В настоящее время в связи с интенсивным развитием производства серьезной проблемой, нарушающей гармоничное развитие биосферы, является образование различных техногенных отходов, складирование которых ведёт не только к загрязнению, но и к нерациональному использованию земельных угодий, создаёт реальные угрозы значительных загрязнений атмосферы, росту транспортных расходов и безвозвратной потере ценных материалов и веществ.
Переработка же отходов позволяет высвобождать дефицитные земельные угодья, отводимые под отвалы, и весьма существенно снизить загрязнение природной среды. Поэтому все более актуальной задачей экономического развития промышленно-развитых стран, в том числе и Казахстана, становится рациональное использование природных ресурсов, создание безотходных технологий и производств.
Значительная доля отходов приходится на сельскохозяйственное производство, к которым, в частности, относится и рисовая шелуха. Утилизация последней – важная задача для всех стран, занимающихся возделыванием и переработкой рисовой культуры: только в Казахстане на рисоперерабатывающих заводах ежегодно образуется около 50 тыс. тонн вышеуказанных отходов, направляемых, в основном, в отвалы, создавая значительные экологические трудности. Задача переработки рисовой шелухи практически не решена и в других рисосеящих странах (Китае, Индии, США, России) и на протяжении многих лет не теряет своей актуальности.
В условиях активного проведения политики внедрения ресурсосберегающих технологий и предотвращения загрязнения окружающей среды существенное значение приобретает утилизация рисовой шелухи в энергосберегающем режиме, то есть в ее естественном виде, в частности, получение композиционных материалов различного назначения. При этом решаются как задачи комплексного использования растительного сырья, так и экологические проблемы в регионах рисопереработки. Утилизация отходов рисопереработки в энергосберегающем режиме позволит сократить площади сельскохозяйственных земель, занимаемых этими отходами и снизить выбросы токсичных веществ в атмосферу, выделяемых при пиролизе рисовой шелухи вследствие деструкции ее компонентов.
Одним из перспективных направлений утилизации рисовой шелухи без ее термохимической переработки является создание новых теплоизоляционных материалов с использованием рисовой шелухи в качестве наполнителя.
Следует отметить, что в настоящее время одной из актуальных задач современной технологии строительных теплоизоляционных материалов является поиск альтернативных видов сырья для замены дорогостоящих и дефицитных ингредиентов, к которым относятся, например, полимерные наполнители.
Теплоизоляционные материалы широко применяются в отечественной и зарубежной практике при строительстве жилых и промышленных зданий, а также для теплозащиты технологического, энергетического и холодильного оборудования.
Теплоизоляционные материалы – разновидность строительных материалов, характеризующихся малой теплопроводностью. Разность температур в средах, разделенных ограждением, приводит к переходу тепла от нагретой к холодной среде. Цель теплоизоляции – ограничить количество передаваемого тепла.
Однако, для достижения значительного теплосопротивления необходимо делать либо ограждения большой толщины, что нецелесообразно как с экономической, так и технологической точек зрения, либо применять теплоизоляционные материалы, позволяющие существенно уменьшить толщину ограждения. Последнего можно достичь, применяя теплоизоляционные материалы с высокой пористостью, поскольку воздух, заполняющий поры таких материалов является плохим проводником тепла.
Теплоизоляционные материалы получают из различных видов минерального и полимерного сырья по различным технологиям. Наиболее старыми теплоизоляционными материалами являются камышит и соломит, а также минеральная вата. В настоящее время к теплоизоляционным материалам относятся древесноволокнистые плиты, цементный фибролит, ячеистый бетон, пеностекло, газонаполненные пластмассы, полимербетоны и др.
Однако, полимерные материалы, в том числе и наполнители, в Казахстане не производятся, а потребность в теплоизоляционных строительных материалах не иссякает. Наполненные вспененным полистиролом строительные блоки в настоящее время импортируются из Китая.
