Организация дополнительных производств строительных материалов с использованием железистых кеков тема диссертации по экономике, полный текст автореферата

Автореферат диссертации по теме "Организация дополнительных производств строительных материалов с использованием железистых кеков"

Министерство образования РФ

РГй од

Норильский индустриальный институт ^ ( ^^

На правах рукописи

Труш Марина Александровна

ОРГАНИЗАЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ

Специальность 08.00.28 - Организация производства (по отраслям)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Министерство образования РФ Норильский индустриальный институт

На правах рукописи

Труш Марина Александровна

ОРГАНИЗАЦИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПРОИЗВОДСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ

Специальность 08.00.28 - Организация производства (по отраслям)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнена в Норильском индустриальном институте НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ - кандидат технических наук, профессор

индустриального института Л.В. Кухаренко

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ

доктор технических наук, профессор А.П. Потапенков кандидат технических наук, с.н.с. М.П. Поманская

ВЕДУЩЕЕ ПРЕДПРИЯТИЕ - Норильский специализированный

ремонтно-строительный трест ОАО "Норильская горная компания"

Защита состоится "25" мая 2000 г. в 14°° часов на заседании специализированного совета К 064.91.01 по присуждению ученой степени кандидата технических наук в Норильском индустриальном институте по адресу: 663310, г. Норильск, ул. 50 лет Октября, д.7, ауд. 205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 2000г.

Ученый секретарь специализированного совета К 064.91.01,

кандидат технических наук, профессор

Шульгин В.А.

Н 2>91.00*-6,0

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. Организация производства новых видов строительных материалов является инновационным проектом, предусматривающим четыре стадии согласно комплексной системе управления качеством тродукции: исследование и разработку; изготовление продукции; обращение I реализацию; эксплуатацию и потребление.

Одной из основных задач организации производства строительных материалов в условиях роста цен на сырьевые и энергетические ресурсы являйся изучение возможности замены традиционного дорогостоящего ¡ырьевого компонента на более дешевое, распространенное в данном регио-¡е сырье или отходы промышленности. Выпуск новых строительных мате-шалов на основе местного сырья и отходов должен способствовать решению аких важных проблем как:

- удовлетворение потребности региона в необходимых строительных материалах и изделиях;

- снижение себестоимости новых строительных материалов и изделий, экономия сырьевых и энергетических ресурсов;

- повышение качества и долговечности полученных строительных материалов и изделий;

- снижение эксплуатационных затрат потребителя в связи с повышением качества продукции;

- сокращение объемов поставок с ликвидацией внешних транспортных затрат;

- улучшение экологической обстановки в регионе за счёт утилизации промышленных отходов.

В Норильском промышленном регионе богатые и мощные запасы по-¡езных ископаемых, развитая энергетическая база. Наличие источников сы-|ья технологического происхождения позволили наладить выпуск многих

видов минеральных строительных материалов и большого количества изделий на их основе. Условия эксплуатации зданий и сооружений (агрессивная среда, низкие температуры, повышенная влажность) в регионе с мощным комплексом промышленных предприятий по производству цветных металлов предъявляют очень жесткие требования к строительным конструкциям и строительным материалам, на основе которых они изготовлены. Поэтому такое важное значение приобретает выпуск специальных материалов: водонепроницаемых и морозостойких бетонов, герметизирующих и изоляционных материалов с высокими физико-механическими характеристиками.

Получение таких строительных материалов и конструкций возможно при организации строительного производства с использованием передовых технологий на базе местного нетрадиционного сырья за счёт оптимизации составов разработанных материалов.

В настоящее время в Норильском промышленном районе такие крайне необходимые строительные материалы, как особо плотные бетоны, герметизирующие и отделочные материалы не выпускаются в основном из-за отсутствия сырья и соответствующих добавок. Потребность в них не удовлетворяется в период заготовительной кампании в связи с высокими транспортными затратами.

В диссертационной работе автором рассмотрены вопросы организации выпуска следующих строительных материалов: особо плотных бетонов, не-твердеющих герметиков, красок, мастик и вспомогательных материалов за счёт использования промышленных отходов никелевого производства - железистых кеков - в качестве уплотнителя, наполнителя и пигментов.

По химическому составу железистые кеки представляют собой гидросульфит сульфат железа Ре(0Нп80ш) - это тонкодисперсный материал с удельной поверхностью 7400 см2/г, имеющий цвет от золотистого до коричневого.

Согласно классификации техногенного сырья по агрегатному состоя-шю в момент выделения из основного технологического процесса железистые кеки относятся к классу Б группе 3 (по П.И. Боженову), т.е. являются гродуктом, полученным из растворов и состоящих из нерастворимых солей, I результате глубоких физико-химических процессов. Такие отходы, как же-[езистые кеки могут применяться в основном в качестве добавки в бетоны и 1астворы, и как наполнители и пигменты в лакокрасочных составах и герме-иках.

Количество таких отходов достигает 30 т в сутки, что позволяет на их юнове наладить выпуск выше перечисленных материалов.

Основными причинами недостаточного использования железистых ке-:ов являются - не изученность химического, минералогического, фазового останов и технологических свойств; отсутствие технических условий и размотанных технологий на применение отвальных железистых кеков в каче-тве основного сырья для получения необходимой качественной продукции. 5ыше изложенное позволяет считать, что задача по организации выпуска не-■бходимых строительных материалов (бетоны, герметики, краски, мастики, спомогательные материалы) на основе изученных железистых кеков, явля-тся актуальной.

