Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическое обоснование использования тонкодисперсных отходов мрамора в производстве облицовочного керамического кирпича

ВАК РФ 03.02.08, Экология (по отраслям)

Автореферат диссертации по теме "Экологическое обоснование использования тонкодисперсных отходов мрамора в производстве облицовочного керамического кирпича"

На правах рукописи

/ .? < л/у л*.**«

л- ■

ЗЕМЛЯНУШНОВ Дмитрий Юрьевич

ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОНКО ДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ МРАМОРА В ПРОИЗВОДСТВЕ ОБЛИЦОВОЧНОГО КЕРАМИЧЕСКОГО КИРПИЧА

Специальность 03.02.08 -Экология (в строительстве и ЖКХ)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 О НОЯ 2014

Москва-2014

005555500

005555500

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Орешкин Дмитрий Владимирович

Официальные оппоненты:

Свергузова Светлана Васильевна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова», заведующая кафедрой «Промышленная экология»

Пугин Константин Георгиевич - кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет», заведующий кафедрой «Автомобили и технологические машины»

Ведущая организация - Федеральное государственное образователь-

ное учрежде1ше высшего профессионального образования «Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет»

Защита состоится 17 декабря 2014 г. в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 212.138.07, созданного на базе ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет», по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, зал заседаний Ученого Совета

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» www.mgsu.ru

Автореферат разослан «/?» 2014 г.

Слесарев Михаил Юрьевич

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Совокупное количество отходов при добыче и обработке мрамора достигает 33 % от массы добытой породы. Например, в Челябинской области в год их образуется более 400 тыс. тонн, а суммарный объём в настоящий момент составляет более 10 млн. тонн, занимая большие площади. Отходы добычи, переработки и обработки мрамора имеют 3 класс опасности. Более того, существующие методики экологической оценки строительных материалов и изделий имеют обобщённый характер и не отражают особенностей технологий производства облицовочных керамических изделий на всех этапах их жизненного цикла, включая добычу сырья, подготовку компонентов состава, перемешивание, сушку, обжиг, складирование, доставку на строительную площадку, кладочные работы, уход за кладкой при наборе прочности раствора, процесс эксплуатации и мероприятия по ремонту, разборке и ликвидации объекта.

Решением проблемы снижения экологической нагрузки на 01фужающую среду при производстве облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания в период всего жизненного цикла является использование тонкодисперсных отходов мрамора в технологии изготовления изделий широкой цветовой гаммы.

Работа выполнена в соответствии с локальным проектом № 12 НИУ МГСУ «Формирование научно-образовательного направления по разработке новых высокоэффективных конструкционных, изоляционных и отделочных строительных материалов и технологий для гражданского, промышленного и специального строительства» и мероприятием 5.2 (ГК 16.552.11.7025).

Объект исследования: технология производства керамических строительных материалов.

Предмет исследования: облицовочный керамический кирпич объёмного окрашивания с использованием тонкодисперсных отходов мрамора.

Научная гипотеза. Лучший экологический эффект даёт использование техногенных отходов в производстве облицовочных керамических кирпиче

Для окрашивания таких изделий применяют дорогостоящие железистые пигменты, которые относятся к 4 классу опасности и получают в результате специального производства и тонкого измельчения. Предположили, что использование отходов мраморного производства, которые относятся к 3 классу опасности и имеют низкую стоимость, позволят получить изделия с такими же показателями качества, как и с пигментами, с цветовой гаммой - от палевого до тёмно-коричневого. Такие изделия будут давать эффект по экологической оценке на протяжении всего жизненного цикла, обладать более высокой долговечностью, лучшими свойствами и низкой себестоимостью.

Цель диссертационной работы - экологическое обоснование технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с использованием тонкодисперсных отходов мрамора. Задачи диссертационной работы:

1. Анализ и обобщение научно-технических предпосылок производства облицовочного керамического кирпича с использованием тонкодисперсных отходов мрамора.

2. Изучение сырьевых компонентов формовочной смеси, подбор и оптимизация состава, разработка технологии производства облицовочного керамического кирпича с использованием тонкодисперсных отходов мрамора и её экологическая оценка по жизненному циклу.

3. Исследование структуры, физико-механических и экологических свойств облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с использованием тонкодисперсных отходов мрамора, оценка уровня его негативного воздействия на окружающую среду.

