Все о кирпичах

Кирпичи: все что нужно для выбора и покупки кирпича

Кирпич из трубыЕсть сюжет, в равной мере популярный и в древнем фольклоре, и в современном кинематографе. Живет маленький человек (в сказках - зверушка), живет в постоянном страхе, потому что, с одной стороны, ему угрожает страшный дракон или зверь, а с другой - еще более страшный «то ли буйвол, то ли бык, то ли тур». В кинематографическом варианте роль страшилищ обычно передается двум конкурирующим бандам. А в конце концов побеждает-таки маленький человек, которому удается столкнуть лбами и тем самым обезвредить обоих своих врагов.

Подобный подход совершенно оправдан при решении экологических проблем: минус на минус дает плюс не только в элементарной математике.

То, о чем рассказано в этой статье, - пример подобного подхода к проблемам производства и охраны окружающей среды. Идеальный, но, к сожалению, пока не очень распространенный прием, когда несколько вредных отходов в результате взаимодействия нейтрализуют друг друга иг более того, превращаются в полезный продукт.

Два конкретных «зверя»

Им обоим пока не грозит занесение в «Красную книгу». Первый - углекислый газ, загрязняющий атмосферу, продукт горения и дыхания. Второй - отходы металлургии и химической промышленности в виде шлаков и шламов.

О них обоих «Химия и жизнь» не раз уже рассказывала. Сошлемся, в частности, на статью Е. Д. Терлецкого «Углекислый газ» (1976, № 1) и совсем недавнюю (1981, № 10) публикацию трех исследователей с Урала о загрязнении атмосферы сернистыми соединениями, «выдыхаемыми» металлургическими шлаками.

Избыток СО2 в атмосфере способен * повлиять на климат планеты. Шлаки же не только влияют отрицательно на состав атмосферы, но и место занимают - десятки и сотни квадратных километров (во всем мире).

Их, как и углекислоту, стремятся утилизировать, превратить во что-то полезное - в строительные материалы, например. Это нередко удается, но далеко не всем твердым и газообразным отходам промышленности найдено достойное дело. Каждый следующий этап (способ, прием) их утилизации - благо, особенно если мы можем свести их лоб в лоб.

Всем известно, что дымовая труба может быть сложена из кирпича. Но далеко не все знают, что и из дымовой трубы (не разбирая ее по кирпичику! ) можно получать кирпич. И не только кирпич.

В большинстве твердых отходов цветной и черной металлургии, а также химической промышленности, как и в классическом цементе, кальций содержится в виде двухкальциевых силикатов (2СаО • SiO2)- Это вещество энергично поглощает углекислый газ при определенных условиях. Причем происходит не просто физический процесс, а химическое взаимодействие. При этом образуется твердое тело (при желании нужных форм и размеров), которое может быть использовано для строительных нужд. Выходит, что, если такой материал мы поместим в дымовую трубу, то упрочним его и одновременно улучшим состав дымовых газов. Между прочим, те же твердые отходы в определенных условиях активно поглощают не только углекислоту, а и другие кислотообразующие оксиды. Закономерность здесь такая: чем сильнее кислотный остаток, тем интенсивнее он поглощается. Вот почему при некоторых условиях металлургические шлаки способны захватывать выделяемый ими же сернистый газ. Такой побочный эффект (незначительный, поскольку концентрация SO2 сравнительно невелика) тоже способен повысить прочность строительных материалов из шлака.

С точки зрения химии

Кристаллы двухкальциевых силикатов относятся к соединениям включения - клатратам, в которых отдельные ионы кальция располагаются в пустотах кристаллической решетки. Эти ионы способны к активному взаимодействию с углекислым газом. Объем образующихся молекул СаСО3 в несколько раз больше, чем у ионов кальция. В результате внутри кристаллической решетки двух-кальциевого силиката возникают значительные усилия - относительно громоздкие молекулы подобно клину разрушают решетку. Молекулярный клин рвет кристаллизационные связи, образуются , высокоактивные группы

способные, в свою очередь, взаимодействовать с ионом CO32-.

Дальнейшая полимеризация крем некислородных тетраэдров (SiO4)4 в гель кремниевой кислоты и придает материалу высокую прочность.

Между тем считается, будто силикаты кальция в среде СО2 приобретают прочность только благодаря росту кристаллов СаСО3, которые как бы армируют материал в целом. Однако был проделан (и не однажды) такой опыт.

Контрольный образец, содержащий двухкальциевый силикат, обрабатывали чистым углекислым газом. Прочность образца на сжатие достигала 400 кг/см2. Далее при 800°С его декарбонизиро-вали и мололи. Вновь полученный порошок представлял уже не минерал двухкальциевого силиката, а смесь СаО и SiO2. Из этого порошка, по дисперсности аналогичного исходному, снова готовили такой же образец. Его также карбонизировали, пропуская СО2 той же концентрации, что и в первом опыте. После этого прочность образца на сжатие достигала всего 60-80 кг/см , хотя количество карбонатов кальция в нем было на 5-10% выше, чем в контрольном образце, аналогичном первоначальному. Выходит, дело не только в арматуре из СаСО3? Не от нее, вернее, не только от нее зависит прочность. Впрочем, мы, кажется, увлеклись теорией. Пора вернуться к практике.

