Учёные Крыма нашли применение металлургическим отходам

Огромные объёмы твёрдых шлаков, которые остаются от производства на металлургических предприятиях России, можно применить с пользой, если переработать их в строительные материалы. Этого удалось добиться учёным КФУ им. В.И. Вернадского: они разработали технологию, благодаря которой из таких отходов можно получить строительные изделия высокой прочности. Подробнее об изобретении рассказал профессор кафедры строительного инжиниринга и материаловедения Академии строительства и архитектуры КФУ им. В.И. Вернадского Николай Любомирский.

По его словам, учёным удалось добиться переработки не только металлургических шлаков, но и техногенного углекислого газа, который также подключили к технологии переработки. Таким образом можно было бы избавлять огромные территории от накопившихся промышленных отходов и сократить выбросы в атмосферу углекислого газа.

«В Российской Федерации количество накопившихся твёрдых шлаков превышает 500 млн тонн. Это и шлаки доменного производства, и шлаки сталеплавильных производств, и ферросплавные шлаки, и шлаки цветных металлов и т.д. Все они требуют переработки, поскольку занимают и засоряют большие территории земельных участков», — подчеркнул Николай Любомирский.

После того, как крымские учёные исследовали пробы 12 видов шлака на пяти предприятиях Центрального и Северо-Западного федеральных округов РФ, им удалось определить оптимальное сырьё. После этого команда приступила к разработке технологических параметров процесса переработки.

В результате специалистам удалось получить из шлаков и углекислого газа тротуарную плитку и кирпич. Прочность первого изделия достигает тысячи килограммов на квадратный сантиметр — небывалые показатели для аналогов из цементобетона, — а второе по своей прочности не уступает современному клинкерному кирпичу, который считается одним из наиболее прочных среди современных стройматериалов. Для производства последнего, кстати, использовались отходы одного из местных предприятий — Крымского содового завода.

При этом для производства не пришлось использовать ни грамма цемента или других связывающих компонентов: все материалы получившихся изделий раньше на 100% были отходами.

Таких результатов удалось добиться благодаря процессу искусственной карбонизации, отметил Николай Любомирский.

«Вследствие того, что шлаки образуются при очень высоких температурах, в их составе синтезируется ряд минералов, способных вступать в химическую реакцию с углекислым газом, образуя прочные и водонерастворимые соединения. Наша задача состояла в том, чтобы разработать оптимальные технологические условия для повышения реакционной способности этих минералов и сделать их доступными для реакции карбонизации», — пояснил он.

При определённых условиях, добавил специалист, в получаемом материале образуется кальцит. Именно у него при соблюдении установленных учёными технологических параметров проявляются вяжущие свойства, которые «цементируют» остальные частички материалов.

Получаемый материал разработчики после проверок учёные отнесли к разряду высокопрочных. По словам профессора, полученные изделия долговечны, устойчивы к кислотам и способны гарантированно перенести 200 циклов замораживания и оттаивания. Экономически новая технология также имеет все основания на существование: себестоимость полученных изделий получается ниже существующих цементобетонных аналогов, в первую очередь за счёт того, что само шлаковое сырьё как производственный отход стоит дешевле.

Уникальной разработкой крымских учёных стала и карбонизационная камера — устройство, которое было сконструировано под параметры производства необходимых материалов.

«В карбонизационной камере создаются оптимальные условия для твердения предварительно сформованных строительных изделий. Процесс твердения происходит достаточно быстро. Всего за четыре часа мы получаем абсолютно готовое изделие, которое можно применять в дело», — подытожил учёный.

Команда разработчиков уже запустила процесс патентования изобретения: таких камер до них ещё никто не выпускал и не использовал, отметил Николай Любомирский. Параллельно с этим специалисты разрабатывают заводскую модель камеры, которую можно было бы опробовать уже в промышленных условиях, а не в лаборатории.

Это далеко не единственная крупная разработка крымских учёных, которая нацелена на оптимизацию промышленности. Как ранее рассказывал ForPost, другая команда местных специалистов сейчас пытается разработать альтернативу неорганическим кристаллам и соединениям, которые используются при производстве микросхем и другой электроники. По мнению разработчиков, традиционные материалы в перспективе можно будет заменить органикой. 

Фото: Ксения Гасица|Пресс-служба КФУ им. В.И. Вернадского