4. Выявление технического, экологического и экономического эффекта применения тонкодисперсных отходов мрамора в производстве облицовочного керамического кирпича. Проведение опытно-промышленного внедрения.

Научная новизна:

- Разработаны научные положения использования тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича

объёмного окрашивания высокого качества при снижении негативных воздействий на окружающую среду, включая значительное уменьшение температуры обжига сырца.

- Установлено, что использование отходов мрамора 3 класса опасности позволяет получить конечный продукт 4 класса опасности со значительным повышением прочности, снижением средней плотности и количества керамической пыли в воздухе рабочей зоны более двух раз.

- Методами рентгенофазового, микроструктурного и химического анализов установлены зависимости соотношения оксидов железа и кальция глинистого сырья и отходов мрамора на эстетическую выразительность (цвег) изделий, а также уменьшение интенсивности пиков кальцита в керамическом черепке с образованием плотных, прочных, водонерастворимых соединений.

- Получены модели свойств пластической прочности сырца, средней плотности, прочности при сжатии, водопоглощения изделий, количества керамической пыли от расхода глинистого сырья, отходов мрамора при одинаковом во-доглиняном отношении.

Личный вклад автора. Все научные результаты, вынесенные на защиту, получены автором лично.

Методы исследования. Использованы стандартные методики исследований физико-механических свойств, метод математического планирования эксперимента и обработки его результатов, методы рентгенофазозого, микроструктурного и химического анализов, также метод экологической оценки отрицательных воздействий разработанных изделий по жизненному гиклу.

Обоснованность научных положений и достоверность результатов -обусловлена применением адекватного научной практике исследовательского и аналитического аппарата, а также апробацией полученных результатов. При ' экологической оценке изделий по жизненному циклу применялись апробированные научно-технические положения. При получении новых данных и испытаниях образцов оптимального состава использовалось стандартное число измерений для получения результатов с вероятностью 95 % и ошибкой

при аппроксимации менее 4 %.

Практическая ценность и реализация результатов работы:

- Разработана методика экологической оценки по укрупнённым показателям жизненного цикла облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания, включая использование тонкодисперсных отходов мрамора и технологию его производства за счёт освобождения земель, снижения их объёма и тоннажа, уменьшения энергетических затрат и себестоимости конечного продукта.

- Разработана технология, включая оптимизацию состава облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с тонкодисперсными отходами мрамора 4 класса опасности, средней плотности 1790 кг/м3, прочности при сжатии 33 МПа, марки по морозостойкости F100, образующий в процессе производства 2 мг/м3 керамической пыли.

- Разработаны и утверждены ООО «Фрегат Строй» ТУ 5741-011-926616142014 «Керамический кирпич объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора».

Внедрение результатов исследования.

Разработаны технические условия - «Керамический кирпич объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора ТУ 5741-01192661614-2014», утвержденные ООО «Фрегат Строй».

Проведено опытное внедрение облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора при производстве работ по облицовке жилого дома в г. Москва, поселении Ряза-новском, посёлке Ерино, CHT «Десна».

Было изготовлено 7 тысяч штук керамического кирпича. При облицовке здания было использовано 6845 шт. Экономический эффект составил более 85 тысяч рублей.

Апробация работы.

Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, вузовских конференциях и семинарах: Все-

российской конференции «Устойчивость, безопасность и энергоресурсосбережение в современных архитектурных, конструктивных, технологических решениях и инженерных системах зданий и сооружений», (Москва, МГСУ, 2012); международной конференции «Оценка рисков и безопасность в строительстве. Новое качество и надежность строительных материалов и конструкций на основе высоких технологий» (Москва, МГСУ, 2012); III, (V Международных Научно-практических конференциях «Научно-техническое творчество молодежи — путь к обществу, основанному на знаниях» (Москва, ВВЦ, 2011, 2012).

На защиту выносятся:

- Данные о показателях свойств облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания разных цветов с тонкодисперсными отходами мрамора.

- Математические модели средней плотности, прочности, водопоглощения, пластической прочности, образования керамической пыли в воздухе рабочей зоны с целью проведения оптимизации состава для получения терракотового или тёмно-коричневого кирпича.