Цели н задачи исследований. Решая проблему организации дополни-ельных производств новых видов строительных материалов, мы ставили сред собой следующие цели:

1) получение совокупности научно обоснованных данных, необходи-1ых для оценки целесообразности организации дополнительного производ-тва необходимых строительных материалов;

2) разработка технологических линий с определением возможности спользования железистых кеков в качестве основного сырья для производ-тва эффективных композиционных материалов.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

- выполнить анализ экономических факторов, определяющих целесообразность организации дополнительного производства строительных материалов;

- сравнить стоимостные и качественные показатели строительных материалов из предлагаемого и традиционного сырья;

- провести комплексные исследования по изучению химического, минералогического, фазового состава железистых кеков;

- определить степень пригодности железистых кеков для производства необходимых строительных материалов в соответствии с санитарно-токсикологическими и гигиеническими требованиями;

- разработать составы бетонов с использованием кеков в качестве уплотняющей добавки, для повышения долговечности железобетонных строительных конструкций и изготовления плит безрулонной кровли;

- изучить изменение физико-химических и механических свойств бетонов, их структуры под влиянием добавки железистых кеков;

- провести исследования по использованию железистого кека в качестве наполнителя, как основного сырья, в нетвердеющих герметиках;

- разработать составы нетвердеющих герметиков на основе кека, имеющие повышенные показатели долговечности и морозостойкости;

- разработать составы красок и вспомогательных материалов на основе железистых кеков;

- разработать техническую документацию (технологические регламенты, технологические карты, технические условия на железистые кеки и полученную продукцию, бизнес-планы) на основании полученных исходных данных для организации производства выше перечисленных строительных материалов.

В качестве рабочей выдвинута гипотеза: организация дополнительных производств необходимых строительных материалов, возможна с разработкой передовых технологий, использующих железистые кеки в качестве основного сырья, представляющего собой тонкодисперсный, практически инертный материал, по химическому составу сходный с промышленной уплотняющей добавкой СЖ (сульфат железа). Железистые кеки могут быть чспользованы в качестве уплотняющей добавки в бетоны и в качестве ос-ювного сырья для производства новых видов строительных материалов и иделий в Норильском промышленном районе (нетвердеющие герметики, сраски, мастики, вспомогательные материалы).

В целом работа состоит из двух блоков исследований:

1. Определение целесообразности организации производства необходимых строительных материалов.

2. Исследование нового вида сырья и полученных на его основе строительных материалов и разработка передовых технологий их производства.

Без решения задач, связанных с исследованием сырья, организация до-юлнительных производств необходимых строительных материалов невозможна.

При выполнении научно-исследовательской работы был использован ;омплексный метод, состоящий из натурных, лабораторных и аналитических ^следований. При подборе оптимальных составов бетонов, герметиков, кра-ок и мастик использовался метод математического планирования экспери-«ента.

На защиту выносятся:

- результаты анализа экономических, ресурсосберегающих и природо-|хранных факторов, определяющих целесообразность организации дополни-

тельного производства строительных материалов в Норильском промышленном районе;

- результаты анализа экономической эффективности использования железистых кеков в качестве сырья для производства строительных материалов и изделий;

- результаты комплексного исследования физико-механических, физико-химических характеристик, химического состава железистых кеков;

- результаты исследований влияния железистых кеков никелевого производства в качестве добавки на структурные, эксплуатационные, физико-химические свойства бетонов;

- результаты исследований использования железистых кеков в качестве наполнителя для герметизирующих материалов;

- результаты исследований использования кеков в качестве наполнителя и пигментов в мастиках и красках;

- результаты исследований оптимальных параметров технологического режима изготовления красок, герметиков и вспомогательных строительных материалов на основе железистых кеков;

Научную новизну составляет: организация выпуска необходимых Норильскому региону строительных материалов, в которых используются отходы цветной металлургии - железистые кеки — в качестве уплотняющей добавки в бетонах и в качестве основного сырья, наполнителя, пигментов для герметиков, красок и вспомогательных строительных материалов.

Практическое значение работы. Для удовлетворения потребности ремонтно-строительного комплекса региона в строительных материалах, а также для снижения эксплуатационных и транспортных затрат, рационального использования природных, топливно-энергетических и материальных ресурсов разработаны и предложены:

- составы морозостойких, кислотостойких, водостойких прочных мел-созернистых бетонов на основе местного сырья и железистых кеков в каче-:тве уплотняющей добавки;

- технология антикоррозионной защиты железобетонных конструкций, жсплуатируемых в агрессивных средах, полученными мелкозернистыми 'оркретбетонами на основе местного сырья и железистых кеков;

- технология применения гидроизоляционных мелкозернистых бетонов ! безрулонной кровле;

- составы композиционных материалов на основе полимерных свя-ующих и железистых кеков в качестве основного сырья наполнителя, пиг-1ентов;

- технологическая документация (технологические регламенты, техно-югические карты, бизнес-планы) на производство герметиков, красок, мас-•ик.

Внедрение результатов:

- акты полупромышленных испытаний полученных материалов и изде-

[ий;

- рекомендации по внедрению научно-технических разработок в безот-;одное, экологически чистое производство композиционных материалов на юнове полимеров и железистых кеков;

- акты о внедрении в производство красок на основе железистых кеков ! Норильском специализированном ремонтно-строительном тресте АО «Но-1ильская горная компания».

