Предпосылки развития бесклинкерных вяжущих на основе алюмосиликатных компонентов природного происхождения

В статье раскрывается объяснение рациональности и теоретической возможности применения топливных зол от сжигания различных твердых видов топлива в качестве основного компонента золощелочного вяжущего. Проведен анализ сырьевой базы РФ на предмет количественных показателей торфяных залежей на территории страны. Приведена краткая характеристика торфа и продукта от его сжигания — золы. Показана возможность и рациональность развития такого вида вяжущих на территории Костромской области.

Ключевые слова: торф, зола, сырьевые ресурсы, органоминеральный бетон, вяжущее, древесина.

Современные мировые тенденции развития исследований, разработок вяжущих и материалов на их основе направлены на производство и применение преимущественно композиционных их разновидностей с наполнителями из местного природного и техногенного минерального сырья.

В связи с этим является актуальным дальнейшее развитие научных и экспериментальных основ разработок и производства композиционных бесклинкерных вяжущих на основе такого рода отходов и техногенного сырья. В ряде работ установлена перспективность и целесообразность получения золо- и шлакощелочных вяжущих из местных промышленных отходов или природных ресурсов. Ямалтдиновой Л. Ф. [1] разработаны сульфатно-шлаковые вяжущие и бетоны на их основе с использованием щелочесодержащих отходов промышленных предприятий Урало-Башкирского региона. Применительно к условиям Восточной Сибири Ю. П. Карнауховым и В. В. Шаровой (Братский индустриальный институт) показана возможность получения ШЩВ на основе гранулированных ваграночных, топливных зол и шлаков с жидким стеклом, полученным из отхода цеха кристаллического кремния Братского алюминиевого завода — микрокремнезема [2]. Ивановым К. С. в Тюменской ГАСА получены шлакощелочные мелкозернистые бетоны и газобетоны с применением жидких стекол и опаловых пород [3].

Кроме широкоизвестных шлаков (топливные, доменные, электротермофосфорные, ваграночные) в исследованиях отечественных и зарубежных ученых, можно найти теоретические подтверждения о рациональности применения торфяных зол в составе золощелочных вяжущих. В условиях центрального федерального округа России можно выделить значительные залежи торфяного сырья.

В зависимости от степени разложения исходного растительного материала, торф представляет собой волокнистую (слаборазложившийся торф) или пластичную аморфную (сильно разложившийся торф) массу жёлтого, коричневого или чёрного цвета.

Основные химические элементы, слагающие торф, в процентах на горючую массу [4]: углерод С — 50–60 %; кислород О — 30–40 %; водород Н — 5–6,5 %; азот N — 1–3 %; сера S — 0,1–2,5 %.

Составные части торфа: органическая горючая масса — более половины сухого вещества торфа; минеральные примеси (соединения кальция, железа, магния, калия, фосфора); влага — в естественном состоянии на неё приходится 88–96 % массы торфа.

В составе органической массы содержание водорастворимых веществ 1–5 %, битумов 2–10 %, легкогидролизуемых соединений 20–40 %, целлюлозы 4–10 %, гуминовых кислот 15–50 %, лигнина 5–20 %.

Торф — своеобразный материал, который можно классифицировать по-разному. В частности, на Международной конференции «Торф в решении энергетики, сельского хозяйства и экологии», прошедшей в Минске с 29 мая по 2 июня 2006 года, торф был определён как «медленно возобновляемый природный ресурс». Относительно имеющейся типологии природных ресурсов торф определяется как «молодая горная порода органогенной природы, сохранившая многие присущие исходным растениям — торфообразователям — свойства» и, в то же время, «почва, на которой развиваются влаголюбивые растения». В свою очередь, месторождения торфа принято считать «динамично развивающимися ландшафтно-формирующими геологическими образованиями».

Таблица 1

Распределение площадей торфяно-болотных земель по регионам истранам

Если говорить в частности о России, то наибольшее количество залежей торфа приходится на центральный федеральный округ и Западную Сибирь (Таблица 2).