- Методика экологической оценки по укрупнённым показателям жизненного цикла облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с тонкодисперсными отходами мрамора, включая технологию его производства.

- Результаты опытного внедрения облицовочного керамического кирпича объемного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 116 страницах текста, состоит из 4 глав, библиографического списка из 131 наименования, включает 34 рисунка и 20 таблиц.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект, предмет, научная гипотеза, цель и задачи исследований. Сформулирована научная новизна и практическая значимость диссертационной работы. Приводится личный вклад, методы исследования, обоснованность научных

положений и достоверность полученных результатов. Переведены внедрение результатов исследования, апробация диссертационного исследования и положения, которые выносятся на защиту.

В первой главе представлен литературный обзор, в котором изложены научно-технические предпосылки производства облицовочного керамического кирпича с использованием тонкодисперсных отходов мрамора, а также существующие методики экологической оценки строительных материалов и изделий, объёмы промышленных отходов при изготовлении и обработке мраморных изделий, отходы различных производств для изготовления керамического кирпича, существующие способы производства керамического кирпича и отходы образующиеся при этом, стандартные методики исследований свойств изделий строительной керамики. Было установлено, что существующие методики экологической оценки строительных материалов и изделий имеют обобщённый характер и не отражают индивидуальных особенностей технологий производства облицовочных керамических изделий на всех этапах их жизненного цикла, включая добычу сырья, подготовку компонентов состава, перемешивание, сушку, обжиг, складирование, доставку на строительную площадку, кладочные работы, уход за кладкой для обеспечения набора прочности раствора, процесс эксплуатации объекта, в том числе с мероприятиями по текущему и капитальному ремонту кладки, разборку и ликвидацию объекта. При переработке добытых мраморных глыб образуется большое количество отходов в виде кусков, пластин, плит некондиционных размеров при пилении и грубой обработке, щебня, песка и пыли, влажного шлама, образованного при абразивной обработке изделий. Совокупное количество отходов при добыче и обработке мрамора может достигать до 33 % от массы добытой породы. Так, например, в ЗАО «Коелгамрамор» (с. Коелга Челябинской области) в год образуется 400 тыс. тонн микрокальцита. Под это количество отходов на отвалы для его хранения выделено более 16,8 гектаров территории. Их суммарный объём только в с. Коелга в настоящий момент составляет более 10 млн. тонн. Отходы добычи, переработки и обработки мрамора имеют 3 класс опасности.

Также рассмотрены технологии производства облицовочных и др. керамических изделий. Установлено, что самую низкую нагрузку на окружающую среду с экологической точки зрения по этапам жизненного цикла оказывает метод пластического формования (8 баллов), затем - шликерный (литьевой) способ (10 баллов) и полусухой способ - (11 баллов). На основании изучения научно-технической и патентной литературы была предложена научная гипотеза.

Во второй главе приводятся результаты исследований применения тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича. Как известно, в научно-технической и патентной литературе, посвященной экологическим вопросам использование отходов для производства новых продуктов, принято называть размещением.

В работе, в качестве сырьевых компонентов для получения облицовочного керамического кирпича применялось сырье: глинистая порода с технологической линии завода ОАО «Лосиноостровский завод строительных материалов и конструкций» (минеральный состав гидрослюда, монтмориллонит, каолинит, кварц, анортит, микроклин, гематит) с химическим составом (%) MgO - 1.98; А12Оз - 14,85; Si02- 65,08; К20 - 3,45; СаО - 1,24; ТЮ2 - 1,51; Мп02 - 0,24; Fe203 - 11,65, тонкодисперсные отходы мрамора с производства предприятия ЗАО «Коелгамрамор» фракции менее 0,1 мм с химическим составом (СаО - 57,34 %; С02 - 42,66 %), вода - по ГОСТ 23732-2011.

Для работ были использованы: обжиговая печь (Nabertherm, Германия); электронный растровый микроскоп-микроанализатор Quanta 200 (Швейцария) с системой микроанализа Apollo 40 (Phillips, Нидерланды); рентгеновский ди-фрактометр ARL XTra (Thermo Fisher Scientific Inc., США); автоматическая испытательная система Controls (Италия); климатическая камера (WEISS, Германия) и др.