Апробация работы. Основные результаты диссергационной работы укладывались и обсуждались на Всесоюзной научно-технической конференции Завода - ВТУЗа при ЗИЛе, г. Москва, 17-22 апреля 1989 г.; на X Европейской конференции по «Механике грунтов и подземных сооружений»,

г.Мамайа, Румыния, 12 - 15 сентября 1995 г.; на научно-технических конференциях, посвященных Дням науки, г. Норильск, 1995-99 г.г.

По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства и патента на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 138 наименований и приложений. Общий объем работы 180 страниц, в том числе 134 страницы машинописного текста, 27 рисунков и 16 страниц приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Производство строительных материалов является крупнейшим потребителем сырьевых ресурсов неорганического происхождения. Удельный вес затрат на сырье в себестоимости готовых строительных материалов и изделий достигает от 25 до 50 %. Естественно, что промышленность с целью снижения себестоимости продукции и для удовлетворения потребностей отрасли в сырьевой базе изыскивает новые возможности организации производства строительных материалов с использованием вторичных материальных ресурсов и отходов производства. В настоящее время для организации производства более 40 видов строительных материалов с высокой эффективностью применяются отходы других отраслей.

Анализ литературных источников подтверждает возможность и целесообразность использования металлургических отходов, в частности, железосодержащих, в производстве строительных материалов, в основном для получения цементов, бетонов, закладочных растворов, дорожных посыпок. Однако, вопросы, связанные с организацией производства строительных материалов на основе использования шламов цветной металлургии, изучены недостаточно. Примеров применения отходов никелевого производства - железистых кеков - в качестве сырья для строительных материалов в литера-

турных источниках не найдено. Поэтому мы можем считать, что железистые кеки в производстве строительных материалов нами применялись впервые.

Для исследований использовались кеки гидрометаллургического отделения Никелевого завода АО "Норильский комбинат". Железистые кеки представляют собой тонкодисперсный материал золотисто-коричневого цвета, получаемый при очистке никелевой железокобальтовой пульпы от гидроокиси железа. При осаждении железа используют нейтрализующий реагент -соду, в технологическом процессе участвуют сжатый воздух, раствор серной кислоты, сернистые соли натрия, оборотная железомарганцевая пульпа, поэтому кеки являются сложным многокомпонентным химическим продуктом. По химическому составу они относятся к гидросульфатам железа с небольшим содержанием попутных солей и оксидов. Плотность железистых кеков 1800 кг/м3, удельная поверхность 7400 см2/г.

Химический анализ показал, что железистые кеки представляют собой инертный продукт, вступающий в реакцию только с концентрированной соляной кислотой (проявление реакции - частичное растворение и изменение цвета). Проведенная инфракрасная спектроскопия исходного материала и обработанных кислотами образцов показала, что кислотостойкость железистых кеков составляет 0,97 - 0,99. Кроме того, исследование обнаружило наличие в обработанном материале бисульфидных связей S=S, которые могут положительно влиять на определенные технологические процессы получения полимерных строительных материалов.

Анализ температурных пиков по DSC и результаты термогравиметрических исследований позволили сделать вывод, что железистые кеки термостабильны до температур 130 °С, обратимость после прогрева отсутствует. При нагревании отмечено изменение цвета железистых кеков от оливково-зеленого до черно-красного (изменение происходит после 170 °С), что позволяет получать пигменты различных цветов и оттенков.

Токсиколого-гигиенические анализы, проведенные в Московском центре Госсанэпиднадзора, показали, что железистые кеки нетоксичны, соответствуют 4 классу опасности по ГОСТ 12.1.007-76 и могут применяться для производства строительных материалов.

Был проведен комплекс исследований:

- по подбору составов мелкозернистых бетонов на местных заполнителях с введением железистых кеков в качестве уплотняющей добавки;

- по подбору составов таких композиционных материалов, как мастики, краски и вспомогательные материалы на основе полимеров и железистых кеков в качестве основного сырья - наполнителя и пигментов.

Исследование совместного влияния па основные свойства бетона всех его компонентов и определение оптимального состава реализовано методом математического планирования многофакторного эксперимента. Данный метод является эмпирическим и позволил на результатах серии опытов по определенному плану получить математическую модель регрессивного типа, адекватного описывающую процесс.

В качестве параметров оптимизации выбрали: предел прочности при сжатии образцов (У[) и морозостойкость (Уг). Из множества способов воздействия на оптимальный состав бетона выбраны факторы, отвечающие требованиям управляемости и однозначности: водоцементное отношение (Х|), отношение массы добавки к массе цемента (Х^), отношением массы песка к массе цемента (Х3) и временем вибрации смеси (Х4).

Исходя из предварительных сведений о предполагаемом оптимуме, основными уровнями факторов приняты пределы варьирования, указанные в табл.1.

Таблица 1.