Специфика производств такова: там, где в наибольших количествах образуются кальцийсодержащие твердые отходы, там и углекислого газа всегда в избытке. Тому примером - производство черных металлов и алюминия.

В алюминиевом производстве

Нефелиновый шлам - главный побочный продукт производства глинозема Al2O3. Исходным сырьем здесь служат алюмосиликаты xAI2O3 • ySiO2. Нужно исключить из сырья кремнезем. Для этого готовят шихту с известняком, которую затем обжигают при температуре 1250°С.

Происходит реакция: Аl2О3 • SiO2 + 2СаСО3 = 2СаО • Al2O3 • SiO2 + 2СО2.

В дальнейшем глинозем из спека вымывают щелочным раствором. Остается шлам состава преимущественно 2СаО • SiO2. Вам эта формула ничего не напоминает? Тогда загляните в начало статьи. Двухкальциевый силикат!

Вот из такого подсушенного шлама без предварительного помола формовали плитки наподобие кафельных (10X10X1, 5 см). Их помещали в печь, похожую на трубу; в проходящих над плитами дымовыми газами содержание СО2 колебалось от 11 до 13%. После четырех часов твердения в трубе эти плитки достигали прочности на изгиб 140 кг/см2, а на сжатие еще в три-четыре раза выше. Плитки обладали завидной морозостойкостью - выдержали более 50 циклов попеременного замораживания и оттаивания. Более того, в процессе хранения прочность плиток увеличивалась - приблизительно на 40% за месяц. Впрочем, и до этого по большинству показателей они не уступали традиционной керамической плитке, для получения которой, между прочим, нужна температура 1100°С.

Подобным же способом можно делать гранулированный заполнитель бетона и пустотелый силикатный кирпич. Худо ли?! Доброкачественный строительный - материал - из бросового сырья, без всякой подсушки, помола... Вместо пара под давлением 9 атмосфер (как при обычном производстве силикатного кирпича) в реактор подаются никому не нужные, даже вредные, если их не использовать, дымовые газы.

Подобных отходов - сгущенного шлама - на одном только Ачинском глиноземном комбинате за год накапливается больше 3 млн. т, а СО2 с дымовыми газами завод выбрасывает столько, что даже с учетом всех предполагаемых технологических потерь его хватило бы на утилизацию двукратного количества нефелинового шлама.

Схема получения силикатного кирпича карбонизационным способом

Схема получения силикатного кирпича карбонизационным способом:

1 - направление дымовых газов, 2 - изделия, 3 - рольганговый конвейер, 4 - стол-накопитель, 5 - пылесбориик, 6 - дымосос

Получая силикатный кирпич в «трубе», можно от нынешней автоклавной (т. е. периодического действия) технологии перейти к непрерывной, конвейерной.

Очень важно, что описанная здесь технология карбонизационного твердения строительных материалов по аппаратурному оформлению практически не выходит за рамки существующих технологий. Процессы формования кирпича - известные; рольганговые конвейеры, по которым кирпич пойдет в печь, широко применяются при обжиге кафельной плитки; подача и съем готовой продукции с конвейера легко могут быть механизированы. Единственное отличие в том, что в зону конвейера подается не топливо, а дымовые газы.

Цена за шлам

Проведенные автором исследования показали, что если предварительно прессованные образцы из доменного, мартеновского, феррохромового, электротер-мофосфорного и других шлаков, а также из бокситового шлама обрабатывать углекислым газом, то они после 8-12 часов твердения приобретают прочность от 250 до 700 кг/см2. Работа японских исследователей по карбонизации отходов, содержащих двухкальциевые силикаты, подтверждает полученные результаты. Два «зверя» нейтрализуются с большим экономическим и социальным эффектом.

Однако внедрить эту технологию 6удет не так просто. До сих пор не установлена научно обоснованная цена на шламы глиноземного производства. Стройиндустрия хотела бы получать сырье подешевле, глиноземщики же стремятся подороже продать отходы, на которые вдруг появился спрос. Тонна шлама с Ачинского глиноземного завода обходится в четыре рубля! Для сравнения: тонна рядового угля Канско-Ачинского бассейна стоит на месте добычи 1 рубль...

Напомню, что статья написана в 1982 г.

Это одна из причин (возможно, главная), сдерживающих освоение новой, безотходной по сути, более того, отходопоглощающей технологии.

Полагаю, со временем эти трудности удастся преодолеть, и дешевые строительные материалы, полученные прогрессивным карбонизационным методом, будут применяться почти повсеместно.

Кандидат технических наук  И. А. Сафонов, ВНИИстрой материалов

Источник: Химия и жизнь № 4 1982г.

Интересно, что с этой идеей, прошло уже 26 лет... , а может это шутка такая, журнал-то апрельский...