В этой главе были проведены исследования по использованию отходов мрамора для окрашивания керамического черепка. Исследованы составы и определены свойства сырьевых компонентов формуемой массы. На заводах сейчас применяются железистые пигменты для получения разных цветов изделий,

что приводит к удорожанию продукции и увеличивает степень воздействия на окружающую среду. Тонкодисперсные отходы мрамора позволяют изменять цвет обожженного кирпича. Известно, что эталонный кирпичный цвет имеет кирпич с отношением основных красящих оксидов Ре203/Са0, которое равно 9,4. Были установлены зависимости получаемого цвета от расхода тонкодисперсных отходов мрамора в составе шихты от количества глинистой породы. С введением в состав шихты 20 % по массе тонкодисперсных отходов мрамора (соотношение 0,65) кирпич имел цвет «терракотовый» - темно-коричневый цвет, при 30 % - светло-красный - розовый оттенок (соотношение 0,55; 0,45), а при 40 % по массе цвет обожженного кирпича был «палевым» или соломенным (соотношение 0,35). На эти цели утилизируется значительное количество отходов мрамора. Следовательно, размещение крупнотоннажных тонкодисперсных отходов обработки мрамора, которые относятся к 3 классу опасности, в производстве облицовочных кирпичей, снижает нагрузку на окружающую среду. Поскольку получается конечный продукт 4 класса опасности в виде керамических изделий, а также за счёт высвобождения площадей, занимаемых отвалами тонкодисперсных отходов мрамора.

В этой же главе была проведена оптимизация состава шихты с учётом экологической оценки для получения облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с использование тонкодисперсных отходов мрамора терракотового или тёмно-коричневого цвета с помощью математического планирования эксперимента в трёх уровнях. Использовалась двухфакторная матрица, где X!— расход тонкодисперсных отходов обработки мрамора; Х2 -расход глинистой породы. Адекватность уравнений регрессии проверялась по критериям Фишера и Стьюдента. Средняя ошибка при аппроксимации была от1 до 4 %. Были получены модели свойств в виде уравнений регрессии для средней плотности, кг/м3:

рга = 1800 + 7,18Хх - 35,44 Х2 + 0,13 Х^ - 1,09 Х22 пластической прочности шихты, МПа:

Рт = 1,4 + 0,ЗХ! - 0,03 Х2 + 0,5 X!2

предела прочности при сжатии, МПа:

Иеж = 33,4 + 4,76X1 - 22,68 Х2 + 0,4 X!2-1,09 Х22 водопоглощения по массе, %;

Wnl = 14,35 - 0,03Х! + 0,024 Х2 - 0,83 X! 2 + 0,93Х22

Количество керамической пыли в воздухе рабочей зоны, мг/м3:

ПК= 2,04 - 0,37Х, + 0,034 Х3 + 0,06 X! 2-0,93Х22+0,01 Х22 Полученные модели свойств облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с использованием тонкодисперсных отходов мрамора в виде уравнений регрессии говорят о том, что данные свойсгза зависят, в первую очередь, от количества отходов мрамора. С их увеличением повышается прочность и снижается средняя плотность изделий. Также установлено, что оптимальное количество отходов мрамора в составе шихты для получения терракотового или тёмно-коричневого цвета равно 20 %. Расходы материалов представлены в таблице 1. Таблица 1 - Оптимальные составы на 1 м3 формуемой смеси. Керамическая

пыль в воздухе рабочей зоны

Цвет кирпича, мае. % отходов мрамора Показатель Расходы компонентов, кг Керамическая пыль, мг/м3

Темно-коричневый (терракотовый), 20 % Глинистая порода 1500 2

Тонкодисперсные отходы мрамора 300

Вода 465

Светло-красный, 30% Глинистая порода 1300 1,8

Тонкодисперсные отходы мрамора 370

Вода 403

Соломенный (палевый), 40 % Глинистая порода 1100 1,6

Тонкодисперсные отходы мрамора 440

Вода 341

Была разработана и сформулирована укрупнённая схема оценки жизненного цикла облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания, в которой установлены и определены основные экологические эффекты на всех этапах: от добычи сырья до уничтожения или повторного использования. Жизненный цикл облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания представляет собой основные операции производства изделий и этапы их эксплуатации: добыча глинистой породы; транспортировка глини-

стой породы к месту производства; обработка глинистой породы в соответствии с технологией производства; перемешивание глинистой породы с различными добавками; формовка сырца в соответствии с технологией производства; сушка сырца в специальных камерах; обжиг высушенного сырца в печах для производства тяжёлой керамики (кирпичей, камней и др.); шлифовка изделий с доведением их до правильной геометрии (редко); транспортировка готового изделия на склад или к потребителю; применение в конструкции; утилизация.