Условия изменения переменных

Наименование Кодированное обозначение Переменные

Х,,(В/Ц) Х2,(ДЩ) Хз,(П/Ц) Х4, (т, с)

Минимальное значение - 0,35 0,40 3,5 60

Максимальное значение + 0,45 0,50 4,5 120

Среднее значение 0 0,40 0,45 4,0 90

Нижняя точка -2,0 0,30 0,35 3,0 30

Верхняя точка +2,0 0,50 0,55 5,0 150

Интервал варьирования А 0,05 0,5 0,5 30

Расчет коэффициентов уравнения регрессии произведен на ЭВМ по :пециально составленной программе. По полученной математической моде-ш определяли значения Кс2? и морозостойкости. На основе этого проведен >егрессионный анализ во всех соответствующих экспериментах, адекват-юсть модели проверена по Р-критершо Фишера, а значимость коэффициентов - по ^критерию Стьюдента при уровне значимости 0,05. Полученное 'равнение адекватно описывает марочную прочность и, следовательно, мо-кет применяться для практических целей:

У, = 44,42 - 4,752Х, - 2,422Х2 - 1,765Х3 + 1,674Х4 + 0,562Х,2 + :,853Х22 - 0,705Х32 - 0,034Х42 +0,397Х, Х2 - 0,588Х, Х3 - 0,324Х, Х4;

У2 = 58,46 - 0,363Х, - 0,121Хг + 0,462Х3 + 0,056Х4 - 0Д03Х,2 + ),162Х23 -0,127Х32 - 0,022Х42 + 0,101 Х,Х2 - 0,341Х,Х3 + 0,020Х2Х3.

По результатам расчетов по математическим моделям определен опти-1ум, который соответствует следующим значениям: Х]=0,42; Х2=3,97; <3=0,4; Хд=30.

С целью оценки действия добавки на прочностные и эксплуатационные свойства бетона был выполнен цикл испытаний образцов-кубов на местных заполнителях с введением добавки от 1 до 15 %. Исследования проводили по методике НИИЖБ Госстроя РФ. Определяли основные свойства, соответствующие заданным характеристикам.

Испытания коррозионной стойкости бетонов с добавлением кеков и без них проводили по ускоренной методике, предложенной Штайнеггером на образцах-балочках размерами 1x1x6 см и по методике НИИЖБ на образцах-кубах размерами 10x10x10 см. По результатам испытаний строили графики зависимостей свойств от состава бетонов, представленные на рис 1 - 2.

При сравнении физико-механических показателей оптимальными оказались составы мелкозернистых бетонов на шлаковых песках с добавлением ЖК в качестве микронаполнителя до 7,5 %.

Максимальный предел прочности на сжатие составил 54 МПа, химическая стойкость 99 %, морозостойкость соответствует марке 300.

Рис. 1. Зависимость прочности мелкозернистых бетонов от процентного содержания уплотняющей добавки и вида заполнителя: 1 - на шлаковых песках; 2 - на базальтовых отсевах; 3 - на высевках щебня; 4 - на хвостах обогатительной фабрики

Кислапшстоо-когть. %

0.95 0.90 0.85 0.80 С.ТЬ 0.70 0.65 0.60

О

•

" - ------ —_ 1

-- 2

' •—-— --- 3

-----------

— ' -- 4

Ю

15

20

кЕкав

Рис. 2. Зависимость кислотостойкости мелкозернистых бетонов от процентного содержания уплотняющей добавки и вида заполнителя: 1 - на шлаковых песках; 2 - на базальтовых отсевах;

3 - на высевках щебня; 4 - на хвостах обогатительной фабрики.

Повышение прочности, коррозионной стойкости и морозостойкости эетонов на шлаковых песках с добавлением кеков никелевого производства в качестве уплотняющей добавки объясняется следующим.

Во-первых, шлаковые заполнители имеют весьма развитую пористую поверхность, увеличивающую за счет эффекта самовакуумирования концентрацию щелочного раствора в зоне и следовательно, повышающую гидратацию алюмосиликатной составляющей вяжущего.

Во-вторых, гидрооксиды щелочных металлов, образующиеся в процессе гидратации, взаимодействуют с пылевидными частицами заполнителя, уплотняя структуру бетона н повышая его прочность.

В-третьих, можно предположить, что упрочнение структуры происходит за счет активизации шлака кальцинированной содой, используемой при эсаждении железа из железокобальтовой пульпы, а присутствие солей хло-

ристого натрия в железистых кеках влияет как противоморозная добавка в цементирующей массе.

В-четвертых, известно, что дисперсный наполнитель имеет активную поверхность. На ней содержатся кислотные, основные, окислительные и восстановительные центры. Эти поверхностные центры твердых частиц разделены в пространстве и в общем случае не взаимодействуют друг с другом, но их наличие делает поверхность полифункциональной и способной взаимодействовать с различными адсорбированными соединениями по различных механизмам.

Применение железистых кеков в качестве уплотняющей добавки позволило значительно повысить прочность, водонепроницаемость, морозостойкость и коррозионную стойкость мелкозернистых бетонов. При этом экономия цемента составила 150 - 250 кг на 1 м3 бетона в зависимости от заполнителя.

Таким образом, экспериментально и теоретически была доказана возможность использования железистых кеков в качестве уплотняющих добавок в производстве бетонов.

Полученные составы рекомендовались для организации работ по защите различных поверхностей, эксплуатируемых в агрессивных средах, методом торкретирования, а также для использования в качестве закладных бетонов и для производства безрулонных кровельных конструкций.

Разработанная технология производства защиты строительных конструкций торкретбетонами на местных заполнителях с добавлением железистых кеков внедрена в тресте "Норильскспецремстрой" в 1989г и используется до настоящего времени для ремонта промышленных зданий и сооружений. Составы защищены авторским свидетельством № 1678809.

Были проведены исследования по определению эффективности применения безрулонных кровельных конструкций на основе полученных бетонов и обоснование их применения в Норильском промышленном районе.

