V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

В Российской Федерации ежегодно образуется около 7 млрд. тонн промышленных и бытовых отходов, из которых только 28,6 % используется повторно. Использование вторичного сырья позволяет решать целый ряд экологических проблем, экономить значительные количества топлива и энергии и сохранять природные ресурсы. Наиболее ценными вторичными ресурсами являются металлолом и стеклянный бой, так как их переработка экономически выгодна, не требует больших энергетических затрат и не наносит вреда окружающей среде [1].

Стеклобой подразделяется на возвратный и вторичный, что обусловлено двумя источниками его образования (сфера производства и сфера потребления). Возвратный стеклобой по химическому составу полностью соответствует стеклу, вырабатываемому на данной печи, в связи с этим практически весь собственный стеклобой используется заводами стекольной промышленности, за исключением боя армированного стекла, триплекса, зеркал и некоторых излишков сортовой посуды из бесцветного стекла. Частичная замена шихты стеклобоем позволяет ощутимо сократить расход сырьевых материалов, часть из которых (например, кальцинированная сода) дефицитна и дорогостояща. На каждые 100 кг вводимого стеклобоя экономится 126 кг первичного сырья. Введение стеклобоя в состав шихты перспективно в целях снижения энергетических затрат и экономии топлива, поскольку процессы силикато- и стеклообразования в расплаве протекают при более низких температурах, что подтверждается результатами многих исследователей [2].

Вторичный стеклобой содержится в твердых бытовых отходах, образующихся в результате производственной и хозяйственной деятельности человека. Среднее содержание стекла в ТБО составляет 8-10 % от их общего количества. Выделение вторичного стеклобоя и его использование является сложной технической задачей. Организация его сбора требует дополнительных затрат и часто приводит к необоснованному завышению его цены. Также, определенные трудности сопряжены с переработкой вторичного стекольного боя, в связи с неоднородностью его состава и значительным количеством примесей. Разработаны различные технологии отделения стекольного боя от общей массы отходов и его последующей очистки, которые с успехом применяются за рубежом.

Ведущая в Европе немецкая фирма по переработке промышленных отходов Zippe GmbH разработала проект завода по утилизации стеклобоя, технологическая схема которого легла в основу создаваемых типовых линий. Технологическая линия по переработке стеклобоя состоит из нескольких стадий. На первой – происходит ручная сортировка стеклобоя с целью удаления посторонних включений. Затем стеклобой измельчается на молотковой дробилке до размера фракции 8-30 мм. Для окончательного удаления магнитных примесей и аппаратного железа используется электромагнитная сепарация. Большая часть технологических линий также включает в себя разделение стекла на цветное и бесцветное. Чаще всего для этого применяют ручную сортировку, но например, в Германии предложена электронно-оптическая система для сортировки стеклобоя, основанная на измерении интенсивности света, проходящего через стекло, которое находится в жидкости с показателем преломления близким к показателю преломления стекла в воздухе [3].

Основное направление использования вторичного стеклобоя – композиционные материалы, в которых он может выступать в роли, как матрицы, так и наполнителя. Стекольный бой применяют в качестве наполнителя в производстве таких композитов, как «стеклоцемент», «стеклосмола», «гласасфальт», также он используется в производстве бетонов, лакокрасочных материалов, бумаги, абразивных материалов и керамики. Технология получения «стеклосмолы» и «стеклоцемента» предусматривает предварительное измельчение стекла до определенной гранулометрии, добавление связующего (цемента или органических смол) и литье блоков или изделий сложной конфигурации. Для улучшения адгезии стекла со связкой стеклянные частицы обрабатывают поверхностно-активными веществами. Гласасфальтом называют смесь стекла с асфальтом, содержащую 45-73 % стеклобоя, 33% каменной муки, 5 % асфальта. Его применяют в дорожном строительстве, так как он имеет ряд преимуществ в сравнении с обычным асфальтом: укладывается при более низких температурах, хорошо виден за счет отражения света фар автомобиля от частиц стекла, на нем лучше торможение, увеличивает срок эксплуатации дороги (2). Также в пено- и газобетонах замена части портландцемента молотым стеклобоем улучшает качество поверхности материала, снижает удельный вес и стабилизирует процесс вспенивания или газообразования.

