УО «Белорусский государственный технологический университет» Использование отходов производства для получения керамических материалов строительного назначения Левицкий И. А., Павлюкевич Ю. Г., Кичкайло О. В., Баранцева С. Е., Пищ И. В., Позняк А. И.

ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ КЕРАМИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ - использование осадков сточных вод гальванических производств при получении лицевого кирпича, архитектурно-строительной керамики, керамзитового гравия; - использование отходов производства дорожного щебня Микашевичского РУПП «Гранит» и ангобно-глазурных отходов ОАО «Березастройматериалов в производстве керамических плиток для внутренней облицовки стен; - использование древесной золы, льнокостры и отходов сахарного производства при получении керамического кирпича и блоков пустотелых

Проведены комплексные исследования отходов гальванических цехов ОАО «Белорусский металлургический завод» (БМЗ), ПО «Минский тракторный завод» (МТЗ), РУП «Гомельский станкостроительный завод им. Кирова» (ГСЗ), ОАО «Ратон» (Ратон), РУП «Гомельский завод литья и нормалей» (ГЗЛиН), ЗАО «Атлант» (Атлант). Анализ химического состава отходов позволил классифицировать их по содержанию основного компонента на следующие группы (массовое содержание): с высоким содержанием оксидов железа (46–68 %): осадки МТЗ, ГСЗ, Ратон; с высоким содержанием оксидов железа (46–68 %): осадки МТЗ, ГСЗ, Ратон; кальцийжелезосодержащие (22–37 % CaO; 22–25 % Fe 2 O 3 ): осадки ГЗЛиН; кальцийжелезосодержащие (22–37 % CaO; 22–25 % Fe 2 O 3 ): осадки ГЗЛиН; кальцийжелезофосфорсодержащие (22–39 % CaO; 13–30 % Fe 2 O 3 ; 11–28 % Р 2 О 5 ): осадки Атлант и БМЗ кальцийжелезофосфорсодержащие (22–39 % CaO; 13–30 % Fe 2 O 3 ; 11–28 % Р 2 О 5 ): осадки Атлант и БМЗ ХАРАКТЕРИСТИКА ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Наиме- нование осадка Наименование оксидов и их содержание, % SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 TiO 2 CaOMgOK2OK2ONa 2 OCr 2 O 3 MnONiOCuOZnOCO 2 P2O5P2O5 SO 2 ППП Ратон 0,63 – 1,05 0,70 – 3,12 46,58 – 68,02 0,08 – 0,11 3,82 – 4,86 0,21 – 0,97 0,03 – 0,15 0,44 – 1,54 4,09 – 6,33 3,01 – 4,49 0,78 – 1,44 0,66 – 1,20 4,45 – 6,19 0,15 – 0,35 0,1 – 3,7 0,4 – 1,5 12,56 –16,3 ГСЗ 0,14 – 0,74 0,09 – 0,31 51,4 – 77,2 – 2,11 – 4,67 0,16 – 0,56 0,01 – 0,03 4,10 – 5,72 4,11 – 6,13 – 0,21 – 0,63 0,16 – 0,56 2,11 – 4,73 1,0 – 2,08 – 0,08 – 2,16 13,56– 15,26 МТЗ 0,35 – 0,60 0,1 – 0,32 48,8 – 68,4 – 2,73 – 4,73 0,97 – 3,47 0,01 – 0,03 1,48 – 3,48 4,65 – 5,81 – 0,03– 0,05 0,05 – 0,11 4,14 – 14,76 0,87 – 1,33 1,90 – 4,96 3,36 – 1,98 9,55 – 11,23 ГЗЛиН 4,10 – 6,66 0,31 – 0,77 21,87 – 25,53 – 22,31 – 37,3 0,21 – 0,85 0,09 – 0,15 0,11 – 0,91 0,06 – 0,18 0,1 – 0,32 0,01 – 0,03 0,01 – 0,05 0,35 – 0,95 6,89 – 12,73 2,01 – 4,01 3,01 – 6,11 18,7 – 23,32 Атлант 1,78– 2,18 0,12– 0,21 26,75– 30,15 – 35,11– 38,71 1,86– 1,90 0,24– 0,31 0,75– 2,78 – 1,27– 2,22 ––– 8,6– 12,7 23,7– 28,25 – 17,7– 24,5 БМЗ–– 12,7– 28,8 – 22,1– 37,01 0,46– 1,01 0,3– 0,5 0,38– 0,55 –––– 2,16– 3,87 8,6– 12,7 10,9– 18,3 0,35– 2,35 15,31– 22,66 ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ИССЛЕДУЕМЫХ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД

ЛИЦЕВОЙ КИРПИЧ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА Технические характеристики: Температура обжига, С 1050 Общая линейная усадка, %3,6 Водопоглощение, %12,5 Кажущаяся плотность, кг/м Кажущаяся пористость, %23,7 Прочность при сжатии, МПа20,9 Прочность при изгибе, МПа5,2 Морозостойкость, циклыболее 50

Содержание шлама ГСЗ, % Наименование ионов Концентрация ионов, мг/л Концентрация ионов, мг/л (по методу ААС) Максимально возможная концентрация ионов, мг/л Степень миграции, % 10 Ni 2+ 0,0090,0066,000, ,0160,01198,000, ,0250,02330,000, Fe 2+, Fe 3+ 0,0400,059791,860, ,1300, ,590, ,4100, ,310, Cr 3+,Cr 6+ 0,2510,22874,360, ,4150,352623,080, ,6430,614371,800, Cu 2+ 0,1230,1619,170, ,1890,2157,520, ,4620,5095,860, Zn 2+ 0,1370,09388,900, ,3240,281166,710, ,5500,561944,550,028 КОНЦЕНТРАЦИЯ ИОНОВ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВЫТЯЖКАХ И СТЕПЕНЬ ИХ МИГРАЦИИ ИЗ ОБРАЗЦОВ

Изучение концентрации ионов в смоделированных наиболее жестких условиях эксплуатации (30-тисуточная экспозиция при температуре 50ºС в аммонийно-ацетатном буферном растворе) показали, что образцы лицевого кирпича, содержащие до 30 % осадка ГСЗ включительно, полностью удовлетворяют требованиям ГН –21–2003 по содержанию химических элементов в водных объектах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования

- введение осадков обеспечивает уменьшение температуры синтеза на 15–25°С; - продукция характеризуется высокой механической прочностью и экологической безопасностью, широкой цветовой гаммой преимущественно коричневых и шоколадных цветов Преимущества по сравнению с аналогами:

Техническая характеристика: Температура обжига, ºС 1160±20 Насыпная плотность, кг/м Сопротивление раздавливанию, Н/мм 2 3,9 Потеря массы после 20 циклов поперемен- ного замораживания и оттаивания, % 0,83 и Содержание водорастворимых сернистых и сернокислых соединений, % не более 0,2 Удельная эффективная активность естественных радионуклидов, Бк/кг 173–220 КЕРАМЗИТОВЫЙ ГРАВИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОСАДКОВ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Микроструктура образцов керамзитового гравия б)а) Керамзитовый гравий, полученый с использованием гальванических шламов МТЗ (а) и БМЗ (б) при температуре 1150ºС. Увеличение 100

Преимущества по сравнению с аналогами: - использование в качестве сырья отходов станций нейтрализации сточных вод гальванического производства в количестве 7–10 %; - уменьшение температуры синтеза на 20–40 °С; - высокая механическая прочность; - экологическая безопасность

Гранитоидные отсевы представляют собой некондиционную фракцию горной массы, подвергаемой камнедроблению на Микашевичском РУПП «Гранит», которая по гранулометрическому составу является промежуточным продуктом, имеет размеры частиц 3–5 мм и поступает в отвалы, поскольку она не относится ни к гранитоидному щебню (от 5 до 70 мм), ни к песку (менее 2 мм). Количество отсевов приближается к 45–50 % от общего выпуска продукции, составляющего 8,5–9 млн. м 3, занимая значительные площади, прилегающие к предприятию и ухудшая экологию региона ХАРАКТЕРИСТИКА ГРАНИТОИДНЫХ ОТСЕВОВ