В Норильске применяются в основном плоские рулонные кровли и многоскатные металлические. Например "Норильскбыт" ежегодно расходует на ремонт кровель 15 % средств, предусмотренных на содержание жилого фонда (соответствует среднему показателю по стране). 26,7 % средств из общего годового объема, направляемого на ремонт промышленных зданий и вооружений, расходует комбинат на ремонт кровель.

Оценка вариантов осуществлялась по единому критерию минимума затрат на устройство и эксплуатацию кровли за срок службы здания.

Зарплатоемкость и трудоемкость у мягкой кровли в 3 раза выше, чем у Зезрулонной, материалоемкость выше в 3-5 раз. По механизации труда устройство предлагаемого вида кровли превышает заменяемый вариант на 90 -?3%. При сравнении амортизационных отчислений, очевидно, что на рулонную кровлю отчисления больше, чем на безрулонную, так как рулонная сровля, эксплуатируемая в экстремальных климатических условиях, через 3 "ода требует замены практически 50 % кровельного покрытия.

Величина экономического эффекта на 1 м2 при замене кровли на комплексную безрулонную составила 28,14 р. в ценах 1984 г.

Анализ факторов, оценивающих эффективность и целесообразность организации производства мелкозернистых бетонов с добавлением желези-;тых кеков и на их основе, комплексных безрулонных плит позволяет сде-1ать следующие выводы:

- дополнительный выпуск нового вида изделий по предлагаемой тех-гологии на базе существующего мелкосерийного производства железобетонных изделий агрегатно-поточным способом может быть проведён без (начительных затрат и переналадки оборудования;

- анализ зависимости стоимостных показателей кровельных материалов от их эксплуатационных характеристик подтвердил целесообразность организации дополнительного производства безрулонных комплексных плит покрытия для плоских кровель на базе имеющегося завода;

- особенность гидроизоляционного слоя предполагает применение гидроизоляционных мастик.

В Норильск герметики, краски и мастики привозят, поэтому железистые кеки представляют большой научный интерес для исследования их как пигмента и наполнителя в составе красок, мастик, герметиков.

Были проведены исследования по подбору составов и разработке технологии производства герметизирующих материалов строительного назначения на основе железистых кеков и полимерных связующих. В качестве аналога взяты герметики Тегерон и НГМУ на основе бутилкаучука. Эти материалы обладают меньшей теплопроводностью и наиболее низкой температурой эксплуатации (до - 60 °С) и поэтому применяются для уплотнения стыковых соединений при строительстве в районах Крайнего Севера, в том числе и в Норильске. Испытывались также составы герметиков на основе по-лиизобутилена, обладающего высокой стойкостью к действию агрессивных сред.

Цель исследований - получить оптимальные составы герметиков с заданными свойствами. Физико-механические испытания проводились по отработанным методикам.

Определение предела прочности при растяжении, относительного удлинения при максимальной нагрузке и характера разрушения проводили по ГОСТ25945-87. Результаты представлены на рис. 3 и составляют следующие значения:

Предел прочности при растяжении, кгс/см2.......0,42

Формоустойчивость при 70 °С , мм.............0

Относительное удлинение при макс, нагрузке, %... .72,5

Кислотостойкость, кгс/см.............0.42

Температура стеклования, °С.........-72

Миграция пластификатора............отсутствует

Пенетрация.........................6,98

Подбор составов герметикой

Рис. 3. Зависимость основных свойств герметиков на основе полимеров и железистых кеков от процентного содержания составляющих (полимер, железистые кеки, масло индустриальное)

Был получен универсальный неотверждающийся герметик "Норгер", включающий высокомолекулярный полиизобутилен, бутилкаучук, индустриальное масло и железистые кеки и отличающийся от аналогов низкой себестоимостью, лучшими качественными показателями, а также тем, что в качестве наполнителя герметик содержит отходы никелевого производства -железистые кеки.

"Норгер" может применяться для герметизации стыков строительных конструкций из железобетона, металла, дерева, стекла, а также герметизации автомобилей и холодильников. Опытная партия "Норгера" прошла промышленные испытания. Разработаны технические условия, технологический регламент, бизнес-план для организации производства, получены акты о внедрении.

Состав герметизирующей композиции защищен патентом на изобретение № 2102427 [10].

Результаты исследований по применению железистых кеков в качестве наполнителя позволяют сделать вывод, что предлагаемое сырье (железистые кеки) можно использовать для производства герметиков, соответствующих требованиям строительства в районах Крайнего Севера.

Для определения целесообразности и технической необходимости организации производства нетвердеющего строительного герметика "Норгер" был проведен анализ факторов, определяющих развитие предприятий строй-индустрии в Норильском промрайоне:

- потребность в данном виде строительных материалов;

- удовлетворение потребности за счет местного производства и поставок;

- уровень технической оснащенности предприятий стройиндустрии;

- наличие сырьевой базы;

Анализ показал, что потребность региона в герметизирующих масти-;ах составляет в среднем 200 т в год из них 60 - 80% приходиться на напол-штель. Транспортные расходы на доставку материалов с "материка" оставляют 62 % затрат. Кроме того, за последние 5 лет в Норильск не было ;ентрализованных поставок герметиков (по справке ПО "Норильскбыт").