При производстве кирпича было определено, что количество керамической пыли в воздухе рабочей зоны при увеличении расхода отходов мрамора снижается за счёт уменьшения количества глинистого компонента.

Известно, что все свойства строительной керамики зависят от их состава и структуры. Для выяснения взаимосвязи свойств и его экологических показателей со структурой посвящены исследования в третьей главе. На рисунке 1 представлена микроструктура керамического кирпича. При сравнении микроструктуры керамических образцов было выяснено, что структура обожжённого кирпича с 40 % отходов мрамора более плотная (рисунок 16), чем у кирпича с 20 % мрамора (рисунок 1а). На микроструктуре видны частицы мрамора, не подвергнутые декарбонизации при обжиге с температурой 850 ... 900 °С.

Рисунок 1 — Микроструктура керамического кирпича с расходом тонкодисперсных отходов мрамора: а - 20 %; б - 40 % по массе. На рисунке 2 представлена рентгенограмма кирпича с 20 % отходов

мрамора. В этой главе идентифицированы соединения и произведено их сравнение по интенсивности пиков (таблица 2) с межплоскостными расстояниями, указанными в работе.

Smple 3D: CuglmoX+22 . 5%H, naw: Cuijlinok+22. , Tump: 25.0'C

Dale: 09/04/14 11:16 Step ; 0.020* Integration lUne: 1.00C seo Vert. Sc.lie Unit: [CPS] E5H»e : 4.OOP - 70.000' SUB Scan B»tt: 1.31111 ['/mln]__Harz. Snile lliut: [deg]

300Q_

2000.

1000.

0.

10.0 20.0 30.0 40.0 5D.0 60.0 70.0

Рисунок 2 - Рентгенограмма керамического черепка с тонкодисперсными отходами мрамора 20 % (АЯЬ ХТга (США)).

Определялись следующие минералы: муллит ЗА12Оз-28Ю2, силлиманит А1203 8Ю2, кальцит (СаСОэ), гематит (Ре203), ортоклаз (К20-А1203-68Ю2), гё-тит, кварц (8Ю2), анортит (Са[А1251208]), кристобалит (5Ю2).

Таблица 2 - Интенсивность пиков минералов в керамическом черепке

Отходы мрамора мае. % Минералы Интенсивность пиков, имп./с, Отходы мрамора, мае. % Минералы Интенсивност] пиков, имп./с,

20% СаСОз - кальцит 3075 40% СаСОз - кальцит 4500

Ре20з - гематит 297 Fe203 - гематит 204

РеООН - гётит 164 FeOOH - гётит 114

ЭЮт - кварц 722 Si02 - кварц 568

Са[А1281208] - анортит 138 Ca|Al2Si208]-aHopTrT 205

силлиманит 172 силлиманит 137

муллит 104 муллит 140

При сравнении рентгенограмм учитывались основные пики следующих минералов: СаСОэ - кальцит с (1=3,38... 3,35-10"'°м; Ре2Оэ - гематит с с1=3,012-10~|0м; РеООН - гётит с (1=1,45-10~'°м; 8Ю2 - кварц с ¡1=4,30-10"шм; Са[А128ь08] - анортит с (1=3,73-10"1 °м; силлиманит с с!=2,53-10"1ом; муллит с (1= 2,196...2,204-10"1Ом.

Анализ таблицы 2 говорит о том, что увеличение количества мрамора до

40 % в обожжённом кирпиче позволяет получить соломенный цвет. А при 20 % - тёмно-коричневый. Тёмный цвет связан с увеличением количества и интенсивности пиков гематита, гётита и снижение количества кальцита и анортита, а соломенного цвета произошло благодаря увеличению количества кальцита и анортита. Цвет кирпича также меняется за счёт изменения отношения Fe203/Ca0 в сырьевой смеси. Более того, методами рентгенофазового и микроструктурного анализов было установлено, что при обжиге образцов при температуре 850 ... 900 °С частицы мрамора не подверглись декарбонизации. Методом рентгенофазового анализа определена зависимость изменения цвета.

