Аналог цемента от пермяков получился дешевле и экологичнее

❋ 4.5

Порядка 90% зданий в мире построены с использованием цемента. Его производство сопровождается значительными выбросами: при обжиге выделяется около 900 килограммов углекислого газа на тонну, а с учетом топлива общий объем достигает 5-8% от количества в мире. Это усугубляет парниковый эффект и изменение климата. Чтобы снизить это воздействие, в 30% случаев для внутренней отделки применяют не цемент, а ангидрит — материал на основе гипсосодержащих компонентов и серной кислоты. Из него делают штукатурку, шпатлевку, наливной пол. Он более экологичен, но требует дорогого сырья и большого расхода энергии. Ученые Пермского Политеха и Института технической химии УрО РАН разработали новый метод получения активного ангидрита. Технология почти не требует внешнего нагрева. Это снижает энергозатраты в 5-10 раз и полностью исключает образование отходов.

ПНИПУ

# стройматериалы

# углекислый газ

# цемент

# энергозатраты

Найден способ на 90% снизить энергозатраты на производство экологичного стройматериала — аналога цемента / © Robert Zunikoff, Unsplash

На изобретение получен патент. Исследование проведено в рамках реализации программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030».

Цементные предприятия используют огромное количество энергии и воды, являются источником пыли, токсичных оксидов серы и азота, загрязняющих воздух и почву. Например, один крупный завод производит пять миллионов тонн цемента в год и потребляет при этом до 12 миллионов кубических метров воды ежегодно. Этого объема достаточно для водоснабжения города с населением 100 тысяч человек.

Из-за вреда для экологии и необходимости снижать использование цементных смесей разработали аналог, который можно применять для внутренней отделки. Речь об ангидрите – это природный минерал на основе сульфата кальция, который не содержит воду. В строительстве его изготавливают из гипса и серной кислоты. Чаще всего он применяется как вяжущее в укрепляющей смеси для наливных полов, шпаклевки, штукатурки, заделывания трещин в бетоне. В сравнении с обычным цементом, который твердеет почти месяц, ангидрит застывает за 1-2 дня.

При производстве гипс смешивают с серной кислотой и нагревают до высоких температур. Кислота ускоряет испарение влаги, вся жидкость выходит и остается ангидрит – сухой порошок без молекул воды.

– Главная проблема традиционных методов производства ангидрита — их высокая экологическая и экономическая стоимость. Для получения материала гипс необходимо нагревать до 400–850°C. Это требует огромных энергозатрат (0,55–0,7 киловатт в час на килограмм) и приводит к выбросам углекислого газа. Поскольку гипс содержит примеси, его обработка серной кислотой оставляет токсичные отходы: фосфаты и тяжелые металлы. Они накапливаются в сточных водах и вызывают цветение, а кислотные пары загрязняют воздух и разъедают оборудование для производства ангидрита. Утилизация отходов проблематична — их нужно выпаривать или химически нейтрализовывать, что означает дополнительные энергетические и денежные затраты, – комментирует Виктор Вальцифер, заместитель директора по науке Института технической химии УрО РАН, профессор кафедры «Технологии полимерных материалов и порохов» Пермского Политеха, доктор технических наук.

Ученые Пермского Политеха предложили использовать для производства ангидрита известняк вместо гипса. В отличие от цемента, он не требует высоких температур выпаривания, что уменьшит экологический урон.

– В известных способах нужно накалить гипсосодержащий материал до высоких температур, чтобы он начал испарять воду. У нас эта реакция проходит всего при 110–160°C. Известняк измельчают до одного миллиметра, соединяют с серной кислотой и перемешивают в специальном вращающемся реакторе. В процессе тепло для испарения жидкости выделяет сама реакция между компонентами, поэтому технология не нуждается в нагреве и большом количестве электроэнергии. В итоге наша формула изобретения позволила получить активный ангидрит с содержанием сульфата кальция от 80,1 до 93,8%, что соответствует стандартам, – комментирует Владимир Пойлов, профессор кафедры «Химические технологии» Пермского Политеха, доктор технических наук.

Известняк — это натуральный и чистый материал, в котором почти нет лишних примесей. Он не оставляет осадка, поэтому его не нужно фильтровать. Все сырье полностью перерабатывается, обеспечивая безотходное производство. Процесс происходит в закрытой системе, где все компоненты вступают в реакцию. На выходе получается сухой готовый продукт, не уступающий по свойствам классическому ангидриту на основе гипса. Его можно сразу использовать и никакой дополнительной обработки не требуется.

Способ ученых ПНИПУ позволяет снизить температуру обжига гипса с 850°C до примерно 110°C и сократить энергозатраты на 70–90%. Новая технология успешно протестирована в лабораторных и опытно-промышленных условиях и готова к внедрению в производство. Разработка пригодится в строительной индустрии и химической промышленности.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Пермский национальный исследовательский политехнический университет (национальный исследовательский, прошлые названия: Пермский политехнический институт, Пермский государственный технический университет) — технический ВУЗ Российской Федерации. Основан в 1960 году как Пермский политехнический институт (ППИ), в результате объединения Пермского горного института (организованного в 1953 году) с Вечерним машиностроительным институтом. В 1992 году ППИ в числе первых политехнических вузов России получил статус технического университета.