоторые горные породы, разрушенные самой природой, могут представлять собой готовый строительный материал (песок, гравий и др.).
Камнелитные изделия получают плавлением камня с последующей разливкой расплава в формы. Технология каменного литья называется петрургией (слово «петр» означает камень). Петрургию применяют для получения непористых каменных изделий или изделий сложной формы.
Химической переработкой горных пород получают такие распространенные материалы (вяжущие), как известь, цемент, строительный гипс и др. Одна из наиболее доступных для добычи горных пород глина с древнейших времен подвергается химической переработке обжигу. Из глины, как известно, получают кирпич и керамические, в том числе строительные, изделия.
Металлы получают также из горных пород, называемых рудами. Руда это горная порода, содержащая значительный процент металла. При этом должно быть технологически приемлемо и экономически целесообразно извлекать металл из такой породы. Например, руды, содержащие оксиды железа в свободном состоянии, главное сырье для металлургии. А широко распространенные породы, называемые железомагнезиальные силикаты не применяются для извлечения железа или магния. Металла в них небольшой процент, и извлечь его из породы трудно и дорого.
Основное сырье для органических материалов нефть и каменный уголь можно также отнести к горным породам. Из нефти и каменного угля получают битумы и дегти, используемые для кровельных материалов и дорожного строительства. Продукты переработки нефти и каменного угля применяются для получения строительных пластмасс
Древнейший строительный материал органического происхождения древесина. Механической обработкой древесины получают материалы, сохраняющие ее структуру. Это не только хорошо известные бревна и доски, но и, например, декоративно-отделочный материал шпон из ценных пород древесины.
2.Вторичные сырьевые ресурсы в производстве строительных матери а лов.
Наряду с природным сырьем в производстве строительных материалов применяют так называемые техногенные отходы. Промышленность выпускает готовой продукции значительно меньше, чем потребляет сырья. Например, для производства 1 т чугуна расходуется 1,5… 2 т сырья. Следовательно, 0,5… 1 т это отходы производства.
Среди техногенных отходов могут быть газообразные, жидкие и твердые продукты. Многие из них загрязняют воздух и воду. Известно, что улавливанием и нейтрализацией вредных отходов стали заниматься только в связи с бурным развитием промышленности в конце 19 начале 20 века. Полностью эта проблема до сих пор не решена.
Техногенные отходы, в том числе полученные при очистке промышленных стоков, газовых и пылевых выбросов, могут быть снова использованы как сырье в том же или другом производстве. Из отраслей, потребляющих промышленные отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10…30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья. Кроме того, из промышленных отходов можно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями.
Отходы удобно классифицировать по отраслям промышленности.
Шлаки черной металлургии . Среди них наибольшее значение для строительной индустрии имеют доменные шлаки побочный продукт при выплавке чугуна в доменных печах. В домне, как известно, руда расплавляется. Расплав разделяется на два слоя металл внизу и шлак сверху. Таким образом, шлак представляет собой плавленый камень. В металлургических районах отвалы затвердевшего шлака занимают много полезной земли (выход шлака около 0,5 тонн на тонну чугуна). Строительная индустрия потребляет как монолитный шлак после дробления в щебень, так и специально подготовленный гранулированный шлак. Простейший способ грануляции сухой: тонкая струя расплавленного шлака льется с большой высоты, разделяясь при этом на капли, которые, застывая, и образуют гранулы шлака. Существуют также мокрый и полусухой способы грануляции. Цель грануляции получить незакристаллизованный (аморфный, стекловидный) камень, химически более активный, чем закристаллизовавшийся в отвалах шлак. Гранулы растирают в порошок и применяют в производстве цемента. Щебень, полученный дроблением отвального шлака, применяют как заполнитель для бетона. Для легкого бетона изготовляют шлаковую пемзу поризованный шлак. Сущность изготовления шлаковой пемзы состоит в том, что расплавленный шлак с температурой около 1300ºС обрабатывается холодной водой. Благодаря мгновенному испарению воды и связанному с этим быстрому остыванию шлака вязкость последнего возрастает. Пузырьки пара не могут преодолеть пластически вязкое состояние расплава, застревают в нем и вспучивают его. В результате образуется легкий пористый материал, напоминающий природную пемзу.
