PROSPECTS OF MODERN TECHNOLOGIES APPLICATION IN THE CONSTRUCTION WASTE PROCESSING

Cover Page

Abstract


The article presents the innovation of technology of recycling concrete, reinforced concrete and non-ferrous metal scrap, which are by-products of the construction industry.One of the areas of construction waste recycling may be the recycling of electrical cables for the purpose of extracting lead, copper and aluminum. Non-ferrous metals containing electric cables, wires, contacts, etc., are a small volume, but they weigh quite a significant portion of construction waste and can serve as an effective raw material for the production of secondary metals.In the article the authors developed an integrated hydrometallurgical scheme of processing cable scrap, differing from the standard pyrometallurgical methods of high degree of extraction of precious metals in marketable products; possibly containing a purity of 99.99% lead; minimum quality required of copper or aluminum contained in the cable scrap.Another promising direction of recycling of construction waste is proposed the technology of using them as consumable material in the construction of buildings, facilities or structures using 3D printing.Development and implementation of the proposed technologies for processing of construction waste will help solve several important tasks:- reduction of economic costs for disposal of construction waste;- development of new materials with specific characteristics;- reducing the time of processing construction waste;- reducing the harmful effects of construction waste on the environment.


Известно [1-4], что одной из издержек развития цивилизации является образование и накопление технологических отходов, требующих либо утилизации, либо переработки с целью извлечения ценных компонентов. Особое место в списке технологических отходов занимают строительные отходы. Источники их образования различны. К наиболее представительным относятся: - продукты жизнедеятельности мирного времени - ремонт, реконструкция, возведение или снос зданий и сооружений; - последствия природных катаклизмов - землетрясений, наводнений и др.; - военные действия; - отходы, формирующиеся при изготовлении строительных материалов. Согласно Федеральному классификационному каталогу отходов, выделен 21 вид строительных отходов. Прежде всего, это - бой кирпича и керамический плитки, отходы бетона, железобетона, керамзитобетона, древесины, лом черных и цветных металлов, металлическая тара и др. (табл. 1). Таблица 1 Основные источники образования строительных отходов Материал Источник Древесина Изделия из древесины, ДСП, фанеры, ламинат и др. Отделочный Гипс, штукатурка, стеновые панели Металлы Трубы, провода, арматура, листы металлические Пластмасса Двери, окна, трубы, половое покрытие Кровельный Гидроизоляция, шифер Стеновой Бетон, шлакобетон, керамзитобетон, гипс, камни, кирпич Стекло Окна, зеркала, светильники, витри Объемы строительных отходов распределяются по-разному (рис. 1), например, доля железобетона в различных зданиях и сооружениях может колебаться от 5 до 93% [3]. Рис. 1. Доли объемов различных строительных отходов: 1 - каменная кладка; 2 - бетон и железобетон; 3 - древесина; 4 - черные и цветные металлы; 5 - прочие отходы Как правило, основная масса строительных отходов подлежит захоронению на специальных полигонах, лишь незначительная их часть направляется на переработку. Захоронение отходов связано с высокими капитальными затратами (от 300 руб./ м 3 отходов в зависимости от региона) и экологической опасностью. Многие строительные отходы содержат вредные вещества (канцерогены), оказывая негативное воздействие на окружающую среду и здоровье человека (табл. 2). При этом строительные отходы (особенно отходы цветных металлов) представляют достаточно дорогой экономический продукт, характеризующийся высокой стоимостью (табл. 3). Таблица 2 Вредные для окружающей среды компоненты строительных отходов [1] Вещество Источник Негативное влияние Полиуретан Связующий компонент Является канцерогеном Парафин Половое покрытие, кабели, краски Является канцерогеном Свинец Электрические кабели, стальные листы, водопроводные трубы Вызывает психические расстройства Ртуть Осветительные приборы, выключатели, термостаты и др. Вызывает аллергию, нарушение функций нервной и репродуктивной системы Кадмий Стабилизатор в пластмассах и пигментах Оказывает негативное влияние на печень, почки, кровеносную систему Сера Вяжущие вещества, добавки к бетонам и мастикам Вызывает заболевания органов дыхательной и нервной систем, слизистых оболочек В связи с этим проблема разработки эффективной технологии сбора, переработки и вторичного использования строительных отходов весьма актуальна. Разработка и внедрение такой технологии позволяет решать ряд важных задач. 1. Совершенствование действующих методов и создание новых технологий сбора и переработки строительных отходов. 2. Создание новых материалов со специфическими характеристиками. 3. Снижение потерь металлов и сплавов. 4. Снижение вредного воздействия строительных отходов на окружающую среду. Однако выбор технологии переработки бетонного, железобетонного лома и лома цветных металлов зависит от ряда факторов: наличия свободных площадей размещения оборудования и складирования материалов, возможностей свободного проезда к месту переработки отходов, ограничения на габаритные размеры оборудования, заселенности территории и др. В настоящее время наиболее широко используется схема переработки строительных отходов, включающая первичную (на территории объекта) и вторичную переработку отходов. Она включают в себя [3]: 1) установку технологического оборудования на месте разборки (сноса) зданий и сооружений с получением заполнителя и последующей его транспортировкой на железобетонный завод или объект; 2) первичную классификацию, разделку и складирование черного и цветного лома на территории объекта; 3) транспортировку полученных полупродуктов первичной переработки сырья на профильные предприятия с получением готового изделия (электрический кабель, металлургический сплав, щебень, строительные композиции и растворы). Рис. 2. Технологическая схема переработки строительных отходов Рис. 3. Гидрометаллургическая схема переработки кабельного лома При этом технологическая схема переработки предусматривает процессы предварительной подготовки, удаления примесей, дробления, фракционирования, и др. на месте (рис. 2). На рисунке 3 представлена разработанная авторами инновационная комплексная гидрометаллургическая схема переработки кабельного лома. Согласно предложенной схеме, сначала кабельный лом подвергают сортировке и механической обработке. Полученный в результате обработки лом отправляют либо на гидрометаллургическую переработку, либо на переплав в случае отсутствия примесей, в частности примеси свинца. Направленный на гидрометаллургическую переработку лом загружают в перфорированные титановые корзины, которые затем опускают в ванну с раствором уксусной кислоты и перекиси водорода с температурой порядка 60 °С. Находясь в ванне, лом вступает в химическое взаимодействие с данным раствором. В результате свинец, покрывающий поверхность кабельного лома, полностью переходит в раствор. Рис. 4. Схема вторичного использования строительных отходов с применением 3D-печати По завершении процесса гидрометаллургической обработки освобожденный от свинца медный лом извлекают из корзины, промывают, сушат. Прошедший сушку лом направляют в качестве шихты на переплав с получением чушковой меди. Его также используют в качестве растворимых анодов при электрохимическом способе получения катодной меди. Раствор с накопившимся свинцом обрабатывают электролизом в ванне с нерастворимым анодом. Свинец из раствора осаждают на катоде в виде металлического катодного осадка. Полученные в результате переработки кабельного лома материалы (катодные медь и свинец, а также чушковая медь) представляют собой готовые товарные продукты. Другим перспективным направлением переработки строительных отходов служит использование их в качестве расходного материала при строительстве зданий, сооружений или конструкций с применением 3D-печати. Этот метод завоевывает все большую популярность в строительстве и в недалеком будущем технология трехмерной печати станет неотъемлемой частью строительного дела. Обычно при использовании 3D-печати в строительстве в качестве расходного материала применяются специальные виды бетона. Применение бетонного лома позволит существенно сократить расходы и время на создание материала для нового строительства. Авторами предлагается следующий принцип объединения технологий 3D-печати и переработки и вторичного использования строительных отходов (рис. 4). Выводы. Предложены новые технологии переработки строительных отходов, которые позволят извлечь экономическую выгоду из рационального использования строительных отходов и повысить экологическую безопасность технологических схем переработки вторичного сырья.