Таблица 3 — Результаты испытаний

Наименование цвета Соотношение FejOj/CaO Отходы мрамора, мае. % Средняя плотность, кг/м3 Прочность при сжатии, МПа Водопо-глощение по массе, %

Красный 9,4 0 1900 24 11,95

Тёмно-коричневый (терракотовый) 0,65 20 1790 33 14,3

Светло-красный 0,55 30 1680 34 16,8

Соломенный (палевый) 0,35 40 1540 35 20,2

обожженных образцов от концентрации основных красящих минералов в составе обожжённых черепков. С повышением количества тонкодисперсных отходов мрамора в составе формуемой смеси происходит увеличение прочности черепка (таблица 3) на 37...45 %, снижение средней плотности на 6 ... 23 % и увеличение водопоглощения на 8...69 %. Все изделия удовлетворяют требованиям ГОСТ 530-2012 по морозостойкости (Р75, Р100). Также была установлена зависимость образования керамической пыли в воздухе рабочей зоны в процессе производства от расхода тонкодисперсных отходов мрамора.

Для экологической оценки облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания с использованием тонкодисперсных отходов мрамора применили известную оценку по жизненному циклу строительных материалов. Однако, для сравнения с аналогичными материалами была разработана укрупнённая методика экологической оценки. Она проходит по сравнению с

\ \ \ \ \

\ \ \ \ ч ч /

' ч ч ч ч ч N

О

35

с:

40

зо

о с: с>

^ г

к

20

10 20 30

Расход отходов мрамора, %

--Керамическая пыль — Предел прочности

Рисунок 3 - Зависимость образования керамической пыли в воздухе рабочей зоны в процессе производства и прочности от расхода тонкодисперсных

отходов мрамора.

облицовочным керамическим кирпичом объёмного окрашивания железистыми пигментами; по оценке (в баллах) негативных воздействий на окружающую среду при производстве таких изделий и др. на всех этапах жизненного цикла облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания от добычи сырья, до уничтожения или повторного использования. Причём, по укрупнённым показателям. По сырью: на этапах добычи породы, транспортировки глинистой породы до места производства, её обработки по технологии производства, перемешивания с различными добавками, можно вести по основным экологическим эффектам, указанным в таблице 4. Её анализ говорит о том, что

Существующая технология Предлагаемая технология

Негативные эффекты Оценка в баллах Оценка в баллах

при производстве Глинистая Железистые Баллы Глинистая Отходы Баллы

порода пигменты порода мрамора

Повреждение экосистем 1 4 5 1 1 2

Дефицит сырья 1 4 5 1 0 1

Вредные выбросы 1 4 5 1 2 3

Затраты энергии 1 5 6 1 3 3

Образование отходов 1 5 6 1 2 4

Образование керамиче- 3 0 3 2 0 2

ской пыли

Итого: 30 15

использование тонкодисперсных отходов мрамора в 2 раза снижает экологическую нагрузку на окружающую среду, поскольку отходы мрамора являются побочным и на их производство энергия не затрачивается. Железистые пигменты специально производятся. Это даёт высокие баллы в укрупнённой экологической оценке по сырьевым компонентам.

Основные источники негативного воздействия на окружающую среду в технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания приводятся в таблице 5. При этом, этапы жизненного цикла будут складываться из: перемешивания глинистой породы с различными добавками, формовки сырца в соответствии с применяемой технологией производства, сушки сырца в специальных сушильных камерах, обжига высушенного сырца в печах и транспортировка готового изделия к потребителю.