Шламы общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах при жидкостной обработке различных материалов. Например, из нефелина при получении из него глинозема (Al 2 O 3 ) получается шлам, содержащий белит Ca 2 SiO 4 . Белит входит в состав портландцемента, поэтому белитовый шлам используют в производстве вяжущих. при вымывании из глины алюминия с помощью кислотной обработки получается шлам, богатый SiO 2 (сиштоф), который также используют как добавку к цементам.
Приведенные примеры шламов это отходы цветной гидрометаллургии. Шламы образуются и во многих других производствах. Например, в целлюлозно-бумажной промышленности при механической очистке сточных вод образуются шламы, содержащие волокна целлюлозы и частицы каолина, которые также могут быть использованы в производстве строительных материалов. При обогащении руд методом флотации также образуются шламы (флотационные хвосты), которые содержат так называемую «пустую» породу (название в отличие от концентрата, который после обогащения содержит много металла). Для строителей «пустая» порода» это измельченный камень, который может быть использован в производстве безобжиговых материалов.
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности выбрасывает в отвалы около 1 млн тонн зол и шлаков в год. Топливные золы и шлаки содержат все связанные или свободные оксиды, которые присутствуют в строительных каменных материалах. Поэтому они могут использоваться при производстве практически всех строительных материалов и изделий.
Вскрышные породы отходы добычи различных полезных ископаемых открытым способом (в карьерах). Это, как считают до 3 млрд тонн в год (на всю страну) все тех же камней, т.е. по существу неисчерпаемый источник для промышленности строительных материалов.
Отходы древесины , образующиеся на лесосеках, на лесопилках, при производстве мебели, т.е. при механической обработке древесины, составляют в год около 500 млн м 3 . Из этого огромного количества отходов используется в промышленности строительных материалов (а также в целюлозно-бумажной промышленности) всего 1/6 часть. Для производства строительных материалов используют щепу, стружку, опилки. Крупные отходы лесопиления (горбыль, например) и дровяное долготьё с лесосек измельчают и применяют как наполнитель в ДСП, ДВП, ЦСП, арболите и других материалах на вяжущих.
Здесь перечислены лишь некоторые виды отходов, применяемые в производстве СМ. Использование техногенных отходов неотъемлемая черта всех ресурсосберегающих технологий. При использовании отходов, как правило, улучшается экология за счет уменьшения отвалов, свалок, вредных выбросов сточных вод и газов.
Все последующие лекции, кроме металлов, адаптировались к первому курсу только в процессе чтения. Материалы из первой главы нашего учебника (Андреев и др. Материаловедение) здесь не повторяются.
Промышленность строительных материалов - базовая отрасль строительного комплекса. Она относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности. Материалоемкость определяется отношением количества или стоимости израсходованных на производство продукции материальных ресурсов к общему объему продукции. Учитывая, что многие минеральные и органические отходы по своему химическому составу и техническим свойствам близки к природному сырью, а во многих случаях имеют и ряд преимуществ (предварительная термическая обработка, повышенная дисперсность и др.), применение в производстве строительных материалов промышленных отходов является одним из основных направлений снижения материалоемкости этого массового многотоннажного производства. В то же время снижение объемов разрабатываемого природного сырья и утилизация отходов имеет существенное экономико-экологическое значение. В ряде случаев применение сырья из отвалов промышленных предприятий практически полностью удовлетворяет потребности отрасли в природных ресурсах.
Первое место по объему и значению для строительной индустрии принадлежит доменным шлакам, получаемым в качестве побочного продукта при выплавке чугуна из железных руд. В настоящее время доменные шлаки являются ценным сырьевым ресурсом для производства многих строительных материалов и прежде всего портландцемента. Использование доменных шлаков как активного компонента цемента позврляет существенно увеличить его выпуск. Европейскими нормами разрешается вводить в портландцемент до 35% доменного гранулированного шлака, а в шлакопортландцемент - до 80%. Ввод доменных шлаков в сырьевую смесь увеличивает производительность печей и снижает расход топлива на 15%. При использовании доменных шлаков для производства шлакопортландцемента снижаются топливно-энергетические затраты на единицу продукции почти в 2 раза, а себестоимость - на 25-30%. Кроме того, шлак как активная добавка значительно улучшает ряд строительно-технических свойств цемента.
