Современные наукоемкие технологии. Бой кирпича — отходы производства кирпича Методы изготовления кирпича или будущий ассортимент вашего производства
Применение отходов угольных шахт в качестве сырья для получения керамического кирпича.
Б.С. БАТАЛИИ, доктор техн. наук, профессор, ТА. БЕЛОЗЁРОВА, старший преподаватель, С.Э. MAXOBER М.Ф. ГАЙДАЙ, -: Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ПНИПУ).
В статье представлены экспериментальные данные по использованию отходов угольной промышленности. Установлено, что терриконики могут быть использованы для получения керамических изделий с высокими эксплуатационными характеристиками.
Породные отвалы угольных шахт в настоящее время рассматриваются как техногенные месторождения, содержащие целый ряд полезных компонентов, пригодных для использования. Назрела необходимость создания предприятий для комплексной их разработки, что позволит решить ряд проблем шахтерских городов и районов: снизить экологическое загрязнение окружающей среды, вернуть в оборот земли, находящиеся в настоящий момент под террикониками, получить ценную продукцию, востребованную на рынке, решить ряд социальных проблем.
Значительные объемы шахтных пород и отходов могут быть использованы в строительной индустрии. Однако нестабильность состава и свойств - один из главных факторов, сдерживающих их использование. Но с соблюдением некоторых приемов подготовки и переработки может быть получена качественная продукция, выпуск которой вполне посилен малому предприятию.
Из литературных источников [ 1 ] известно, что на основе террикоников разных угольных месторождений могут быть получены строительные материалы различного состава и назначения, в т.ч. керамические материалы - изделия строительной и художественной керамики, огнеупоры.
Исследования, проведенные нами, показали следующее: поскольку в составе этих террикоников содержатся лещадные зерна и зерна слабых пород в количестве, превышающем допуски, установленные нормативными документами , использование их в качестве заполнителей для бетонов нецелесообразно.
Активированные вяжущие могут быть получены либо низкомарочные, либо требующие обязательной тепловлажностной обработки при использовании в растворах или бетонах. Эксперименты показали, что наиболее реальный способ переработки террикоников может быть осуществлен лишь с применением высокотемпературных технологических процессов.
В связи с тем что в России налажен выпуск серийного оборудования для производства керамики строительного назначения «сухим» способом (ассоциация АССТРОМ, Ростов-на-Дону), появилась реальная возможность переработать терриконики в строительную керамику.
Целью работы, описанной в этой статье, является исследование возможности получения из террикоников Кизеловского бассейна керамических изделий строительного назначения, в частности керамического кирпича.
Терриконики представлены двумя разновидностями отвальных пород: «черными» - углистыми глинистыми сланцами и аргиллитами; «красными» - так называемыми горелыми породами, подвергшимися обжигу в результате самовозгорания сланцев и аргиллитов.
Химический состав террикоников приведен в табл. 1. Оба вида террикоников присутствуют в виде крупного щебня и песка .
Как видно из табл. 1, химический состав террикоников обоих видов примерно соответствует составу кирпичных глин. При этом черный сланец содержит глинистые минералы типа каолинита и иллита, а также полевые шпаты, хлориты и серицит. Кроме того, в них содержатся кварц, корунд, магнетит, гематит, сульфаты, карбонаты, сульфиды и самородная сера.
Черный цвет этих пород связан с наличием в них дисперсного углерода. При этом черные сланцы в воде не набухают и имеют слоистое строение, небольшую механическую прочность, но при этом являются вязкими (малохрупкими).
Красный (горелый) сланец содержит продукты термического преобразования минералов черного сланца. При таком преобразовании химический состав сланца меняется мало, тогда как минеральный претерпевает существенные изменения. Глинистый сланец становится по составу аналогом шамота. Слоистое сложение переходит в более массивное, увеличивается механическая прочность, но при этом возрастает хрупкость.
