Строительство и архитектура/4.Современные строительные материалы

аспирант Лашина И.В., магистрант Черепанова И.А.

Белгородский государственный технологический

университет им. В.Г. Шухова, Россия

Пути решения экологических проблем горнодобывающей промышленности

Проблема охраны окружающей среды является одной из важнейших задач современного общества. Решение этой проблемы возможно путем рационального использования минерального сырья, опирающееся на создание новых замкнутых технологических схем с полным использованием всех попутных продуктов на основе современных достижений науки и техники. Одним из главных технико-экономических показателей любой технологии является степень превращения исходного сырья в полезный продукт. Однако на практике значительная доля исходного сырья превращается в отходы, которые в подавляющем большинстве направляются в отвалы, что наносит существенный урон экономике и экологии. Во второй половине ХХ века в целом в мировой практике резко увеличились объемы горнорудного производства. Горнодобывающие предприятия ежегодно перерабатывают миллиарды тонн различных горных пород, содержащих полезные ископаемые. Масса обогащенной руды и изделий из камня составляет в пределах 30–50 %, все остальное в виде хвостов идет в отвалы. Так как большинство горных предприятий расположено в индустриальных районах страны, в которых обширные площади заняты нужды сельского хозяйства, хвостохранилища и отвалы уничтожают многие тысячи гектаров плодородных земель. Следовательно, комплексная переработка природного минерального сырья позволит уменьшить экологический урон окружающей среде.

Спецификой настоящего времени является использование попутных продуктов (техногенного сырья), которое сулит также значительные выгоды и основному производству, несущему непроизводительные затраты, связанные с добычей избыточных масс сырья и удалением «отбросов» в отвалы. При использовании техногенного сырья значительная доля производственных затрат будет распределена на все продукты комплексной технологии. К сожалению, еще многие новые заводы строятся с таким расчетом, чтобы обеспечить качественные характеристики только основного продукта, все остальное без должного основания списывается в отходы и направляется в отвал. Развитие минеральной технологии немыслимо без комплексной переработки, когда все продукты перерабатываются в товар, что исключает понятие «основной» и «попутный» продукт [1].

В Белгородском государственном технологическом университете имени В. Г. Шухова ведется разработка ряда технологий по производству строительных материалов на основе попутных пород Курской магнитной аномалии (КМА), в частности силикатных материалов автоклавного твердения [2-7]. Это весьма актуально в связи с тем, что в Белгородской области в районе добычи и переработки железных руд и другого минерального сырья КМА сложилась острая экологическая обстановка. ГОКи производят складирование на территории земельного отвода в селективные отвалы: мел, мергель, песок, окисленные и безрудные кварциты, сланцы и частично суглинки. Довольно часто породы рыхлой вскрыши складируются валово. В результате на поверхности земли формируется техногенный ландшафт, существенно меняющий ветровой, эрозионный и водный режим района. Для нормальной работы ГОКов требуется не менее 10–15 тыс. га земли. Попутно добываемые минеральные ресурсы (кристаллические сланцы, мел, глина, песок) используются всего на 17,5 %.

Большая доля извлекаемых «пустых» пород при добыче железистых кварцитов приходится на песчано-глинистые отложения, которые являются продуктами одной из заключительных фаз выветривания алюмосиликатных пород. Породы подобного состава и строения широко распространены не только на территории КМА, но и в других горнодобывающих регионах России.

Данные песчано-глинистые породы не пригодны для производства цемента и керамического кирпича, так как не удовлетворяют требованиям действующих нормативных документов на сырье, но в силу своего вещественного состава представляют несомненный интерес для промышленности строительных материалов [8-12]. В частности, их можно использовать в производстве плотных и ячеистых окрашенных силикатных материалов гидротермального твердения в качестве альтернативы природному кварцевому песку, запасы которого ограниченны, тем более что чистый кварцевый песок является незаменимым сырьем в стекольной промышленности.

В ходе проведенных исследований в БГТУ им. В. Г. Шухова была теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность получения эффективных высокопустотных плотных силикатных материалов марок 250–300 и ячеисто-бетонных теплоизоляционно-конструкционных и конструкционных блоков марок D500–D1100 [13-17].

Вещественный состав и свойства данных пород обусловливают высокую реакционную способность вяжущего в гидротермальных условиях [18-20], что позволяет, при использовании их в качестве сырья для производства силикатных материалов, сократить расход энергии на помол вяжущего и время изотермической выдержки в автоклаве в 2 раза, в результате чего общие энергозатраты на производство снижаются на 20–25 %.

За счет использования подобных пород, которые содержат метастабильные минералы несовершенной структуры и тонкодисперсный кварц, ускоряется разрушение кремнеземистых компонентов сырьевой смеси и, как следствие, ускоряется синтез новообразований. Это позволяет получать силикатные материалы не только в условиях автоклавной обработки, но и при атмосферном давлении в среде насыщенного водяного пара при температуре 95–100 °С.

Таким образом, использование вскрышных песчано-глинистых пород незавершенной фазы минералообразования позволит решить проблему дефицита качественного традиционного сырья для производства строительных материалов, существенно расширить сырьевую базу [21-24], сократить энергозатраты на производство, за счет чего снизится себестоимость продукции, а также ослабить экологический кризис в районе ГОКов. В регионах, где отсутствуют месторождения кварцевого песка, породы подобного состава могут стать надежной сырьевой базой для производства силикатных материалов.