Доменные шлаки стали сырьем не только для традиционных, но и для таких сравнительно новых эффективных материалов, как шлакоситаллы - продуктов, полученных методом каталитической кристаллизации шлакового стекла. По прочностным показателям шлакоситаллы не уступают основным металлам, существенно превышая стекло, керамику, каменное литье, природный камень. Шлакоситаллы в 3 раза легче чугуна и стали, они имеют прочность на истирание в 8 раз выше, чем у каменного литья и в 20-30 раз, чем у гранита и мрамора.
По сравнению с доменными пока значительно в меньшей степени используются сталеплавильные шлаки и шлаки цветной металлургии. Они являются большим резервом получения строительного щебня и могут быть с успехом использованы в производстве минеральной ваты, портландцемента и других вяжущих материалов, бетонов автоклавного твердения.
Большим количеством отходов в виде различных шламов характеризуется глиноземное производство. Несмотря на отличия в химическом составе шламов, остающихся после выщелачивания А1203 из природного глиноземсодержащего сырья, все они содержат 80-85% гидратированного двухкальциевого силиката. После обезвоживания этот минерал обладает способностью твердеть как при нормальной температуре, так и в условиях тепловлажностной обработки. Наиболее крупнотоннажный отход глиноземного производства - нефелиновый (белитовый) шлам - с успехом используется для производства портландцемента и других вяжущих, материалов автоклавного твердения и др. При применении нефелинового шлама в производстве портландцемента расход известняка сокращается на 50--60%, производительность вращающихся печей повышается на 25-30%, а расход топлива снижается на 20-25%.
Большое количество отходов в виде золы и шлаков, а также их смесей образуется при сжигании твердых видов топлива. Их выход составляет: в бурых углях - 10-15%, каменных углях - 5-40%, антраците - 2-30%, горючих сланцах - 50-80%, топливном торфе - 2-30%. В производстве строительных материалов обычно используются золы сухого удаления и золошлаковая смесь из отвалов. Область применения золошлакового сырья в производстве строительных материалов чрезвычайно разнообразна. Наиболее значительными направлениями использования топливных зол и шлаков являются дорожное строительство, производство вяжущих, тяжелых и ячеистых бетонов, легких заполнителей, стеновых материалов. В тяжелых бетонах золы используют, в основном, в качестве активной минеральной добавки и микронаполнителя, что позволяет снизить расход цемента на 20-30%. В легких бетонах на пористых заполнителях золы применяют не только как добавки, снижающие расход цемента, но и как мелкий заполнитель, а шлаки в качестве пористого песка и щебня. Золы и шлаки используются также для изготовления искусственных пористых заполнителей легких бетонов. В ячеистых бетонах зола применяется как основной компонент или добавка для снижения расхода вяжущего.
Все большее применение в промышленности строительных материалов находят отходы угледобычи и углеобогащения. На углеобогатительных фабриках угольных бассейнов ежегодно образуются миллионы тон отходов, которые с успехом могут быть использованы для получения пористого заполнителя и кирпича. Использование отходов углеобогащения в качестве топливной и отощающей добавки при изготовлении керамических изделий позволяет сократить расход условного топлива на 50-70 кг на 1000 шт. кирпича и повысить его марку. При строительстве дорог отходы угледобычи могут широко использоваться в конструкции дорожной одежды.
Ценнейшее сырье для промышленности строительных материалов представляют собой отходы горнорудных предприятий и предприятий нерудной промышленности. Можно привести немало примеров эффективного использования вскрышных пород, отходов обогащения руд, отсевов дробления как сырья для получения вяжущих, автоклавных материалов, стекла, керамики, фракционированных заполнителей. Эксплуатационные расходы на получение 1 м3 щебня из отходов горнорудных предприятий в 2-2,5 раза ниже, чем на добычу его из карьеров.
Значительным выходом отходов, представляющих интерес для производства строительных материалов, характеризуется химическая промышленность. Основными из них являются фосфорные шлаки и фосфогипс . Фосфорные шлаки - отходы при возгонке фосфора в электропечах - перерабатываются, в основном, в гранулированные шлаки, шлаковую пемзу и литой щебень. Гранулированные электротермофос-форные шлаки близки по структуре и составу к доменным и так же с высокой эффективностью могут использоваться в производстве цементов. На их основе разработана технология шлакоситаллов. Использование фосфорных шлаков в производстве стеновой керамики позволяет повысить марку кирпича и улучшить другие его свойства.
