Карбонат натрия — один из важных сырьевых материалов, который широко применяют в химической, пищевой, металлургической, текстильной промышленностях и многих других областях.
При производстве кальцинированной соды (карбоната натрия) образуется большое количество отходов. Распространенный способ их размещения в окружающей среде — шламохранилище рядом с содовым заводом. При таком подходе на долгосрочной основе занимаются большие площади, происходит загрязнение атмосферного воздуха, подземных вод и почвы, эта территория не может обеспечить устойчивое ресурсное и экономическое развитие. Ученые ПНИПУ предложили новый способ использования отходов содового производства для дорожного строительства. Разработка позволит укрепить грунтовые элементы автомобильных дорог, снизить стоимость транспортного строительства, а также сократить накопленные объемы шлама.
Статья опубликована в сборнике материалов конференции «Химия. Экология. Урбанистика» 2024 год. Исследование проводится в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Отходы содового производства занимают значительные территории и формируют долгосрочное загрязнение окружающей среды. На одну тонну готовой продукции приходится до 10 кубометров дистиллерной суспензии, которая состоит из твердой и жидкой части. Нерастворимая часть (шлам карбоната кальция) в сухом виде представляет собой мелкодисперсную массу (частицы размером от 0,1 до 0,2 мм).
Существующие технологии утилизации отходов содового производства не стали популярными из-за сложности процесса и недостаточного спроса на продукцию, которую получают из них.
Ученые Пермского Политеха предложили новое направление использования ресурсного потенциала твердого остатка дистиллерной жидкости (шлам карбоната кальция) в качестве стабилизатора для повышения несущей способности грунтовых слоев автомобильных дорог. В частности, для укрепления слабых грунтов, которые используют для отсыпки земляного полотна.
— Мы провели предварительные эксперименты и выяснили, что таким способом возможно упрочнение грунта на 6-18% в зависимости от его кислотности и гранулометрического состава: пылеватый, песочный, крупнообломочный и др. Это повышает устойчивость грунта к внешним нагрузкам, которые создают транспортные средства и вес вышележащих конструктивных слоев дорожной одежды, — рассказывает доктор технических наук, профессор кафедры «Автомобили и технологические машины» ПНИПУ Константин Пугин.
Для такой утилизации содовых отходов ограничивающим фактором может стать наличие хлорид-ионов. При устройстве земляного полотна и последующей эксплуатации грунта возможна миграция хлорид-ионов в водные объекты и почву, которые расположены вдоль автомобильной дороги, особенно в период весеннего и осеннего переувлажнения грунта.
Политехники предлагают решить проблему с помощью летучей золы (образуется от сжигания твердого топлива и улавливается на фильтрах тепловых электростанций). Она способна активно поглощать свободные хлорид-ионы и эффективно предотвращать их миграцию из шлама. Для разработки оптимального соотношения грунта, шлама, летучей золы и получения максимальной несущей способности грунтовых слоев планируется проведение полного факторного эксперимента.
— Анализ химического состава показал, что твердая часть шлама состоит из смеси карбонатов магния и кальция, их сульфатов. Это указывает на высокий ресурс и потенциальную способность использоваться в технологиях получения строительных материалов. Замена природных материалов в дорожных конструкциях на отходы содового производства соответствует современным принципам ресурсосбережения и устойчивого развития. Отказ от укрепления грунтов цементами, которые широко используются в настоящее время, и переход на карбонатный шлам также сократит выбросы углерода, образующихся при выпуске цемента, — дополнил Константин Пугин.
Отходы содового производства являются крупнотоннажными отходами и требуют поиска устойчивых методов утилизации, которые позволят использовать шлам без формирования техногенного воздействия на объекты окружающей среды. Способ ученых Пермского Политеха не только снизит стоимость транспортного строительства, а также сократит накопленные объемы содовых отходов, освободит территории для ведения нового востребованного производства.