ХИМИКО-МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЙ СОСТАВ ГРАНИТОИДНЫХ ОТСЕВОВ Химический состав, мас. % SiO 2 Al 2 O 3 CaOMgOK2OK2ONa 2 OTiO 2 Fe 2 O 3 MnO 54,00– 60,99 17,27– 17,00 5,36– 6,43 2,08– 3,23 2,96– 3,77 3,06– 3,98 0,76– 0,80 6,53– 8,61 0,18– 0,09 Минералогический состав, об. % плагиоклазмикроклинкварцбиотитамфиболэпидот 50–601,0–5,05–1210–205–154,0–7,0

ХАРАКТЕРИСТИКА АНГОБНО-ГЛАЗУРНЫХ ОТХОДОВ На ОАО «Березастройматериалы» при производстве глазурованных плиток для внутренней облицовки стен в значительных количествах накапливаются отходы, образующиеся на стадиях ангобирования и глазурования в виде суспензии влажностью до 35–38 %. Поэтому организация их рециклинга является в настоящее время актуальной задачей производства Химический состав, мас. % SiO 2 Al 2 O 3 CaOMgOK2OK2ONa 2 OTiO 2 Fe 2 O 3 ZrO 2 ZnO 59,67- 61,87 13,56- 15,04 8,80- 9,81 1,10- 1,52 2,17- 2,73 1,22- 2,19 0,7- 1,11 0,18- 2,78 0,52- 2,09 5,52- 7,02

ПЛИТКА ДЛЯ ВНУТРЕННЕЙ ОБЛИЦОВКИ СТЕН С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОТХОДОВ КАМНЕДРОБЛЕНИЯ И АНГОБНО-ГЛАЗУРНЫХ СУСПЕНЗИЙ Технические характеристики : Водопоглощение, % 14–15; Механическая прочность при изгибе, МПа 26–28; Усадка общая, % 0,8–0,9; Термостойкость, °С 125

При существующем объеме производства плиток для внутренней облицовки стен на предприятии утилизируется ежегодно около 660 т. отходов камнедробления, а введение ангобно-глазурных отходов в количестве 0,5–1,0% обеспечит их практически полный рециклинг. По физико-химическим свойствам готовая продукция полностью соответствует требованиям нормативно- технической документации Преимущества по сравнению с аналогами:

Отходы сахарных производства – свекловичный жом, фильтрационный осадок могут быть использованы как в качестве поризующей добавки за счет высоких значений потерь при прокаливании (свекловичный жом), так и компонента, обеспечивающего объемное окрашивание за счет повышенного содержания СаО (фильтрационный осадок). Костра льна – продукт первичной переработке льна-долгунца, количество которой достигает 67–73 %. Высокое содержание пентозанов (до 25 %) и целлюлозы (до 36 %) обусловливает возможность применения льнокостры в качестве порообразователя при получении стеновых материалов. Древесная зола – отход сжигания древесины в микрокотельных установках. Минеральный состав представлен кварцем, кальцитом, поташом, гематитом и фосфатом кальция. Химический состав золы следующий, %: С 63; SiO 2 4,8; Fe 2 O 3 1,7; Al 2 O 3 2,16; CaO 16,65; MgO 3,12 и др.

Преимущества по сравнению с аналогами: С использованием древесной золы, льнокостры и отходов сахарного производства разработаны составы масс и технология получения поризованных керамических стеновых материалов. При введении вышеуказанных добавок в количестве 10–12 % при температурах обжига 950–1050 ºС получены керамические стеновые материалы, характеризующиеся пористой структурой и значениями кажущейся плотности 1100–1200 кг/м 3, коэффициента теплопроводности 0,3–0,4 Вт/мК, прочности при сжатии 15–25 МПа и морозостойкости более 50 циклов КЕРАМИЧЕСКИЕ ПОРИЗОВАННЫЕ СТЕНОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Установлено, что основополагающими технологическими тенденциями утилизации отходов различных производств, техногенных отходов и организации рециклинга является комплексное изучение их влияния при получении различных силикатных материалов, оценка объемов образующихся отходов, совершенствование технологических процессов для успешного решения задач экологической безопасности и ресурсосбережения

Кафедра технологии стекла и керамики БГТУ готова сотрудничать с отечественными и зарубежными производителями и университетами в области синтеза неорганических материалов, поскольку обладает обширными знаниями и располагает современно оборудованными лабораториями для проведения синтеза и исследований