Таким образом, по химическому и минералогическому составу оба сланца, взятые в соотношении 1:1, аналогичны подготовленной керамической массе, включающей выгорающую (уголь) и отощающую (красный сланец) добавки. Чтобы масса такого состава, измельченная до состояния тонкого порошка, обладала формуемостью, необходимой для получения кирпича, в нее необходимо ввести связку. Роль связки может выполнять глина. Количество глины необходимо такое, чтобы обеспечить хорошую формуемость при сухом (полусухом) прессовании. В качестве связки была использована глина одного из месторождений Пермского края. Химический состав глины приведен в табл. 2.
Важную роль для получения высококачественной керамики играет степень измельчения исходных террикоников и соотношение «черного» и «красного» в составе сырьевой смеси. В ходе исследований было установлено, что если измельчить терриконики до состояния песчаной фракции 0-5 мм, то образцы получаются низкой прочности, с дефектами на поверхности. Было исследовано влияние степени измельчения террикоников на формуемость массы и свойства сырца и черепка. С этой целью использовали измельчение и механическую классификацию породы до полного прохождения через сита 2,5, 1,25 и 0,63.
В результате этой работы был сделан вывод, что оптимальная степень измельчения возникает при дроблении и последующем помоле до полного прохождения через сито 0,63. При этом после обжига получается равномерно обожженный черепок без дефектов.
Определили водные, формовочные, сушильные и огневые свойства смесей из террикоников обоих видов.
Формовочную влажность определяли следующим образом: взвешивали навески по 100 г смесей. Навески поделены по 20 г на 5 равных частей. Каждую навеску увлажняли водой в следующих количествах: масс. %: 5; 7,5; 10; 12,5; 15. Изкаждой увлажненной смеси сформировано в пресс-форме диаметром 20 мм по одному образцу-цилиндру при нагрузке 200 кГс. Сформованные образцы сразу испытали на сжатие.
Результаты испытаний представлены в табл. 3.
Таблица 1. Химический состав террикоников
| №№ пп | Si0 2 | TiO 2 | А1 2 O 3 | Fe 2 O 3 | МnО | MgO | СаО | K 2 O 5 | P 2 O | ||
| 1А | 50,85 | 1,277 | 17,16 | 5,31 | 0,009 | 0,11 | 0,38 | 2,35 | 0,092 | ||
| 2А | 51.04 | 1,449 | 21.75 | 14.16 | 0,019 | 0,00 | 1.60 | 2,25 | 0,114 | ||
| ЗА | 30,05 | 1,152 | 15,18 | 4,56 | 0.007 | 0,00 | 0,19 | 2,55 | 0,056 | ||
| 4А | 45,22 | 1,295 | 17,11 | 9,65 | 0,007 | 0.11 | 0,16 | 2,43 | 0,076 | ||
| 1B | 47,48 | 1,032 | 14.78 | 5,99 | 0,007 | 0,02 | 0,16 | 1,88 | 0,093 | ||
| 2В | 52,99 | 1,383 | 19,88 | 14,31 | 0,020 | 0,00 | 1.92 | 2,07 | 0,105 | ||
| ЗВ | 45,15 | 1,130 | 15,29 | 4,61 | 0,007 | 0,09 | 0.14 | 2,20 | 0,096 | ||
| 4В | 58,67 | 1,192 | 16,57 | 8,34 | 0,013 | 0,24 | 0,13 | 2,29 | 0,095 |
Примечание: 1А-4А черные терриконики; 1В-4В красные терриконики
Таблица 2. Химический состав глины
| ППП | SiO, | А1,0, | ТЮ, | FeA | СаО | MgO | S0 3 | К,0 | Na 2 0 | |
| 6,75 | 63,48 | 12,87 | 0,74 | 4,76 | 5,57 | 1,84 | 0,02 | 2,02 | 1,75 |
Таблица 3. Показатели формовочной прочности смесей
| Состав |
Формовочная прочность, кг/см 2 при влажности, % |
||||||
| «черный» терриконик | «красный» терриконик |
глина |
7,5 | ||||
| 14 | |||||||
| 12 | |||||||
| 9,2 | |||||||
| 6,8 | |||||||
| 5,8 | |||||||
| 4,2 | |||||||
Полученный путем экспериментов оптимальный состав смеси, при котором получается черепок наилучшего качества, масс. %: «черный» терриконик - 45; «красный» терриконик - 45; глина - 10; вода - 7. Оптимальное давление прессования 400-500 кг/см2. Остальные эксперименты проводили на прессованных образцах-цилиндрах, оптимального состава высотой и диаметром 50 мм, полученных при оптимальном давлении.
