Россия
Россия
Россия
В статье проведен анализ роста производства автоклавного газобетона на российском рынке и актуальность замены при его получении природного сырья на техногенное. На основании результатов физико-химических и технологических исследований изучен фракционный состав и доля содержания Al2O3 в отходах алюминиевого производства, получаемых в производстве алюминия способом переплавки алюминиевого лома, и установлена возможность их использования в качестве порообразователя в технологии газобетонных изделий.
газобетон, отход алюминиевого производства, гранулометрический состав, спектральный анализ
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.
