Горячая линия Минздрава для вернувшихся из-за границы: 8 (351) 240-15-16. 
Оперативная информация по коронавирусу в мире, стране и регионе.

Бетон из... ракетного сопла

22 Мая 2008

Как говорят строители, цемент — хлеб стройки, основное сырье, в том или ином виде используемое при возведении любых зданий и сооружений. К сожалению, в последние годы в России с цементом настоящая беда. Дефицит измеряется миллионами тонн, он вызван ростом строительства жилья и рискует еще увеличиться, благо перед страной стоит задача, поставленная нацпроектом — увеличить ввод квадратных метров предстоит в ближайшие годы в разы. К тому же существующие в стране мощности по производству цемента в большинстве своем устарели технологически, да и экология на этих заводах, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Поэтому новая технология производства цемента-клинкера, разработанная учеными Южно-Уральского государственного университета, может быть востребована в промышленном масштабе уже в ближайшее время.

Как говорят строители, цемент — хлеб стройки, основное сырье, в том или ином виде используемое при возведении любых зданий и сооружений. К сожалению, в последние годы в России с цементом настоящая беда. Дефицит измеряется миллионами тонн, он вызван ростом строительства жилья и рискует еще увеличиться, благо перед страной стоит задача, поставленная нацпроектом — увеличить ввод квадратных метров предстоит в ближайшие годы в разы. К тому же существующие в стране мощности по производству цемента в большинстве своем устарели технологически, да и экология на этих заводах, мягко говоря, оставляет желать лучшего. Поэтому новая технология производства цемента-клинкера, разработанная учеными Южно-Уральского государственного университета, может быть востребована в промышленном масштабе уже в ближайшее время.

Как выглядит стандартный цементный завод, наверное, известно каждому. Главный агрегат — гигантская, порой чуть ли не в километр длиной, и поставленная под строго определенным углом вращающаяся обжиговая печь, в которой крутятся компоненты будущего цемента. К трубе должны быть приспособлены две дробилки — одна на входе, чтобы измельчать на предварительной мельнице компоненты. Другая — на выходе, поскольку в подобной конструкции будущий клинкер, основа цемента, спекается в довольно крупные окатыши. Причем «тысячный», особо прочный клинкер для бетона получить весьма сложно. Попробуй выдержи все температурные градиенты при такой динамической окатке — обжиге?!

Кроме того, результатом подобного технологического процесса кроме собственно цемента является еще и мелкодисперсный порошок-клинкер, которым «опыляются» окрестности цементного завода. О какой экологии может идти речь. В Челябинской области на базе этой допотопной технологии работают три престарелых цементных завода — Катав-Ивановский, Первомайский и Магнитогорский.

А ещё мы делаем ракеты…

Однажды два ученых-приятеля поспорили: можно ли приспособить ракетный двигатель к производству цемента?! Итогом спора стало рождение новой технологии, экологически чистой, экономически эффективной и, как водится во всем цивилизованном научном мире, с применением в сугубо мирном деле высоких ракетных технологий.

Для меня было большим потрясением узнать, до чего додумались кандидаты технических наук ЮУрГУ Александр Королев (архитектурно-строительный факультет) и Евгений Сафонов (аэрокосмический). Они сумели приспособить ракетный двигатель для производства этого самого клинкера, основы цемента и бетона. Причем очень компактно, без всяких вредных выхлопов и высочайшего качества. Запросто можно на двигателе ракеты, который, естественно, работает не на ракетном топливе, а на экологически безвредном природном газе, получать заветную «тысчовку». То есть клинкер, который своей прочности будущего цемента идет на строительство особо важных и ответственных объектов, навроде атомного реактора АЭС.

Многие технические нюансы проекта ученые стараются особо не раскрывать. Их можно понять — разработка такой свежести, что и патент на открытие пока еще идет его авторам в Челябинск. Невозможно было по этой причине даже и сфотографировать хотя бы фрагмент установки. Главное — она компактна и весьма производительна. При этом из процесса исключается самый энергозатратный процесс — дробление до необходимых фракций.