Интервал спекания, установленный экспериментально по величине водопоглощения, составляет 950-1100°С.
Оптимальная температура спекания 1050°С. Время спекания в лабораторной муфельной печи 6-8 часов. После обжига определяли свойства полученных образцов: прочность, плотность, коэффициент размягчения, водопоглощение и морозостойкость.
Получены следующие результаты. При прочности при сжатии 156 кг/см2 образцы имеют плотность 1510 кг/м3, водопоглощение 10,1%, коэффициент размягчения 0,97. При испытании на морозостойкость образцы выдержали без потери массы 50 циклов.
Ранее нами было установлено, что добавка расщепленных олигопептидов в виде концентрата БГ-20, применяемого в качестве пенообразователя, повышает прочность керамического черепка, полученного методом шликерного литья и пластического формования. Была высказана гипотеза о причине повышения прочности черепка при использовании такой добавки . Гипотеза предполагает, что в ходе обжига керамической массы, включающей олигопептиды, происходит синтез наноструктурных элементов, которые затем служат центрами кристаллизации расплава, образующегося при спекании. По принятой классификации такой материал можно считать нанокомпозитом.
Рис. 1. Зависимость прочности при сжатии образца от количества пенообразователя в составе сырьевой смеси
Рис2. Зависимость плотности образцов от количества пенообразователя в составе сырьевой смеси
Если гипотеза имеет основания, то эффект повышения прочности черепка не должен зависеть от способа формования изделий. Для проверки этого предположения нами были проведены эксперименты, в которых использовали составы керамической смеси, включающие 2, 4 и 6% по массе БГ-20. После добавления пенообразователя более 6% прочность практически не меняется, а после 12% резко падает. Поэтому чтобы избежать перерасхода пенообразователя, за оптимальное количество принято 4-6%. Количество воды при этом уменьшали на такие же величины. Все остальные условия эксперимента сохраняли, как описано выше. Результаты испытаний приведены на рис. 1. Интересен тот факт, что плотность при этом практически не меняется, что показано на рис. 2.
Таким образом, в результате проведенной работы было экспериментально показано, что из смеси черных и красных пород может быть получена нанокомпозиционная крас—ожгущаяся керамика строительного назначения. Были газработаны рецептуры и технологические режимы производства облегченного керамического кирпича методом сухого прессования.
Эксперименты показали, что при применении сухого прессования отходы угольной промышленности - Кизеловские терриконики, могут быть использованы для получения керамического кирпича марок 75-250 по ГОСТ 580-2007.
На основе проделанной работы можно сделать вывод о том, что терриконики Кизеловского бассейна пригодны для получения керамического кирпича и художественной керамики, при условии измельчения обоих видов терриконика до фракции 0,63, введения 10-12% глины в состав смеси и применения в качестве упрочняющей добавки белкового пенообразователя БГ-20 в количестве 4-6%.
Библиографический список
1. Буравчук Н.И. Перспективные направления утилизации отходов добычи и сжигания углей. Институт механики и прикладной математики им. И.М. Воровича Южного федерального университета, Ростов-на-Дону.
2. ГОСТ’8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ. Технические условия: Межгос. стандарт. — Введ. 01.01.95.
3. Максимович Н.Г. Рост кристаллов и другие процессы в гелеобразных средах при химическом загрязнении грунтов //Минералогия техногенеза — 2007. — Миасс, 2007. — С. 189-212.
4. Баталин Б. С. Нанотехнология и строительные материалы. // Технологии бетонов, 2009, № 7-8. С. 78-79.
5. Birkholz М., Albers U. and Jung Т. Nanocomposite layers of ceramic oxides and metals prepared by reactive gas-flow sputtering, 179, pp. 279-285 (2004).
Использование кирпича в качестве строительного материала получило свое применение уже с давних времен. На сегодняшний момент кирпич считается одним из самых основных видов материала для строительства. Но в строительных работах научились использовать как цельный кирпич, так и бой кирпича, который тоже получил широкую популярность среди многих строительных компаний России .