Потребности промышленности строительных материалов в гипсовом сырье практически в полной мере можно удовлетворить за счет гипсосодержащих отходов промышленности и, в первую очередь, фосфогипса. К настоящему времени разработан ряд технологий получения строительного и высокопрочного гипса из фосфогипса, реализованных пока недостаточно. Этому в определенной мере способствует существующая ценовая политика на природное сырье, не поощряющая в полной мере альтернативных вторичных сырьевых ресурсов. В Японии, где нет собственных запасов природного гипсового сырья, для получения разнообразных гипсовых изделий фосфо-гипс используют практически полностью.
Применение фосфогипса эффективно также в производстве портландцемента, где он не только позволяет, как и природный гипсовый камень, регулировать сроки схватывания цемента, но, будучи введенным в сырьевую смесь, выполняет роль минерализатора, снижающего температуру обжига клинкера.
Большая группа эффективных строительных материалов изготавливается из отходов древесины и переработки другого растительного сырья. С этой целью используют опилки, стружку, древесную муку, кору, сучья, костру и т. д. Все древесные отходы можно разделить на три группы: отходы лесозаготовительной промышленности, отходы лесопильного производства и отходы деревообрабатывающей промышленности.
Из отходов древесины, полученных на различных стадиях ее переработки, изготовляют древесно-волокнистые и древесно-стружечные плиты, арболит, ксилолит, опилкобетон, ксилобетон, фибролит, коро-лит, древесные пластики. Все эти материалы в зависимости от области применения разделяют на конструкционно-теплоизоляционные, теплоизоляционные и отделочные.
Применение материалов на основе древесных отходов, наряду с высокими технико-экономическими показателями, обеспечивает архитектурную выразительность, хороший воздухообмен и микроклимат помещений, улучшенные теплотехнические показатели.
Значительный объем отходов, которые могут служить вторичными сырьевыми ресурсами, образуется на самих предприятиях строительных материалов. Это, наряду с отходами производства нерудных материалов, стекольный и керамический бой, цементная пыль, отходы производства минеральной ваты и др. Комплексное использование сырья на большинстве предприятий позволяет создавать безотходные технологии, при которых полностью сырьевые ресурсы перерабатываются в строительные материалы.
Существенные резервы для развития сырьевого потенциала в производстве строительных материалов представляют отходы городского хозяйства. В передовых странах мира в составе твердых бытовых отходов превалируют макулатура, полимерные продукты, текстиль, стекло. Имеется многолетний опыт производства на базе этих отходов картона, волокна, строительных пластмассовых изделий и др.
При оценке промышленных отходов как сырья для производства строительных материалов необходимо учитывать их соответствие нормам на содержание радионуклидов. Как природное, так и техногенное сырье включает радионуклиды (радий-226, торий-232, калий-40 и др.), которые являются источниками у-радиоизлучений. При распаде радия-226 выделяется радиоактивный газ, который поступает в окружающую среду. По расчетам специалистов, он вносит до 80% в общую дозу облучения людей.
В соответствии со строительными нормами в зависимости от концентрации радионуклидов строительные материалы делятся на три класса:
1-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов не превышает 370 Бк/кг. Эти материалы используются для всех видов строительства без ограничений.
2-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов находится в диапазоне от 370 до 740 Бк/кг. Эти материалы могут быть использованы для дорожного и промышленного строительства в границах территории населенных пунктов и зоны перспективной застройки.
3-й класс. Суммарная удельная активность радионуклидов не превышает 700, но ниже 1350 Бк/кг. Эти материалы можно использовать в дорожном строительстве за границами населенных пунктов - для оснований дорог, дамб и др. В границах населенных пунктов их можно применить для строительства подземных сооружений, покрытых слоем грунта толщиной более 0,5 м, где исключено длительное пребывание людей.
Если величина суммарной удельной активности радионуклидов в материале превышает 1350 Бк/кг, вопрос о возможном применении таких материалов решают в каждом случае отдельно при согласовании с органами здравоохранения.
Содержание радионуклидов в промышленных отходах определяется их происхождением, концентрацией природных радионуклидов в исходном сырье. Например, в фосфогипсах ряда стран концентрация радионуклидов по радию-226 находится в пределах 600-1500 Бк/кг, торию-232 - 5-7Бк/кг и калию-40 - 80-110 Бк/кг. Фосфогипсы российских и украинских предприятий имеют незначительную активность, которая не превышает 1005 Бк/кг.