На основании изложенного, цельюданной работы является исследование возможности замены импортных полимерных наполнителей строительных теплоизоляционных материалов на отходы рисопереработки – рисовую шелуху (РШ).
Объектом исследования в настоящей работе является рисовая шелуха Кызылординской области – отход рисопереработки.
Истинная плотность шелухи равна 0,735 г/см3, а насыпная лишь 0,1 г/см3. Измельченная в различной степени шелуха имеет насыпную плотность от 0,19-0,21 до 0,38-0,4 г/см3. Насыпная плотность золы рисовой шелухи 0,1÷0,2 г/см3 [1].
Основу рисовой шелухи составляют различные полимерные органические соединения в количестве до 70% весовых. Самый высокий процент приходится на долю целлюлозы 40-45%, лигнина ~ 20-25% и гемицеллюлозы ~ 15% [2].
Спектральным анализом установлено присутствие в шелухе следующих элементов: Ca, Mg, Al, Cu, Mn, Fe, K, Na, Ti, Co и др. Преобладают оксиды Ca, Mg, Al, Fe.
Методы исследования — термический анализ, рентгенофазовый анализ, ИК-спектроскопический анализ
Теплоизоляционные материалы получали путем замеса цемента, песка и воды при различных соотношениях и последующем твердении образцов в естественных условиях, то есть в энергосберегающем режиме. Водоцементное отношение выбирали в пределах 0,3 – 0,6.
В качестве образца сравнения использовали теплоизоляционные материалы с добавкой полистирола по традиционной технологии [3]. В исследуемых образцах полистирол был заменен на рисовую шелуху. Для полученных образцов рассчитывали среднюю плотность, определяли пористость, а об удобоукладываемости или подвижности бетонной смеси судили по расплыву конуса, для чего определенный объем смеси помещали на специальную подставку и замеряли диаметр окружности в основании образовавшегося конуса.
В процессе приготовления теплоизоляционных материалов было также использовано в качестве добавки полимерное связующее марки ENVIRО-BOND SBRTM – каучуковая эмульсия, модифицированная стирол-бутадиеном, представляющая собой белую жидкость, применяемую для повышения качества замешиваемых на месте цементных растворов. Кроме того, была использована органическая добавка, полученная в результате пиролиза рисовой шелухи, содержащая, согласно данным газо-жидкостной хроматографии [4] карбоновые кислоты, фенолы и органические спирты. Поданным авторов [4] эта добавка обладает выраженным антимикробным действием на культуры Е, coli, Bag, subtilis, St. anreus Botritis cinerea и др. и может быть использована в качестве бактерицидного и обеззараживающего средства. Полученные результаты приведены в таблице 1.
Из анализа представленных результатов следует, что образцы, полученные на основе цемента М-400 с добавкой песка и полистирола по традиционной технологии при водоцементном отношении 0,30-0,38 имеют среднюю расчетную плотность 400-760 г/см3 и расплыв конуса в пределах 32-35 мм. Пористость этих образцов лежит в пределах 1,6 – 4,2 % (таблица 1). Добавка рисовой шелухи вместо полистирола при том же водоцементном отношении несколько снижает расплыв конуса, тогда как пористость и средняя расчетная плотность материала практически не меняются (таблица 1).
При замене песка на рисовую шелуху для получения удобоукладываемой смеси водо-цементное отношение пришлось увеличить в 2 раза, при этом средняя плотность образцов уменьшилась при некотором увеличении пористости. Следует отметить, что при низком водо-цементном отношении прочность образцов была невысокая и они легко разрушались Увеличение расхода цемента и рисовой шелухи при массовом отношении цемент:рисовая шелуха = 6:1 и водо-цементном отношении 0,4-0.6 не только в 2 раза увеличило среднюю плотность, но и привело к значительному увеличению пористости – от 4,2% до 10 – 25% (таблица 1).