A N Zadiranov

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Author for correspondence.
Email: engjournalrudn@rudn.university
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

M Y Malkova

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: engjournalrudn@rudn.university
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

T N Nurmagomedov

Federal State Educational Institute of Higher Professional Education Civil Defence Academy (CDA) EMERCOM of Russia

Email: engjournalrudn@rudn.university
Sokolovskaya str., 1, district Novogorsk, Khimki, Moscow region, Russia, 141435

P Dkhar

Peoples’ Friendship University of Russia (RUDN University)

Email: engjournalrudn@rudn.university
Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198

  • GOST 24641—81. Obolochki kabel’nye svintsovye i alyuminievye (data aktualizatsii 1.12.2013 g.).
  • Lyubarskaya M.A. Organizatsiya obrashcheniya so stroitel’nymi otkhodami v gorodakh: ucheb. posobie. SPb.: SPbGIEU, 2011. 168 s.
  • Oleinik S.P. Edinaya sistema pererabotki stroitel’nykh materialov. M.: SvR-ARGUS, 2006. 336 s.
  • Bol’shoi entsiklopedicheskii slovar’. URL: http://enc-dic.com/
  • Materialy saita Londonskoi birzhi metallov LME. URL: http://www.lme.com/
  • Morachevskii A.G. Fiziko-khimiya retsiklinga svintsa. SPb.: Izd-vo Politekhn. un-ta, 2009. 270 s. (Khimiya v politekhnicheskom universitete)
  • Bredikhin V.N., Manyak N.A., Kaftanenko A.Ya. Svinets vtorichnyi: monografiya. Donetsk: DonTPU, 2005. 248 s.

Views

Abstract - 526

PDF (Russian) - 75

PlumX


Copyright (c) 2017 Zadiranov A.N., Malkova M.Y., Nurmagomedov T.N., Dkhar P.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.