Область применения
Боем красного кирпича принято называть отходы, которые получаются в результате производства кирпича. Помимо этого битый кирпич образуется в результате сноса зданий и сооружений. Такому бою кирпича нашли широкое применение. Им принято посыпать дороги, котлованы, а также использовать для посыпки мест, предназначенных для автостоянок и асфальтированных площадок. Помимо этого бой кирпича используют в качестве засыпки на таких местах как болотистые почвы, которые идут в дальнейшем для строительства новых домов.Использование битого кирпича применяется в таких случаях как?
- Бой кирпича применятся для посыпки дорог, в целях придать ей форму. Бой кирпича используют как в строительных работах, так и садоводствах. Но в основном битый кирпич нашел свое применение для временного ремонта дорог в осенне-зимний период.
- Что касается дорожных работ, то битый кирпич, как и бой бетона , используют как основное и незаменимое средство для борьбы с ямами и выбоинами на дорогах.
- В том случае если планируется строительство в местах болотистых, то в этом случае битый кирпич будет использован в качестве подсыпки под застройку.
- На дачных участках битый кирпич используется в качестве дренажной системы для строительства водоемов или колодцев.
Кроме этого битый кирпич это прекрасное средство чтобы обеспечить тепло и шумо изоляцию. Поэтому его очень часто используют в строительных работах при строительстве стен, наполняя этим материалом внутреннюю часть стены.
Продажи битого кирпича
Что касается продажи битого кирпича, то ею занимаются не только фирмы, специализирующиеся на производстве самого кирпича, но и другие компании, которые непосредственно имеют дело с продажей рудных материалов.Продажа битого кирпича осуществляется согласно утвержденному прайс-листу. Но всегда стоит иметь в виду, что бывают случаи, когда стоимость на этот строительный материал может измениться, обычно это происходит по причине объема заказа и от наличия доставки. До места назначения битый кирпич доставляется специальной техникой , которая должна обладать высокой грузоподъемностью.
Куртка Levi"s из военного парашюта
Бренд Levi"s выпустил ветровку из парашютного материала. Классическая модель Tucker сделана по образцу куртки водителя грузовика, однако создана она из списанных военных парашютов, которые были раскроены и перешиты в ветровку цвета хаки.
Бренд Levi"s создал уже , использовав в производстве своей одежды более 10 000 000 PET бутылок. В 2012 году компания запустила линию Levi"s Wasteless, каждая вещь которой содержала минимум 20% переработанного материала, что соответствует примерно восьми пластиковым бутылкам.
Топливо из полиэтиленовых пакетов
Ученые Иллинойсского центра устойчивых технологий разработали методику, с помощью которой полиэтиленовые пакеты можно переработать в качественное топливо, газ и другие полезные углеводородные продукты. При этом на преобразования пластика тратится значительно меньше энергии, чем из него производится.
Полученный бензин может быть смешан с биотопливом, что в значительной степени улучшит его экологические показатели. Пакеты также могут быть сырьем для изготовления растворителей, воска и смазочных масел. Технология изготовления топлива, придуманная американскими учеными, подразумевает нагревание пакетов в безкислородной камере.
Канцелярская бумага из слоновьего навоза
В Таманском парке на острове Бали и в индонезийском сафари-парке производится бумага из навоза слонов. Полученная продукция экологически чистая и имеет все необходимые сертификаты качества.
Ежедневно в обоих парках накапливается до 2,5 тонн слоновьего навоза, часть которого идет на удобрение, а остальное - на производство бумаги. Слоны способны лишь частично переваривать траву, а потому их волокнистый навоз пригоден для переработки. В день каждая особь съедает порядка 180 кг зелени, а выдает - около 110 кг потенциального материала.
Декоративная плитка из электронно-лучевых трубок
С развитием высоких технологий экраны компьютеров и телевизоров с электронно-лучевыми трубками были заменены на плоские LCD-мониторы. При этом именно электронно-лучевые трубки являются одними из самых опасных и сложно перерабатываемых отходов в мире. В одних только Соединенных штатах Америки набралось около 390 миллионов килограмм ЭЛТ.