Таблица 2

Распределение запасов торфа по регионам России

Годовой естественный прирост запасов торфа в России составляет более 1 млрд. кубометров или, в энергетическом эквиваленте, 87 млн. топливных удельных единиц, что теоретически составило бы уже 9 % всего энергопотребления страны.

Российские исследовательские и производственные организации, в частности, Восточно-Европейский институт торфяного дела [5], Российское торфяное и биоэнергетическое общество [6], ГК «Русская торфяная земля» [7], приводят несколько другие, в целом несколько более скромные цифры.

Согласно приводимым ими данным, мировые запасы торфа, приведённые к 40 %-й влажности, составляют около 500 млрд тонн, из них более 175 млрд тонн (также 35 %) — российские. Годовой прирост торфа в России при этом оценивается в 250–280 млн. тонн, что эквивалентно 70 млн. топливных удельных единиц.

По данным администрации Костромской области на территории региона присутствует 358 месторождений торфа, в промышленных границах составляющих 118,6 тыс. Га, равные 311,2 млн. тонн. Благодаря огромной сырьевой базе, на территории области существуют городские ТЭЦ (Костромская ТЭЦ-2), которые в качестве резервного источника топлива могут использовать торф, так и местные котельные и ТЭЦ локального характера (Костромской район, Галичский район, Мантуровский район), применяющие торф в качестве основного источника топлива.

Еще одним источником алюмосиликатного сырья служит топливный шлак, образующийся в достаточных количествах на не электрифицированных участках железных дорог Костромской, Ивановской, Вологодской, Кировской и Ярославской областей.

По общим данным предприятий Костромской области общий объем заготовленной древесины по итогам 1 квартала 2018 года составил более 2,39 млн куб.м. Несмотря на сложные погодные условия лесозаготовительного сезона 2018 года наблюдается положительная динамика заготовки древесины. По сравнению с аналогичным периодом 2017 года объем фактической заготовки древесины возрос на 268,4 тыс.куб.м. или 12,1 %.

По состоянию на 1 апреля 2018 года на землях лесного фонда Костромской области действует 607 договоров аренды лесных участков, постоянного (бессрочного) пользования и безвозмездного пользования лесными участками. Общая площадь лесов, предоставленных в пользование, составляет 2972,4 тыс. Га. Департаментом лесного хозяйства Костромской области заключен 501 договор аренды в целях использования лесов для заготовки древесины с установленным ежегодным объемом более 6,6 млн куб.м.

Литература:

1. Ямалтдинова, Л. Ф. Сульфатно-шлаковые вяжущие и бетоны на их основе: автореф. дис.. докт. техн. наук / Л. Ф. Ямалтдинова. С.-Пб., 2000.
2. Карнаухов Ю. П. Жидкое стекло из отходов кремниевого производства для шлакощелочных и золощелочных вяжущих / Ю. П. Карнаухов,
3. B. В. Шарова // Строительные материалы. 1994.- № 11. — С.14–15.
4. Иванов, К. С. Шлакощелочные бетоны с применением жидких стекол из опаловых пород: автореф. дис.. канд. техн. наук. / К. С. Иванов. -Новосибирск, 2005.- 18с.
5. Кривенко, П.В., Скурчинская Ж. В., Сидоренко Ю. А. Шлакоще-лочные вяжущие нового поколения/ П. В. Кривенко, Ж. В. Скурчинская, Ю. А. Сидоренко //Цемент. 1991. — № 11–12. — С.5–8.
6. Кругляк, C.JI. Экономическая эффективность производства шла-кощелочного вяжущего / С.JLКругляк, А. П. Яковина // Цемент. 1991. -№ 11–12. — С.71–73.
7. Гаврильчик А. П., Лис Л. С., Навоша Ю. Ю., Макаренко Т. И. Задачи эффективного использования торфяных ресурсов на ближайшую перспективу // Новости науки и технологий. — Минск: ГУ «БелИСА», No1(14)/2010. Интернет-ресурс: belisa.org.by