В Европейских нормах запрещается использование в строительстве материалов с радиационным излучением свыше 25 нКи/кг; рекомендуется контролировать материалы с радиационным излучением от 10 до 25 нКи/кг и считать нерадиоактивными материалы с радиационным излучением менее 10 нКи/кг.
Широкая утилизация отходов в производстве строительных материалов требует решения ряда организационных и научно-технических проблем. Необходима региональная каталогизация отходов с указанием их полной характеристики. Требует развития стандартизация отходов как сырьевых ресурсов в производстве конкретных строительных материалов. Масштабы утилизации промышленных отходов и отходов городского хозяйства будут расширяться по мере внедрения комплекса технических мер по стабилизации их состава, повышению степени технологической подготовки (снижение влажности, гранулирование и др.).
Огромное значение имеет экономическое стимулирование, включающее вопросы ценообразования, финансирования, материального стимулирования.
Промышленность строительных материалов – комплекс отраслей, производящих материалы, детали и конструкции для всех видов строительства. Производство строительных материалов сосредоточено преимущественно возле источников сырья и в крупных индустриальных центрах.
Таблица 19. Состав отраслей производства строительных материалов
и их продукция.
Эта отрасль промышленности имеет большое значение для индустриализации строительства, снижения его стоимости, экономии металла и древесины, повышения эффективности капитальных вложений в народное хозяйство. Развитие промышленности строительных материалов связано с наличием строительного сырья.
Донецкий регион богат естественным строительным сырьем: огнеупорные глины, каолины, кварциты, строительный камень и др. Для развития строительной промышленности используют как минеральные ресурсы (известняк, гипс,
глину, песок, камни и др.), так и отходы других отраслей промышленности (золу, шлаки). Так, шлаки металлургических заводов и электростанций, используют для производства цемента, шлакоблока, шлаковаты, легких наполнителей для бетонных и железобетонных изделий.
Добыча природного сырья осуществляется на всей территории, поскольку все ее районы богаты полезными строительными ископаемыми.
Современное строительство использует строительные материалы, которые производит химическая промышленность – пластмассы, смолы, клейкие вещества, линолеум, полистироловые плиты и другое.
В строительстве применяют детали из литого камня, минеральную вату, которую получают из расплавленного базальта, и новые виды продукции деревообрабатывающей промышленности, например, древесно-стружечные плиты, клееную фанеру.
Рис. 81 Строительные материалы
Отрасль производит материалы, детали и конструкции для всех видов строительства. Основная ее продукция – стеновые (кирпич, бетонные и гипсобетонные панели, шлакоблоки), вяжущие (цемент, известь, строительный гипс), кровельные (черепица, шифер, толь, рубероид), отделочные, облицовочные, изоляционные материалы, строительное стекло,
сборный железобетон и бетон, кровельная керамика и фаянс, санитарно- технические изделия и другое.
Промышленность строительных материалов развивается под влиянием двух факторов – сырьевого и потребительского, поэтому размещение ее зависит от преобладания хотя бы одного из них.
В зависимости от потребностей строительства и стадий технологического процесса выделяют предприятия и производства, ориентированные на сырьевые районы, например, добыча и первичная обработка сырья (песка, гравия, щебня, бутового камня), производство вяжущих (цемента, извести, гипса) и стеновых материалов, а также те, что тяготеют к потребителю (производство железобетонных конструкций, шифера, строительного и оконного стекла и многое другое).
Крупнейшими центрами промышленности строительных материалов являются города Донецк, Мариуполь, Амвросиевка, Енакиево, однако в отрасли преобладают небольшие предприятия.
Отраслевой состав.
Важнейшими отраслями являются производство стеновых, рулонных, кровельных и гидроизоляционных материалов, асбестоцементных труб и шифера, добыча и переработка нерудных строительных материалов, цементная промышленность, производство строительной керамики. На них приходится более 80 % всей продукции и почти 90 % занятого в строительной промышленности промышленно-производственного персонала. Непосредственно в строительстве используют природный стеновой камень и строительный камень (крепкие осадочные, магматические и метаморфические породы). Другие породы являются сырьем для производства цемента, кирпича, черепицы, стекла, легких наполнителей
бетонов, вяжущих и других строительных материалов.