Американская компания Fireclay Tile, которая занимается изготовлением декоративной плитки из переработанных материалов, придумала использовать электронно-лучевые трубки в производстве своей продукции. Плитка получается невероятно прочной, долговечной и экологичной.
Скейтборд из рыболовных сетей
Американская скейтбордическая компания Bureo выпустит первую в мире доску для скейтборда из переработанных рыболовных сетей. На изготовление одного скейтборда уйдет около 30 квадратных метров старых сетей, собранных на побережье Чили.
По дизайну он похож на рыбу с «хвостом» и чешуйчатым узором. Колеса доски будут сделаны из материала, полностью пригодного к переработке. Он на 30% состоит из растительного масла.
Полотенца и памперсы из медуз
Израильская компания Cine’al создала из медузы натуральный материал гидромаш, который можно использовать в производстве детских памперсов, полотенец и пеленок. Медузы содержат в своем теле до 90% влаги, что делает их самыми водянистыми существами в мире. Их тело запасает жидкость в тканях, впитывая воду, как губка.
Создатели проекта подсчитали, что за год на одного ребенка приходится порядка 70 килограммов отходов от памперсов. В отличие от синтетических материалов, из которых они сделаны, гидромаш полностью экологичен. Он разлагается естественным путем в течение 30 дней. Компания Cine’al обещает, что их изобретение будет стоить недорого.
Кольцо из смога
Голландский дизайнер Даан Рузегэарде создал бижутерию из смога. Для этого он разработал специальную вакуумную систему, которая высасывает городскую сажу прямо из воздуха, и поместил собранные частицы в искусственные кристаллы для колец.
Созданные украшения призваны напомнить людям о загрязнении окружающей среды. Они наглядно показывают состав воздуха, которым мы дышим. Весь смог для колец был собран в Пекине, где проблема достигла критической отметки.
Экологичный цемент из унитазов
Из Бразилии, Испании и Англии научилась делать экологичный цемент из старых унитазов и других керамических отходов. Полученный раствор прочнее и долговечнее того цемента, который используется при строительстве сейчас.
Он изготавливается путем измельчения керамических отходов, которые превращаются в пыль и смешиваются с водой. Затем добавляется активатор - смесь из гидроксида и силиката натрия. Полученная масса наливается в форму и подвергается интенсивному нагреванию.
Туалетная бумага из бамбука
Американская компания Nimbus Eco разработала экологичную бумагу из бамбука и сахарного тростника. Она пригодна для производства туалетной бумаги, салфеток и одноразовых полотенец. Бамбук делает изделия прочными, а волокна сахарного тростника придают бумаге необходимую мягкость для кожи.
Согласно исследованиям, средний американец ежегодно использует более 23 рулонов туалетной бумаги. Если каждый житель США заменит хотя бы один рулон обычной туалетной бумаги на бумагу из бамбука, он поможет спасти около 470 тысяч деревьев в год.
Кирпич из обожженной глины, при его постоянно растущем производстве, имеет ряд негативных экологических и социальных последствий. Студенты Массачусетского технологического института создали кирпич, который на 70% состоит из котельной золы и совершенного не нуждается в обжиге.
Бурный рост строительства в развивающихся странах приводит к росту производства кирпичей, как одного из самых доступных материалов для строительства зданий. Это в свою очередь создает 2 проблемы:
- и загрязнения окружающей среды при обжиге
- добыча глин для этого кирпича приводит к переработке плодородной почвы, а точнее к ее разрушению в больших масштабах
«Глиняные кирпичи обжигаются при температуре 1000 градусов по Цельсию», говорит Майкл Лэрэси (Michael Laracy), аспирант, который работал над проектом. «Они потребляют огромное количество энергии из угля, в дополнение к тому, что эти кирпичи производятся полностью из верхнего слоя почвы, поэтому они истощают количество пригодной для фермерства земли».
Так Майкл предложил решить обе проблемы путем переработки промышленных отходов в строительные материалы.
Кирпич Eco BLAC на 70% состоит из котельной золы бумажных фабрик, смешанной с гидроксидом натрия, извести и небольшого количества глины. Он производится при комнатной температуре, с помощью «технологии щелочной активации», что обеспечивает его прочность.