Стекольный бой может образовывать матрицу композиционного материала в результате спекания при высокой температуре или благодаря своим вяжущим свойствам, которые он приобретает в тонкодисперсном состоянии. Вяжущие свойства стеклобоя обусловлены наличием коллоидного кремнезема, образующегося в результате тонкого измельчения частиц стекла и формирующего гель, который впоследствии затвердевает. Механизм поли

При интенсивном измельчении стекольного боя в жидкой фазе происходит выщелачивание поверхностных слоев стекла, что приводит к взаимодействию частиц кремнезема с водой, в результате которого вырабатывается щелочной коллоидный раствор кремнезема. При диспергировании стеклобоя в водной среде, используя оптимальные параметры процесса, можно получить стекольную суспензию, специфические свойства которой обеспечиваются за счет присутствия в ней микро, ультра - и наноразмерных частиц, обладающих природой и свойствами, как стекла, так и новых, синтезирующихся в процессе механоактивационных процессов, соединений. Затвердевшая стекольная суспензия представляет собой монолит, который состоит из удлиненных частиц с размерами от 50 до 200 нм, связанных между собой удлиненными сферическими частицами размером около 20-35 нм, что соответствует размеру мономерных частиц золя кремнезема. Таким образом, сама по себе стекольная суспензия является композиционным материалом, состав которого описывается частицами веществ различных размеров и химической природы, находящихся в твердом и жидком агрегатном состоянии [4].

На основе искусственных вяжущих веществ, получаемых диспергированием стеклобоя, разработан ряд новых строительных материалов. Высокой эффективностью отличаются теплоизоляционные силикатные материалы, полученные по пено- и газобетонной технологии, где в качестве связующего выступает коллоидный кремнезем. Доказана возможность получения радиационно-защитного композиционного материала на основе оксида свинца и диспергированного стекольного боя, характеризующегося высокой прочностью. Существует возможность получения пеностекла с равномерно распределенной замкнутой пористостью при термообработке монолита затвердевшей стекольной суспензии по определенному температурно-временному режиму.

Наиболее перспективным направлением применения вяжущих материалов на основе стеклобоя представляется частичная или полная замена жидкого стекла как связующего в различных композиционных материалах, что позволяет значительно снизить их стоимость без потери качественных характеристик. Таким образом, диапазон использования стеклобоя в композиционных материалах очень широк и не ограничивается только конструкционными и теплоизоляционными материалами. В настоящее время сфера применения стеклобоя охватывает промышленное и гражданское строительство, химическую промышленность, дорожное строительство и атомную энергетику и в будущем она будет значительно развиваться.

1. Обоснование выбора оптимального способа обезвреживания твердых бытовых отходов жилого фонда в городах России / Федеральная служба по надзору в сфере природопользования. - Москва. - 2012. – 39 с.

2. Левитин Л. Я. Повышение эффективности работы стекольных заводов при использовании стеклобоя в производстве флоат-стекла / Левитин Л. Я., Литвин В. И., Токарев В. Д., Ячевский А. В.// Стекло и керамика. – 2012 . - № 5. - С.4-7

3. Заявка ФРГ №320 7447. МКИ С 038 1/00. Способ и устройство для идентификации и разделения стекольного боя по оптическим свойствам.

4. Онищук В. И. Механизм формирования микроструктуры и твердения стекловидного искусственного вяжущего вещества // В.И.Онищук, М.В. Месяц, В.А. Дороганов, Е.И.Евтушенко, А.И. Шутов // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 1. – Ч.2. – С 413-418

Код для цитирования: Скопировать