С целью удовлетворения потребности в мастиках и герметиках, орга-[изации их производства в ПО «Норильскстройматерналы» была разработа-[а технология получения герметиков на основе железо-кекового [аполнителя, в которой исключены энергоемкие и трудоемкие операции по [одготовке сырьевой смеси (дробление, помол), потери сырья уменьшены до ,0%; в 3 раза снижены трудозатраты, за счет понижения вязкости и подачи ырьевой смеси самотеком, улучшены условия труда и техники безопасно-ти. В АО «Норильская горная компания» были переданы исходные данные ;ля проектирования завода по производству негвердеющего герметика про-зводительностыо 200 т в год. Разработанная технологическая линия являет-я гибкой, варьирование технологических параметров позволяет получать шрокий спектр полимерных композиционных материалов на основе желе-истых кеков (ленточные, отверждающиеся герметики, резина).

Были также разработаны технология и составы красок и вспомогатель-ых материалов на основе железистых кеков и различных связующих. Проедены промышленные испытания фасадных красок на домостроительном омбинате при заводской отделке панелей. Результаты физико-механических оказателей положительные, новизна подтверждена патентом на изобрете-ие № 2067086 [9].

Краски внедрены в производство 1998 г в период летних ремонтных абот по окраске фасадов промышленных зданий. Экономический эффект эставил 2983 р. на 100 кг краски.

Оценка экономической эффективности организации дополнительного производства строительных материалов на основе отходов никелевого производства осуществлялась по следующим критериям:

- сокращение транспортно-заготовительных расходов;

- снижение себестоимости;

- влияние использования предлагаемых материалов на величины единовременных капиталовложений и текущих затрат, связанных с возведением и эксплуатацией зданий и сооружений при соответствии качественных характеристик требованиям местных условий строительства (в сравнении с заменяемым материалом или изделием);

- сокращение прямых и косвенных затрат на природоохранные мероприятия.

Кроме экономических и технологических факторов целесообразности организации дополнительного производства строительных материалов на основе железистых кеков, рассматривались также и вопросы охраны окружающей среды.

Производство композиционных материалов на основе полимерных связующих является безотходным, сточные воды отсутствуют. При этом для их производства применяются многотоннажные отходы цветной металлургии, наносящие значительный ущерб окружающей среде отчуждением обширных территорий под отходохранилища. Ежегодно тратятся огромные средства на содержание отвалов и размещение отходов. В год производится около 11 тыс. тонн железистых кеков, из них только 7 тыс. тонн служба экологического контроля "разрешает" сбрасывать в отвал. За 1 тонну отходов выплачивается 117600 р. - 823,2 млн. р. в год, за несанкционированный отвал, превышающий установленную норму, штраф в 5 раз больше.

Поэтому организация такого материалоемкого производства как производство красок, шпатлевок, герметиков, где железистые кеки составляют

до 80 % от массы, может способствовать решению экологических проблем региона.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Исходя из региональных особенностей Норильского промышленного района, проанализированы факторы, влияющие на размещение производства строительных материалов. Установлено, что для удовлетворения потребности региона в необходимых строительных материалах и изделиях, а также с целью снижения эксплуатационных и транспортных затрат целесообразно организовать на базе существующих в Норильске предприятий стройиндустрии дополнительное производство таких строительных материалов, как особо плотные мелкозернистые бетоны, герметизирующие и отделочные материалы с использованием железистых кеков.

2. На основе анализа зависимости затрат на устройство и эксплуатацию кровли от долговечности используемых материалов, установлено, что в ус-товиях Крайнего Севера наиболее целесообразным является применение эезрулонных комплексных плит покрытия на основе особо плотных мелко-юрнистых бетонов.

3. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность ис-юльзования отходов никелевого производства (железистых кеков) в качестве сырья для производства строительных материалов.

4. Доказано, что железистые кеки могут использоваться в качестве ос-зовного комплексного сырья наполнителя и пигментов для производства вы-юкокачественных композиционных материалов строительного и бытового ^значения, значительно снижающие себестоимость продукции и решающие фоблемы сырьевого обеспечения промышленности строительных материа-юв.

5. Для повышения долговечности железобетонных изделий, снижения эксплуатационных затрат и экономии расхода цемента, в качестве уплотняющей добавки рекомендуется использовать железистые кеки, повышающие морозостойкость, кислотостойкость и прочность мелкозернистых бетонов на местных заполнителях.

6. На основании проведённых расчётов определено, что утилизация отходов никелевого производства (железистых кеков) позволяет существенно сократить прямые и косвенные затраты на природоохранные мероприятия, а также способствует решению экологических проблем в регионе.

Содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кухаренко Л.В., Рысева О.П., Заварзина М. Мелкозернистые бетоны на основе отходов промышленного производства // Сб. науч. тр. /НВИИ. Норильск, 1989. С. 23-26.

2. Кухаренко Л.В., Поманская М.П., Заварзина М.А. Строительные материалы на основе отходов хлорно-кобальтового цеха // Сб. науч. тр. /НИИ. Норильск, 1995. С. 52-54.

3. Кухаренко Л.В., Заварзина М.А. Железистые кеки в производстве строительных материалов // Пром-сть строительных материалов. Серия 6. Промышленность полимерных, мягких кровельных и теплоизоляционных материалов. Экспресс-обзор ВНИИЭСМ. - М., 1995. Вып. 2-3. С 22-24.

4. Кухаренко Л.В., Заварзина М.А. Перспективы применения полимер-бетонов в Норильском промышленном районе // Сб. реф. X Европейской научной конференции по механике грунтов и оснований. - Мамайа, Румыния. 1995. С. 142-143.

5. Кухаренко Л.В., Поманская М.П., Заварзина М.А. "Норгер" на осно-зе железистых кеков Норильского промрайона // Сб. науч. тр. НИИ, Но-эильск, 1996. С 42-44.