«В настоящее время эта зола не имеет практического применения из-за изменчивости ее физико-химических свойств, а на свалки ее отправлять очень затратно, как для окружающей среды, так и для заводчиков. По этой причине мы видим возможность в создании надежной конструкции, которая может отвечать за эти изменчивости с помощью технологии щелочной-активации.»
Кирпич из золы оказался очень практичным и масштабируемым решением для всей Индии, где, собственно, и проводился этот эксперимент.
Eco-BLAC был награжден, как финалист в конкурсе MIT 2015, грантом в размере $100 тыс и был назван одним из лучших нововведений 2015 года по версии Mashable.
Производство кирпичей из мусора как бизнес
В последние годы крупные промышленные предприятия часто обвиняют во вреде наносимом экологии. Видимо поэтому сейчас все чаще стали появляться идеи бизнеса, в которых массовое производство совмещается с пользой для экологической обстановки на планете. Одной из таких бизнес идей можно назвать изготовление строительных материалов из отходов других производств, а попросту говоря из мусора.
Давайте рассмотрим один из уже существующих типов производства подобных стройматериалов – кирпичей и блоков из вторсырья.
Как можно использовать «мусор» для производства кирпичей?
Сразу хочется отметить, что все примеры производства кирпичей и блоков из отходов различных промышленных производств находятся на уровне стартапов. Но все это более чем перспективные проекты, каждый из которых может вырасти в высокодоходный бизнес.
И сразу же хочется рассмотреть то, почему у подобного бизнеса есть большие перспективы:
Дешевое сырье. То, что станет сырьем для изготовления вашей продукции, другими производителями рассматривается как отходы, от которых нужно избавляться, затрачивая на это собственные ресурсы. Предложите подобным бизнесменам или муниципальным организациям услуги по вывозу отходов, и вы обеспечите себя дешевым сырьем.
Возможность выиграть тендеры. Если для запуска бизнеса вам придется участвовать в тендерах, то на вашей стороне будет то, что своим производством вы улучшите экологическую обстановку в регионе, и обеспечите рынок доступными строительными материалами.
Широкая целевая аудитория. Производимые вами строительные материалы будут интересны для малоэтажного строительства, создания канализационных систем, возведения цехов и производственных помещений и т.д. Спрос будет обеспечен доступной ценой, которая ниже на 10-15% в сравнении с традиционными строительными материалами.
Перспективы открываются большие. А теперь рассмотрим, как их уже реализуют на практике.
Примеры производства кирпича из вторичных отходов:
Теперь рассмотрим несколько вариантов использования отходов для производства кирпича:
— Кирпич из котельной золы
Данная технология разработана в Массачусетском университете, показала себя успешной, и теперь внедряется на строительных работах в индийском городе Музаффарнагар. В качестве сырья используется зола из котельной (70%), к которой добавляется глина и известь. До этого котельную золу попросту закапывали в землю. А теперь из нее можно стоить комфортное жилье.
— Блоки из строительных отходов
Следующий пример относится к изготовлению стеновых блоков, а не кирпичей. Производство было организованно во Владивостоке, там был создан завод по производству стройматериалов из строительных и производственных отходов. Все эти отходы подаются в шредер, измельчаются, превращаются в однородную массу, после чего из них формируются блоки для строительства зданий.
— Кирпичи из бумаги
Последний пример еще находится на стадии разработки. Из отходов бумажного производства и глины, создается масса, из которой формируют кирпичи, далее обжигаемые в печи. Технология разработана в университете Хаэна, и согласно отчетам их исследователей из данного материала можно создавать надежные малоэтажные энергоэффективные дома. Правда, такие кирпичи имеют более низкую прочность, чем традиционные, что требует дополнительных решений в армировании стен будущего здания.
Бизнес идея производства кирпича из мусора, эта та отрасль, которая требует исследовательской смелости, технической смекалки и предпринимательского гения. Но если у вас получится реализовать подобный проект, то вы сможете занять главенствующее положение в только формирующемся рынке. А если вы предпочитаете полностью проработанное производство стройматериалов, то имеет смысл заняться изготовлением пенобетонных блоков и прочих традиционных стеновых материалов.