Russian Federation
Russian Federation
Russian Federation
The article analyzes the growth of autoclaved aerated concrete production in the Russian market and the relevance of replacing natural raw materials with man-made ones when obtaining them. Based on the results of physico-chemical and technological studies, the fractional composition and proportion of Al2O3 content in aluminum production waste obtained in the production of aluminum by melting aluminum scrap were studied, and the possibility of their use as a poroobrazovant in the technology of aerated concrete products was established.
aerated concrete, waste from aluminum production, granulometric composition, spectral analysis
Введение
Востребованность газобетона на российском рынке строительных материалов возрастает с каждым годом. Это подтверждается данными Росстата, по которым объемы производства автоклавного газобетона в период с 2014 по 2024 годы выросли на 24%, в отличие от керамического и силикатного кирпича, где наблюдается снижение на 36,3% и 56,3% соответственно [1].
Газобетон вытесняет керамический кирпич по уровню потребления в строительстве, главным образом, в качестве теплоизоляционного и перегородочного материала, так как обладает целым рядом преимуществ, связанных со сравнительно небольшим весом (в среднем плотность составляет ρ=500 кг/м3), а также технологичностью, которая позволяет гибко и удобно выкладывать стены из блоков газобетона.
В связи с бурным развитием этого направления производства строительных материалов в нашей стране и за рубежом, постоянно увеличивается потребность в сырьевых материалах. Поэтому проводятся исследования по замене природного сырья отходами других производств. Особенно активно в этом направлении китайскими коллегами изучается использование сыпучих твердых промышленных отходов вместо природного кремнистого сырья из-за нехватки сырьевых ресурсов и высокой себестоимости продукции [2, 3].
В связи с этим, актуальной задачей является использование отходов различных производств взамен сырья из которого изготавливают газобетон. Это позволит решить различные задачи, в первую очередь, связанные с экологическими проблемами за счет уменьшения количества отходов, а также возможности повышения эксплуатационных характеристик материала и удешевление его производства.
Сырьевые материалы, используемые при производстве газобетона в Ростовской области
Для изготовления газобетонной смеси применяются песок, измельчённый до определённой фракции, негашёная известь, которые при добавлении воды образуют песчано-гипсовую смесь, смешиваются в определенном соотношении с цементом, гипсом и алюминиевой пастой, обеспечивая образование хорошо развитой пористой структуры из-за активного протекания химического процесса по следующей формуле:
Са(OH)2 +2Al+2H2O=Ca(H2AlO2)2 +H2↑
Производство газобетона является многотоннажным. Поэтому эффективным является применение местных сырьевых материалов. Так, в Ростовской области, в частности, в г. Новочеркасске, построено современное предприятие по производству автоклавных газобетонных блоков, работающее на местном песке, карьер которого находится в десятках метров от предприятия, что значительно удешевляет себестоимость продукции.
С целью снижения затрат, например, китайские специалисты предложили при изготовлении газобетона заменить часть песка на твердые сыпучие отходы получаемые от других отраслей промышленности, такие как летучая зола, рудные отходы, плавильный шлак и т. д. Необходимость в этом возникла из-за высоких закупочных цен на местный речной песок, который широко используется для создания газоблочной продукции [4, 5].
В себестоимости продукции при производстве газобетона, значительную долю составляют алюминий содержащие компоненты. К таким материалам относится алюминиевая паста, которая содержит до 85% чистого алюминия, а остальное поверхностно-активные вещества, исключающие его взрывоопасность.
Однако, существуют процессы, в результате которых образуются отходы со значительным содержанием Al. К таким производствам относится получение алюминия способом переплавки алюминиевого лома в готовый продукт, для дальнейшего использования в алюминиевой промышленности. При этом образуется шлак, содержащий в своем составе Al2O3. Этот отход может являться порообразователем в технологии получения газобетона. Для подтверждения этого, необходимо провести исследование этого материала.
Исследование физико-химических свойств алюминий содержащего отхода
С помощью лазерного анализатора размеров частиц MICROTRAC S 3500, с общим диапазоном измерений 0,024-2800 мкм установлен фракционный состав отхода, в котором преобладающей является размер частиц 0,15 - 3,0 мм (до 70%). На Рис. 1 представлен внешний вид отхода.
Рис. 1. Внешний вид отхода
Рис. 2. Результаты спектрального анализа
Результаты спектрального анализа (Рис.2) показали наличие в составе отхода более 60% А12О3. Такое содержание оксида алюминия указывает на то, что существует возможность протекания ранее приведенной реакции в результате подбора оптимального содержания отхода, его гранулометрического состава и технологических параметров производства.
Для подтверждения полученных данных были проведены предварительные исследования возможности использования отходов алюминиевого производства (ОАП) в технологии автоклавного газобетона.
Для этого ОАП измельчали до прохождения через сито с размером ячеек 0,1 мм. С целью сравнения полученных результатов исследования проводили параллельно с алюминиевой пастой. В подогретую до 40 °С воду добавляли одинаковое по объему количество алюминий содержащих компонентов, тщательно перемешивали, а затем одинаковое количество извести и наблюдали протекание реакции газообразования (Рис. 3).
Как видно из представленных фотографий, наблюдается интенсивное газообразование при использовании алюминиевой пасты. Процесс газообразования на основе отхода протекает менее активно. Полученные результаты свидетельствуют о возможности использования отхода алюминиевого производства в технологии получения газобетонных блоков.
Рис. 3. Газообразование при использовании: а — алюминиевой пасты;
б — алюминий содержащего отхода
Вывод
Таким образом, проведенные физико-химические и технологические исследования отхода алюминиевого производства, позволяют сделать вывод о перспективности его использования в качестве компонента сырьевой смеси в производстве газобетона.
1. Aksenov I. O., Grinfeld G. I. Production of autoclaved aerated concrete in Russia in 2023. Features of accounting for products in the OKPD2 system // Modern autoclaved aerated concrete: materials of the VII International scientific and practical conference, Moscow, April 03-04, 2024 / National Association of Autoclaved Aerated Concrete Manufacturers. Moscow, 2024. pp. 54-65.
2. Grinfeld G. I. GOST 31359-2024 and 31360-2024. Reasons, composition and significance of changes for the industry // Modern autoclaved aerated concrete: materials of the VII International scientific and practical conference. conference, Moscow, April 03-04, 2024/National Association of Autoclaved Aerated Concrete Manufacturers. Moscow, 2024. pp. 51-53.
3. Chen Xiao, Zhang Haoyu, Xue Xin, et al. Application of Solid Waste in Autoclaved Aerated Concrete [J]. Bulletin of Silicate, 2023. 42(02), P.541-553.
4. Louis Lai. Research and Application of Solid Industrial Waste in the Production of Autoclaved Aerated Concrete// Modern Autoclaved Aerated Concrete: Proc. of the VII Int. scientific-practical conference, Moscow, April 03-04, 2024/National Association of Autoclaved Aerated Concrete Manufacturers. Moscow, 2024. pp.103-110.
5. Tang Lingxiao, Yao Huayan, Xu Ma Yunlong et al. Research and Application of Autoclaved Aerated Concrete Slab[J]. Materials Review, 2023.-36 (S1). R. 237-240.