Более высокая пористость способствует повышению теплопроводности поэтому для дальнейших исследований теплопроводности и прочности в качестве оптимальных составов были выбраны образцы с водо-цементным отношением 0,4-0,45 и отношении цемент:рисовая шелуха = 6:1.
Из анализа полученных результатов следует, что оптимальным составом теплоизоляционных материалов, обладающими высокими прочностными и теплоизоляционными свойствами и исключающими использование импортных органических добавок являются материалы, содержащие цемент марки М-400, воду и рисовую шелуху в соотношении Ц/РШ = 6:1 при водоцементном отношении 0,40 – 0,45. Кроме того, возможно добавление органической добавки, получаемой при пиролизе рисовой шелухи в количестве 10 масс.% от массы цемента.
Технология получения заключается в смешении цемента, воды и рисовой шелухи при заданном соотношении в течение 10 минут в смесителе. Возможна также добавка органического компонента – продукта пиролиза рисовой шелухи в количестве 10 масс.% от расхода цемента. Полученная смесь укладываетсявформы, затем на смесь кладут гиперплиту и подводят форму под пресс. Сформованная панель сушится в естественных условиях в течение 2-3 суток (в зависимости от количества добавленной воды). Затем производят распалубку форм, снятие панелей, проверка их качества и отправка на склад. Формы очищают, смазывают и собирают для формования следующей партии панелей.
Данная технология является энергосберегающей, так как процесс сушки и формования панелей проводят без подвода внешнего тепла. Кроме того, в технологии предусматривается использование отходов рисового производства, что будет способствовать улучшению экологической обстановки в Кызылординской области. При получении строительных панелей с добавлением к бетонной смеси органической добавки, полученной в результате пиролиза рисовой шелухи, разработанные материалы также приобретают бактерицидные свойства, что будут препятствовать развитию различных грибковых поражений строительных конструкций.
Список литературы
- Ефремова С.В., Сухарников Ю.И., Бунчук Л.В. Жарменов А.А. Переработка рисовой шелухи с получением новых материалов полифункционального назначения // Комплексная переработка минерального сырья Казахстана. Состояние проблемы, решения. – Алматы, 2008. – Т. 10. – Глава 6. – С. 243-277.
- Рис и его качество. – М.: «Колос», 1989. — с.277.
- Горяинов К.Э., Коровникова В.В. Технология производства полимерных и теплоизоляционных изделий. — М.: Высшая школа, 1975. – 176 с.
- Никонов Г.К., Бурковская Л.Ф., Артамонова Н.А. , Челохсаева Г.Л. Химический состав и биологическая активность продуктов пиролиза рисовой шелухи//Гидролизная и лесохимическая пром-сть. – 1990. — №7. – С.18-21.
Тасмагамбетова Асель Иманагалиевна — Учредитель ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Товасаров Адылхан Дадебаевич — к.х.н., генеральный директор, ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Марконренков Юрий Александрович – д.т.н., профессор, заведующий лабораторией кремнеуглеродистых композитов РГП Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. Адрес: г. Алматы, ул.Жандосова, 67, тел. 8 (727) 259 00 70 внутр. 161, факс 8 (727) 259 00 75.
Кенчинов Д.С. — РГП Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. Адрес: г. Алматы, ул.Жандосова, 67, тел. 8 (727) 259 00 70 внутр. 161, факс 8 (727) 259 00 75.
Кабланбеков Асхат — РГП Национального центра по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан. Адрес: г. Алматы, ул.Жандосова, 67, тел. 8 (727) 259 00 70 внутр. 161, факс 8 (727) 259 00 75.
Конырбаев Рустем Толеутаевич — начальник лаборатории экологического мониторинга ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]
Акберлиев Аслан Бузаубакович — научный сотрудник лаборатории экологического мониторинга ТОО «Центрально-Азиатский институт экологических исследований». Адрес: проспект Достык 250, Медеуский район, город Алматы, тел.+7 727 332 21 90, [email protected]