Таблица 5 - Укрупнённая экологическая оценка производства облицовочного _керамического кирпича объёмного окрашивания_

Негативные эффекты при производстве Существующая технология Предлагаемая технология

Вредные выбросы 3 2

Расход энергии 6 4

Образование керамической пыли 3 2

Образование твердых отходов (брака) 1 1

Выбросы в атмосферу СО, С02 3 2

Шумовое загрязнение 2 2

Отходы при транспортировке 2 2

Итого: 20 15

Из таблицы 5 видно, что предлагаемая технология с применением тонкодисперсных отходов мрамора позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду благодаря снижению температуры обжига на 200 °С, а также уменьшение образования керамической пыли до 2 раз благодаря замещению части глинистой породы отходами мрамора. Мрамор имеет твёрдость в 2,5 ..4 раза выше, чем глинистые породы. Более того, анализ таблиц 4 и 5 показывает, что существующая технология оказывает негативное влияние в 50 баллов, а предлагаемая технология с применением тонкодисперсных отходов мрамора - 30 баллов. Разница составляет 20 баллов, что позволяет существенно снизить экологическую нагрузку в местах складирования отходов мрамора.

В четвёртой главе проведена техническая и эколого-экономическая оценка технологии производства облицовочного кирпича объёмного окрашивания с применением тонкодисперсных отходов мрамора.

Экономический эффект был определен путем сопоставления технико-экономических показателей получения облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания терракотового цвета.

За основу был выбран завод производительностью 6 млн. шт. в год. Расчёт затрат на сырьевые ресурсы представлен в таблице 6.

Таблица 6 - Расчет затрат на сырьевые ресурсы

Наименование материала Ед. изм. Цена, руб Годовой расход, т Сумма, тыс. руб.

Существующая технология

Глинистая порода т 250 15022,8 3755,7

Железистый пигмент т 96000 75,1 7210,9

Вода Mj 32 3004,6 96,1

Итого: 11062,7

Предлагаемая технология

Глшшстая порода т 250 12018,24 3004,56

Тонкодисперсные отходы мрамора т 610 3004,56 1832,78

Вода И* 32 1686,3 54

Итого: 4891,34

При использовании тонкодисперсных отходов мрамора экономическая

нагрузка на сырьевые материалы снижается на 56 % по сравнению с базовым вариантом. Основным фактором снижения расходов является соотношение стоимости железистых пигментов к стоимости тонкодисперскых отходов мрамора. Стоимость железистых пигментов выше стоимости отходов мрамора более чем в 150 раз.

Расчёт потребности в топливе, электроэнергии представлен в таблице 7.

Таблица 7 - Расчет потребности в топливе и электроэнергии за 1 год

Наименование затрат Ед. изм. Кол-во Цена за ед. изм., руб Сумма, тыс. руб

Вариант 1

Расход газа MJ 324000 1,1 356,4

Расход электроэнергии кВт/ч 1008000 1,45 1461,6

Итого: 1818,0

Вариант 2

Расход газа MJ 285120 1,1 313,6

Расход электроэнергии кВт/ч 887040 1,45 1286,2

Итого: 1599,8

Выявлено снижение затрат на энергоносители до 12 % за счёт снижения температуры обжига до 200 °С. Определён экономический эффект от снижения себестоимости изделий на 68 % от базовой стоимости по сравнению с действующими технологиями производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания.

Экологический эффект с точки зрения использования тонкодисперсных отходов обработки мрамора в производстве облицовочного керамического кирпича связан, в первую очередь, с сокращением площадей, выделяемых под складирование отходов. Расчёт экологического эффекта сводится к расчёту ущерба наносимого окружающей среде в результате загрязнения территории.

Проведена укрупнённая эколого-экономическая оценка использования тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания. Установлен размер экологического ущерба, наносимого окружающей среде производством мраморных изделий. Он составил 400 тысяч рублей в год. Экономически обосновано снижение негативных нагрузок на окружающую среду путём использования тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания за счёт сокращения тоннажа отходов мрамора и площадей отвалов для хранения отходов.

По результатам диссертации разработаны и внедрены технические условия «Керамический кирпич объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора ТУ 5741-011-92661614-2014». Проведено опытно-промышленное внедрение облицовочного керамического кирпича с использованием тонкодисперсных отходов мрамора при облицовке жилого дома по адресу: г. Москва, поселение Рязановское, посёлок Ерино, СНТ «Десна». Экономический эффект составил более 85 тысяч рублей.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ 1. Установлено, что с применением тонкодисперсных отходов мрамора происходит увеличение прочности до 45 %, снижение средней плотности до 23 %, а

образование керамической пыли в воздухе рабочей зоны уменьшается до 2 раз.