6. Кухаренко Л.В., Поманская М.П., Заварзина М.А., Хайруллин И.К. ^етвердеющий герметик "Норгер" // Пром-сть строительных материалов. 2ерия 6. Промышленность полимерных, мягких кровельных и теплоизоляционных материалов. Экспресс-обзор ВНИИЭСМ. - М., 1996. Вып. 1-2.С. 6-7.

7. Заварзина М.А. Железистые кеки никелевого производства в строительных материалах // Строительные материалы. Вып. 1. - М., 1999. С.48.

8. Пат. 2067086. Состав для нанесения покрытия / Кухаренко Л.В., "рабеновская С.П., Шкляров Н.Д., Заварзина М.А. (РФ). - № 94000399; Заяв. )5.01.94; Опубл. 17.09.96, Бгол. №27. - 8 с.

9. Пат. 2102427. Герметизирующая композиция / Кухаренко Л.В., По-1анская М.П., Хайруллин И.К., Заварзина М.А. (РФ).- № 95110316; Заяв. 9.06.95; Опубл. 20.01.98, Бюл. № 2. - 8 с.

Диссертация: содержание автор диссертационного исследования: кандидата технических наук, Труш, Марина Александровна

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Использование железосодержащих отходов цветной металлургии в производстве строительных материалов.

1.2. Анализ критериев оценки эффективности использования местного сырья и промышленных отходов в производстве строительных материалов.

1.3. Методические вопросы определения экономической эффективности организации дополнительных производств строительных материалов.

1.4. Цель работы и задачи исследований.

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ОТХОДОВ НИКЕЛЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА -ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ.

2.1. Характеристика железистых кеков - техногенного сырья для получения строительных материалов.

2.2. Исследование железистых кеков

2.2.1. Методы исследований железистых кеков.

2.2.2. Термогравиметрический анализ железистых кеков.

2.2.3. Дифференциальная сканирующая калориметрия железистых кеков.

2.2.4. Изучение химической стойкости. Действие кислот HCl, HNO3, H2SO на железистые кеки.

2.3. Исследование влияния железистых кеков на свойства мелкозернистых бетонов в качестве добавки.

2.4. Подбор составов герметиков, красок и мастик на основе железистых кеков и различных видах связующего.

Выводы к главе 2.

Глава 3. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА БЕЗРУЛОННЫХ ПЛИТ ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ МЕЛКОЗЕРНИСТЫХ БЕТОНОВ С

ДОБАВЛЕНИЕМ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ.

ЗЛ. Предпосылки организации производства безрулонных плит покрытия.

3.2. Основные параметры технологии производства.

3.3. Организация и технология процесса изготовления.

3.4. Область и эффективность применения безрулонных плит покрытия.

3.5. Эффективность организации производства комплексных плит покрытия для безрулонной кровли.

Выводы к главе 3.

Глава 4. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА КРАСОК, ШПАТЛЕВОК, ПАСТ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ.

4.1. Предпосылки организации производства красок и вспомогательных отделочных материалов в Норильском промышленном районе.

4.2. Технология изготовления вспомогательных материалов на основе железистых кеков.

4.3. Технология изготовления красок на основе железистых кеков.

4.4. Оценка эффективности и целесообразности организации производства в Норильском промрайоне красок, шпатлевок, паст на основе железистых кеков.

Выводы к главе 4.

Глава 5. ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ГЕРМЕТЕЗИРУЮЩИХ МАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО И БЫТОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗИСТЫХ КЕКОВ.

5.1. Предпосылки организации производства герметизирующих материалов.

5.2. Характеристика производимой продукции.

5.3. Технология изготовления герметизирующих материалов на основе железистых кеков.

5.4. Оценка эффективности и целесообразности организации производства в Норильском промрайоне герметиков на основе железистых кеков.

Выводы к главе 5.

Глава 6. ПРОМЫШЛЕННОЕ ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ.

6.1.1. Промышленные испытания красок и мастик.

6.1.2. Полупромышленные испытания герметика "НОРГЕР".

6.2. Бизнес-план на организацию производства красок и мастик с использованием в качестве наполнителя-пигмента железистых кеков.

6.3. Бизнес-план на организацию производства нетвердеющего герметика "Норгер" с использованием в качестве наполнителя железистых кеков.

Выводы к главе 6.

Диссертация: введение по экономике, на тему "Организация дополнительных производств строительных материалов с использованием железистых кеков"

Организация производства новых видов строительных материалов является инновационным проектом и предусматривает четыре стадии согласно комплексной системе управления качеством продукции: исследование и разработку; изготовление продукции; обращение и реализацию; эксплуатацию и потребление.

Одной из основных задач организации производства строительных материалов в условиях роста цен на сырьевые и энергетические ресурсы является изучение возможности замены традиционного дорогостоящего сырьевого компонента на более дешевое, распространенное в данном регионе сырье или отходы промышленности. Выпуск новых строительных материалов на основе местного сырья и отходов должен способствовать решению таких важных проблем как:

- удовлетворение потребности региона в строительных материалах и изделиях;

- снижение себестоимости строительных материалов и изделий;

- повышение качества и долговечности полученных материалов и изделий;

- снижение эксплуатационных затрат потребителя в связи с повышением качества и долговечности;

- сокращение объемов поставок, ликвидация транспортных затрат;

- улучшение экологической обстановки в регионе за счет утилизации отходов.