Нужды строительства полностью обеспечиваются собственными минеральными ресурсами. За рубежом пользуются спросом цементное и стекольное минеральное сырье и строительный камень. Граниты, габбро, лабрадориты вывозят в страны ближнего и дальнего зарубежья. Есть значительные ресурсы вяжущего минерального и кирпично-черепичного минерального сырья.
Для производства строительных материалов все шире используют вторичные минеральные отходы промышленности – верхние породы месторождений, продукты обогащения руд и угля и т.д.
Месторождения песка и природного камня встречаются почти повсеместно. Предприятия, специализирующиеся на добыче и переработке бутового камня, сыпучих строительных материалов, размещены в районах добычи. Чтобы приблизить перевозки дешевых строительных материалов, разрабатывают местные месторождения.
Цементная промышленность.
Цементная промышленность – материалоемкая отрасль, поэтому цементные заводы размещают в районах добычи сырья. При производстве 1 т клинкера (полуфабриката цемента) расходуется 1,5 т карбонатных пород (мергеля, доломита, известняка, мела) и почти 0,5 т глины. Цемент используется как вяжущий материал в производстве
бетона, железобетона и шлакоблоков. В Донбассе залегают высококачественные
Рис. 82 Производство цемента
карбонатные породы, поэтому здесь построены крупнейшие цементные предприятия – Амвросиевский цементный комбинат (к нему принадлежат пять заводов и четыре карьера), Краматорский и Енакиевский. Есть условия для производства высокомарочного нефелинового цемента.
Проблема! Предприятия цементной промышленности вызывают загрязнение окружающей среды цементной пылью, что негативно отражается на здоровье людей, живущих рядом. Предложите ряд мероприятий по очистке загрязнений окружающей среды.
Значительная часть цемента расходуется на производство кровельного шифера. Шиферные заводы сооружают в местах потребления готовой продукции.
Рис. 83 Производство цемента
Производство сборного железобетона и железобетонных конструкций. Основная продукция отрасли – железобетонные конструкции для промышленного, гражданского, гидротехнического, дорожного и других видов строительства (производство стеновых материалов, блоков для фундаментов зданий, межэтажных перекрытий, архитектурных деталей,
несущих арок, цехов, железобетонных свай, мостовых балок и т.п.).
Основными факторами размещения предприятий отрасли является территориальное сосредоточение производства, наличие строительного минерального сырья, трудовых ресурсов, транспортных коммуникаций. Производственные отрасли тяготеют к крупным промышленным центрам и узлам, населенным пунктам со значительным объемом жилищного и гражданского строительства.
Домостроительные комбинаты и предприятия для производства стальных конструкций размещены в
крупных городах (мощные комбинаты в Донецке, Мариуполе).
Производство строительного кирпича – одна из старейших отраслей в промышленности строительных материалов. Она состоит из двух подотраслей – производства глиняного и силикатного кирпича. Поскольку сырье для них есть почти везде, ее размещение ориентируется на потребителя. Дальние
перевозки кирпича экономически невыгодны.
Сегодня в кирпичной промышленности тяжелый ручной труд заменили механизмы, а производство стало круглогодичным. Используют высокопроизводительные кольцевые туннельные печи, в которых кирпич выжигают 18–36 часов.
Кирпичное производство отличается большой материалоемкостью: на выработку 1000 шт. кирпича расходуется 2,5 м3 глины. Выпускают обычный
кирпич, а также полый и пористый, которые имеют хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства.
Силикатный кирпич изготавливают из кварцевого песка с примесью извести (на 1000 шт. кирпича нужно 2,5 м3 песка и 0,1–0,2 м3 извести). Производство силикатного кирпича не такое трудоемкое, как глиняного, и стоимость его на 30 % меньше. Крупный центр производства строительного кирпича – Славянск.
Современное строительство требует различных по качеству и свойствам бетонов. Особую ценность имеют легкие ячеистые бетоны, из которых изготавливают стеновые панели жилых домов. Для их производства используют
легкие наполнители. В природе таких наполнителей
Рис. 85 Производство кирпича
нет, поэтому их создают искусственно: керамзит (Донецк), термозит (Донецк, Мариуполь).
Керамзит – искусственный пористый материал, который производят из легкоплавких глинистых пород.