2. Установлено, что цвет изделий зависит от расхода тонкодисперсных отходов мрамора. Так, при дозировке тонкодисперсных отходов мрамора в количестве 20 % от массы глинистой породы облицовочный керамический кирпич объёмного окрашивания приобретает терракотовый или тёмно-коричневый цвет, а при 40 % - палевый или соломенный цвет. Установлены количественные зависимости химического состава глинистого сырья и отходов мрамора на эстетическую выразительность (цвет) и стоимость кирпича.

3. Установлены многофакторные зависимости пластической прочности сырца, средней плотности, прочности при сжатии, водопоглощения изделий, количества керамической пыли от расхода глинистого сырья, тонкодисперсных отходов мрамора при одинаковой влажности формуемой массы. Получены модели свойств облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора в виде уравнений рецессии, где установлено, что свойства зависят от количества отходов мрамора. С увеличением расхода отходов мрамора повышается прочность и снижается средняя плотность изделий.

4. Методами рентгенофазового, микроструктурного и химического анализов определено, что интенсивность кальцита в керамическом черепке снизилось на 10 ... 30 % с образованием плотных, водонерастворимых, прочных соединений, включающих глинозём, кремнезём, оксиды железа и кальция.

5. Теоретически обосновано снижение температуры обжига керамического сырца на 150 ... 200 °С за счёт введения в состав шихты тонкодисперсных отходов мрамора без снижения качества изделий.

6. Разработан и оптимизирован состав для получения облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора терракотового или тёмно-коричневого цвета 4 класса опасности, средней плотности 1790 кг/м3, прочности при сжатии 33 МПа, морозостойко-

сти Б100. В процессе производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания образуется 2 мг/м3 керамической пыли.

7. Экологически обосновано размещение тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания высокого качества при его изготовлении, что обеспечивает снижение техногенной нагрузки на окружающую среду за счёт освобождения земель, снижения их объёма и тоннажа, уменьшения энергетических затрат. Установлено, что применение тонкодисперсных отходов мрамора в производстве облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания позволяет снизить экологическую нагрузку на окружающую среду: например, при размещении отходов мрамора 3 класса опасности позволяет получить конечный продукт 4 класса опасности.

8. Разработана методика экологической оценки жизненного цикла облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания, включая использование тонкодисперсных отходов мрамора и технологию его производства. Установлено снижение экологической нагрузки при использовании тонкодисперсных отходов мрамора в технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания до 20 баллов, а также снижение экологической нагрузки на местах хранения отходов.

9. Разработаны технические условия — «Керамический кирпич объёмного окрашивания на основе тонкодисперсных отходов мрамора ТУ 5741-01192661614-2014», утверждённые ООО «Фрегат Строй». Изделия, разработанные по технологии производства облицовочного керамического кирпича объёмного окрашивания были применены при производстве работ по облицовке жилого дома по адресу: г. Москва, поселение Рязановское, посёлок Ерино, СЫТ «Десна». Экономический эффект составил более 85 тысяч рублей.

Основные результаты работы были опубликованы в журналах рекомендованных ВАК:

1. Землянушнов Д.Ю., Соков В.Н., Орешкин Д.В. Эколого-экономические аспекты применения тонкодисперсных отходов мрамора в производстве облицо-

вочных керамических материалов // Вестник МГСУ. - 2014. - № 8. - С. 118126.

2. Землянушнов Д.Ю., Соков В.Н., Орешкин Д.В. Использование тонкодисперсных отходов обработки мрамора в технологии облицовочной керамики // Научно-технический вестник Поволжья. - 2014. - №4. — С.108-114.

3. Землянушнов Д.Ю., Соков В.Н., Орешкин Д.В., Сканави H.A. Утилизация тонкодисперсных отходов обработки мрамора в производстве лицевой керамики // Вестник ИрГТУ. -2014. -№9 (92). - С. 122-126.

4. Землянушнов Д.Ю., Орешкин Д.В., Сканави H.A. Методика экологической оценки применения отходов мрамора в производстве строительной керамики // Научное обозрение. — 2014. — № 7. — С. 685-690.

Формат 60x84/16 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 388к.

Отпечатано в Типографии Издательства МИСИ-МГСУ. Тел. (499) 183-67-92, (499) 183-91-44, (499) 183-91-90. 129337, Ярославское шоссе, д. 26, корпус 8.