В Норильском промышленном районе богатые и мощные запасы полезных ископаемых, развитая энергетическая база. Наличие источников сырья технологического происхождения позволили наладить производство практически всех видов минеральных строительных материалов и большого количества изделий на их основе. Условия эксплуатации зданий и сооружений (агрессивная среда, низкие температуры, повышенная влажность) в регионе с мощным комплексом промышленных предприятий по производству цветных металлов предъявляют очень жесткие требования к строительным конструкциям и материалам, на основе которых они изготовлены. Поэтому важное значение приоб6 ретает выпуск специальных материалов: водонепроницаемых морозостойких бетонов, герметизирующих и изоляционных материалов с высокими физико-механическими характеристиками. Получение таких материалов и конструкций возможно при организации их производства с использованием передовых технологий на базе местного, часто нетрадиционного, сырья за счет оптимизации составов разработанных материалов.

В настоящее время в Норильский промышленный район завозят такие крайне необходимые и дорогостоящие строительные материалы, как: уплотняющие добавки для получения особо плотных бетонов, вспомогательные, герметизирующие и изоляционные материалы, фасадные краски, которые не выпускаются в НИР из-за отсутствия традиционного сырья.

В диссертационной работе автором рассмотрены вопросы организации выпуска перечисленных выше материалов за счет использования промышленных отходов никелевого производства - железистых кеков - в качестве уплотнителя, наполнителя и пигментов

По химическому составу железистые кеки представляют собой гидроксо-сульфат железа Ре(0Нп80т) - это порошкообразный материал с удельной поверхностью 7400 см /г, имеющий цвет от золотистого до коричневого. Количество таких отходов достигает 30 т в сутки, что позволяет на их основе наладить выпуск выше перечисленных материалов.

Основными причинами недостаточного использования железистых кеков являются не изученность химического, минералогического, фазового составов и технологических свойств, отсутствие технических условий на применение отвальных железистых кеков в качестве сырья для получения качественной продукции. Поэтому выше изложенное позволяет считать, что исследования отвальных железистых кеков никелевого производства с целью использования их в качестве добавок в бетоны и наполнителей в герметиках, красках и мастиках можно считать актуальными. 7

Решая проблему организации дополнительных производств новых видов строительных материалов, автор ставил перед собой следующие цели:

1) получение совокупности научно обоснованных данных необходимых для оценки целесообразности организации дополнительного производства необходимых строительных материалов;

2) разработка технологических линий с определением возможности использования железистых кеков в качестве основного сырья для производства эффективных композиционных материалов.

В качестве рабочей гипотезы: организация дополнительных производств необходимых строительных материалов, возможна с разработкой передовых технологий, использующих железистые кеки в качестве основного сырья, представляющего собой тонкодисперсный, практически инертный материал, по химическому составу сходный с уплотняющей добавкой СЖ (сульфат лселеза). Железистые кеки могут быть использованы в качестве уплотняющей добавки в бетоны и в качестве основного сырья для производства новых видов строительных материалов и изделий в Норильском промышленном районе (нетвер-деющие герметики, краски, мастики, вспомогательные материалы).

В целом работа состоит из двух блоков исследований:

1. Определение целесообразности организации производства необходимых строительных материалов.

2. Исследование нового вида сырья и полученных на его основе строительных материалов и разработка передовых технологий их производства.

Без решения задач, связанных с исследованием сырья, организация производства новых видов продукции невозможна.

При выполнении научно-исследовательской работы был использован комплексный метод, состоящий из натурных, лабораторных и аналитических исследований. При подборе оптимальных составов бетонов, герметиков, красок и мастик использовался метод математического планирования эксперимента. 8

Диссертация: заключение по теме "Организация производства", Труш, Марина Александровна

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ.

1. Исходя из региональных особенностей Норильского промышленного района, проанализированы факторы, влияющие на размещение производства строительных материалов. Установлено, что для удовлетворения потребности региона в необходимых строительных материалах и изделиях, а также с целью снижения эксплуатационных и транспортных затрат целесообразно организовать на базе существующих в Норильске предприятий стройиндустрии дополнительное производство таких строительных материалов, как особо плотные мелкозернистые бетоны, герметизирующие и отделочные материалы с использованием железистых кеков.

2. На основе анализа зависимости затрат на устройство и эксплуатацию кровли от долговечности используемых материалов, установлено, что в условиях Крайнего Севера наиболее целесообразным является применение безрулонных комплексных плит покрытия на основе особо плотных мелкозернистых бетонов.

3. Теоретически и экспериментально подтверждена возможность использования отходов никелевого производства (железистых кеков) в качестве сырья для производства строительных материалов.

4. Доказано, что железистые кеки могут использоваться в качестве основного комплексного сырья - наполнителя и пигмента для производства высококачественных композиционных материалов строительного и бытового назначения, значительно снижающие себестоимость продукции и решающие проблемы сырьевого обеспечения промышленности строительных материалов.

5. Для повышения долговечности железобетонных изделий, снижения эксплуатационных затрат и экономии расхода цемента, в качестве уплотняющей добавки рекомендуется использовать железистые кеки, повышающие морозостойкость, кислотостойкость и прочность мелкозернистых бетонов на местных заполнителях.

142

6. На основании проведенных расчетов определено, что утилизация отходов никелевого производства (железистых кеков) позволяет существенно сократить прямые и косвенные затраты на природоохранные мероприятия, а также способствует решению экологических проблем в регионе.

143