С точки зрения термодинамики и кристаллохимии процесса все довольно понятно. Реактивный двигатель за какие-то крохотные доли мгновения выдает микрокристаллики сырья в метастабильном их состоянии, то есть с высокой химической активностью. Чего, конечно же, в принципе невозможно получить во вращающейся цементной обжиговой печке-трубе. К тому же на уровне тех громадных температур, которые развиваются в рабочей камере, речь идет о наночастицах, что обеспечивают высокую прочность, связываемость бетона. Плюс к этому еще и шоковое охлаждение готового порошка. Во всяком случае на базе такого бетона можно смело строить небоскреб любой этажности. Прочность гарантируется.

Еще два достоинства разработки — энергоэффективность и экологичность установки. Из трубы ракетного двигателя, работающего на цемент, при всем том не вылетает ничего вредного. А тепло, необходимое для сушки, можно и нужно утилизировать. Но попробуйте отвести тепло от гигантской вращающейся трубы — печи стандартного цементного завода, на 98 процентов обогревающей окружающую атмосферу. А в ракетно-цементном двигателе все компактно, попутное тепло уловить — относительно несложная инженерная проблема. По расчетам ученых, тепловой энергии установки хватит для работы мини-теплоэлектростанции, которая в свою очередь может частично обеспечивать энергией само производство.

Кроме того, известно, что в основу клинкера идут алюмосиликаты. В том числе и те, которыми изобилуют промышленные отвалы предприятий Челябинской области: ЧМК, ЧЭМК, Карабашмедь и так далее. Конечно, для каждого подобного отвала, уродующих нашу промышленную область, требуются некоторые исследования, подбор специального огневого режима и так далее. Но все эти работы вполне укладываются в пару-другую месяцев. В самом деле, давно пора превратить громаднейшие промышленные отвалы предприятий металлургии в настоящее «золотое дно». Тем более что для установки ученых ЮУрГУ производства клинкера вполне подходят и шахтные терриконы, отвал Коркинского угольного разреза и прочие «радости» мусорно-отвальной жизни.

Наконец, еще одна немаловажная особенность — установка может быть использована в мобильном варианте. Любопытно еще и то, что на несколько порядков повышается в результате сложных физико-химических процессов прочность конечного изделия — бетона, столь нужного для высокоэтажного строительства.

Сейчас или никогда?

Потенциал, прежде всего экономический, у разработки ученых ЮУрГУ гигантский. В мире до этой идеи, до степени уровня ее реализации пока не додумался никто, кроме наших земляков. Научная и практическая часть проекта «ракетного цемента» вполне отработана и апробирована. По словам Александра Королева и Евгения Сафонова, реальный срок окупаемости установки определяется в пределах от двух с половиной месяцев, в зависимости от конкретного месторождения сырья для производства клинкера. Причем все параметры работы действующей установки приводятся в соответствие с конкретными характеристиками минералов рудной базы и с необходимой для заказчика объекта производительностью.

В итоге проект убивает сразу несколько зайцев:

- во многом решается проблема экологии цементных производств;

- весьма вероятно (точнее покажет практика использования), установка окажется в силу энергоэффективности значительно более экономичной, нежели существующие производства. Это особенно актуально в свете все увеличивающихся тарифов на газ и электроэнергию;

- технология может быть использована не только при создании крупных производств, но и небольших, локальных предприятий, что делает технологию востребованной не только крупным, но и средним бизнесом;

- использование конверсионных технологий может дать столь необходимую загрузку как предприятиям военно-промышленного комплекса, так и научно-производственной базе самого ЮУрГУ, вполне способной собирать на своей базе значительную часть установки, а значит, зарабатывать реальные деньги для вуза.

Существующий сегодня на рынке значительный дефицит стройматериалов, и прежде всего цемента, привел к озвучиванию планов по увеличению его производства, в том числе и на Урале. Так, только в Челябинской области по разным сведениям планируется построить несколько цементных производств. Наши соседи-свердловчане заявляли о грядущем возведении аж шести крупных цементных заводов.

Шанс технологии ЮУрГУ быть внедренной в реальную промышленность есть. Но для этого предстоит поторопиться. Как задокументировать результаты своих наработок, так и попытаться войти со своей технологией в готовящиеся к постройке цементные заводы. Если ученые не успеют внедрить на реальном производстве свою технологию (а срок возведения стандартного цементного завода производительностью в миллион тонн в год три-четыре года), она так и останется невостребованной. А значит годы труда и результаты разработок останутся на полке. Право будет очень обидно.

Публикации на тему
Новости   
Спецпроекты