Статья подготовлена в рамках программы развития опорного университета на базе БГТУ им. В.Г. Шухова на 2017-2021 годы.

Литература

1. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х., Прасолова Е.О., Ахмед Ахмед А.А., Кулик Н.В., Коломацкий А.С. Проблема рационального природопользования / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 6. С. 7-10.

2. Wolodtschenko A.A., Lessowik W.S. Рydraulisch erhärtende "grüne" verbundwerkstoffe auf basis energiesparender tone / В сборнике: 19-te Internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. С. 1351-1356.

3. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Стеновые материалы на основе нетрадиционного сырья / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 5. С. 53-57.

4. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х., Прасолова Е.О., Чхин С. Нетрадиционное глинистое сырье как компонент неорганических дисперсных систем / Вестник МГСУ. 2014. № 9. С. 67-75.

5. Lesovik V.S., Volodchenko A.A., Svinarev A.V., Kalashnikov N.V., Rjapuhin N.V. Reducing energy intensity of production of non autoclave wall materials / World Applied Sciences Journal. 2014. Т. 31. № 9. С. 1601-1606.

6. Zagorodnjuk L.H., Lesovik V.S., Volodchenko A.A. To the question of dry mortars components mixed in various mixing units / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 44844-44847.

7. Володченко А.А. Использование нетрадиционного глинистого сырья для получения силикатных материалов по энергосберегающей технологии / Успехи современного естествознания. 2015. № 1-4. С. 644-647.

8. Володченко А.А., Загороднюк Л.Х. Нетрадиционное сырье для стеновых материалов Международный научно-исследовательский журнал. 2014. № 9 (28). С. 27-29.

9. Володченко А.А., Поспелов М.А. Повышение эффективности энергосберегающих стеновых материалов, за счет использования полифункционального нетрадиционного алюмосиликатного сырья / Уральский научный вестник. 2017. Т. 11. № 3. С. 042-044.

10. Лесовик В.С., Володченко А.А. Влияние состава сырья на свойства безавтоклавных силикатных материалов / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2013. № 1. С. 10-15.

11. Прасолова Е.О., Володченко А.А., Попов М.А., Гинзбург А.В. Анализ сырья для получения наномодификатора / В сборнике: Наукоемкие технологии и инновации Юбилейная Международная научно-практическая конференция, посвященная 60-летию БГТУ им. В.Г. Шухова (XXI научные чтения). 2014. С. 297-301.

12. Лесовик В.С., Володченко А.А. Долговечность безавтоклавных силикатных материалов на основе природного наноразмерного сырья / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2011. № 2. С. 6-11.

13. Прасолова Е.О., Лесовик В.С., Володченко А.А. Неорганический наномодификатор для ячеистых бетонов / В сборнике: Теоретические и прикладные вопросы науки и образования сборник научных трудов по материалам Международной научно-практической конференции: в 16 частях. 2015. С. 123-124.

14. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Volodchenko A.N., Glagolev E.S., Zagorodnjuk L.H., Pukharenko Y.V. Composite performance improvement based on non-conventional natural and technogenic raw materials / International Journal of Pharmacy and Technology. 2016. Т. 8. № 3. С. 18856-18867.

15. Lessowik W.S., Potapow W.W., Alfimowa N.I., Elistratkin M.J., Wolodchenko A.A. Nanodisperse modificators for building material engineering / В сборнике: 19-te Internationale baustofftagung ibausil 2015. 2015. С. 487-493.

16. Володченко А.Н., Лесовик В.С., Алфимов С.И., Володченко А.А. Регулирование свойств ячеистых силикатных бетонов на основе песчано-глинистых пород // Известия высших учебных заведений. Строительство. 2007. № 10. С. 4-10.

17. Лесовик В.С., Загороднюк Л.Х., Чулкова И.Л., Толстой А.Д., Володченко А.А. Cродство структур как теоретическая основа проектирования композитов будущего / Строительные материалы. 2015. № 9. С. 18-22.

18. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Zagorodnjuk L.H., Volodchenko A.N. Influence of the inorganic modifier structure on structural composite properties / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 19. С. 40617-40622.

19. Lesovik V.S., Zagorodnjuk L.H., Volodchenko A.N., Aleksandrovna K.A. The control of building composite structure formation through the use of multifunctional modifiers Volodchenko A.A. / Research Journal of Applied Sciences. 2016. Т. 10. № 12. С. 931-936.

20. Volodchenko A.A., Lesovik V.S., Volodchenko A.N., Zagorodnjuk L.H. Improving the efficiency of wall materials for «green» building through the use of aluminosilicate raw materials / International Journal of Applied Engineering Research. 2015. Т. 10. № 24. С. 45142-45149.

21. Zagorodnjuk L.H., Lesovik V.S., Volodchenko A.A., Yerofeyev V.T. Optimization of mixing process for heat-insulating mixtures in a spiral blade mixer / International Journal of Pharmacy and Technology. 2016. Т. 8. № 3. С. 15146-15155.

22. Лесовик В.С., Володченко А.А. К проблеме техногенного метасоматоза в строительном материаловедении / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2015. № 4. С. 38-41.

23. Володченко А.А., Лесовик В.С., Чхин С. Повышение эксплуатационных характеристик стеновых материалов / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2014. № 3. С. 29-34.

24. Загороднюк Л.Х., Лесовик В.С., Глагоев Е.С., Володченко А.А., Воронов В.В., Кучерова А.С. Теоретические основы создания сухих строительных смесей / Вестник Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова. 2016. № 9. С. 40-52.