Термозит – шлаковая пемза, которую изготавливают из доменных шлаков. Производство этого наполнителя размещено в центрах черной металлургии.
В южных районах производят ракушечник, который имеет хорошие тепло- и звукоизоляционные свойства, легко обрабатывается, дешевый. Его широко используют в строительстве (Мариуполь).
Производство строительной керамики – отрасль промышленности,
которая объединяет ряд предприятий по производству фасадной керамической плитки, плитки для пола, облицовочной глазурованной плитки, санитарно- строительной кислотоупорной керамики, канализационных и дренажных труб. Строительную керамику производят из тугоплавкой или огнеупорной глины с примесью каолина, кварцевого песка,
Рис. 86 Строительная керамика
пегматита, распространенных в разных
частях региона (особенно в пределах Украинского щита), окислов отдельных цветных металлов и других минеральных или органических соединений.
Производство керамических глазурованных плиток сосредоточено в Славянске, Артемовске. Кухонную посуду из фарфора и фаянса изготавливают в Славянске и Дружковке. Достаточное количество разнообразного сырья дает возможность расширить это производство.
Кровельные материалы (шифер, черепица) все больше производят в пределах региона (Донецк, Мариуполь, Макеевка, Краматорск, Горловка, Торез).
Основными источниками многотоннажных отходов являются: горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.
Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью.
Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.
В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.
Шлаки черной металлургии - побочный продукт при выплавке чугун» мэ железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков очень целик и 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. Основные оксиды: SiO2, Al2O3, CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, P2O5, Т i O 2. Состав шлака зависит от состава кокса пустой породы и определяет особенности применения шлака.
В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность
Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются в меньшей степени. Трудности их использования связаны с неоднородностью, непостоянством химико-минералогического состава и физико-механических свойств.
Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования - комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для, производства строительных материалов.
При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы (буквальный перевод с немецкого - «грязь»). Это общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом. Например, побочным продуктом при производстве алюминия является бокситовый шлам — рыхлый сыпучий материал красного цвета. При получении глинозема из нефелинового сырья в качестве побочного продукта образуется нефелиновый шлам. Иначе он называется белитовым шламом, так как в основном состоит из мелких кристаллов, минерала белита. Если, глинозем получают из высокоалюминатных глин, в качестве побочного продукта образуется каолиновый шлам и т.д. Основное применение все эти шламы находят в цементном производстве.
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) - минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, - до 5 млн т. По химическому составу топливные золы и шлаки состоят из SiO 2 , AI 2 O 3 , CaO, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо. Используются топливные золы и шлаки всего на 3-4 % от их ежегодного выхода.
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 песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень — в качестве крупного заполнителя. Отходы горнодобывающей промышленности. Вскрышные породы - горнорудные отходы, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. По ориентировочным подсчетам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд т отходов, которые являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. Однако в настоящее время они используются лишь на 6-7%. Вскрышные и пустые породы применяются в зависимости от своего состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные и т.д.).
Вскрышные породы - не единственные отходы горнодобывающей промышленности. Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. Горнообогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся в частности при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что их выгодно отличает от других видов минеральных отходов.
Попутнодобываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются по генезису, минеральному составу, структуре и текстуре от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это объясняется существенным отличием глубин карьеров по добыче сырья для стройиндустрии (20-50 м) по сравнению с современной разработкой рудных месторождений (350-500 м).
Гипсовые отходы химической промышленности - продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.
Фосфогипс - отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO 4 -2H 2 O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.
Фторгипс (фторангидрит) - побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSC>4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.
Титаногипс - отход при сернокислотном разложении титансо-держащих руд. Борогипс - отход производства борной кислоты. Суяь-фогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов тэс.
Электротермофосфорные шлаки - отходы производства фосфорной кислоты, получаемой но электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98% стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO 2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ.
Отходы деревообработки и лесохимии. В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов.
Практически не используются кора, пни, вершины, ветви, сучья, а также отходы деревообработки - стружка, щепа, опилки.
Отходы целлюлозно-бумажной промышленности - осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп - продукт, получившийся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил - продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул.
Отходы промышленности строительных материалов. При получении цементного клинкера до 30% объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ.
Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом - отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предприятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.
Прочие отходы и вторичные ресурсы - отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.
