Ученые Южно-Казахстанского университета им. М. Ауэзова разработали технологию производства инновационного строительного материала
Проект команды ученых НАО «Южно-Казахстанский университет им. М. Ауэзова» направлен на создание в нашей стране промышленного производства нового поколения. Ученые разработали новый вид цемента, который отличается низкой водопотребностью, высокой марочной прочностью, технологичностью и ускоренным темпом твердения. Производство инновационного строительного материала безотходное, экологически полноценное и позволяет утилизировать большой объем техногенного сырья, тем самым позволяя вносить вклад в развитие зеленых технологий в нашей стране. Рассказать о проекте мы попросили научного руководителя Бакытжана Сарсенбаева.
– В чем уникальность вашего проекта?
– В настоящее время в Казахстане накоплено около 15 млн. тонн золы тепловых электростанций в регионах Северного и Восточного Казахстана,10 млн. тонн электрофосфорных шлаков в городе Тараз и 85 млн. тонн металлургических шлаков в городе Темиртау.
Новый вид цемента позволяет утилизировать большой объем техногенного сырья. Его производство безотходное, экологически полноценное, отличается низкой водопотребностью, высокой прочностью и ускоренным темпом твердения в нормальных условиях.
Производство портландцемента в Казахстане, как, впрочем, и в большинстве индустриальных государств, сопряжено с решением трех взаимосвязанных проблем: экологической, сырьевой и проблемы энергосбережения.
Дело в том, что производство, во-первых, энергозатратно. Во-первых, расход условного топлива на обжиг клинкера – около 220 кг/тн, электроэнергии на различные переделы и помол – 115 кВт·час/тн для производства 1 тн чистого цемента ПЦ 500 ДО. Во-вторых, оно экологически ущербно – огромные объемы карьерных выработок известняка и глины, на 1 тн цемента требуется от 1,5 до 2,4 тн нерудного сырья. И, в-третьих, сопровождается большими выбросами СО2 – более 900 кг и пыли 300-900 кг на 1 т цемента.
Нами предлагается наиболее целесообразный способ решения данной проблемы, а именно разработана инновационная технология производства малоклинкерных тонкомолотых цементов (МКТМЦ), которые могут содержать до 70% этих отходов и не уступать по свойствам общестроительным цементам марок 400, 500 и 600 (ГОСТ 10178).
К основным достоинствам разработанной технологии малоклинкерных тонкомолотых цементов относятся:
– безотходность;
– сбережение запасов ценного природного сырья;
– возможность использования разнообразных отходов промышленности, как активных компонентов вяжущего. При этом в атмосферу не выбрасываются ни углекислый газ, ни пыль, как это происходит при производстве портландцемента;
– экономия энергозатрат – на производство 1 тн МКТМЦ требуется: расход условного топлива для сушки инертных материалов – 9 кг/тн, электроэнергии для помола – 51 кВт.
Таким образом, следуя девизу «Сохраним планету детям», идя навстречу велению времени,
мы постарались внести элементы зеленых технологий и в строительную индустрию, определив для себя самой главной задачей проекта, наряду с экономической, его экологическую значимость для общества.
– В чем состоит экологичность производства?
– Экологический эффект основан на двух составляющих. Во-первых, это экологическая чистота самого производства: отсутствие вредных выбросов и других загрязняющих факторов в период эксплуатации. Во-вторых, это очищение атмосферы путем полной утилизации техногенных отходов экологически вредных производств (зола ТЭЦ и шлаки), являющихся основными загрязнителями воздуха прилегающих регионов и наносящих огромный вред здоровью проживающих там людей.
– Рассматривали ли вы экономическую значимость проекта?
– Да, она заключается в выводе на рынок конкурентно превосходящего, остро востребованного продукта – малоклинкерного тонкомолотого цемента: более качественного и более дешевого, по сравнению с существующими аналогами.
– Опишите, пожалуйста, вкратце технологию.
– В предлагаемой технологии производства малоклинкерных тонкомолотых цементов (МКТМЦ), полностью отсутствует обжиг материалов (рис. 1). Технологический процесс производства МКТМЦ принят по непрерывной схеме на всем этапе от дозирования материалов до выгрузки из мельниц. Из бункера питателем шлак равномерно подается в сушильный барабан. Сушка инертных материалов (зола ТЭЦ, шлак) производится до заданных параметров – от 10 до 2% влажности потоком горячего воздуха, создаваемого теплогенератором. Из сушильного барабана инертные материалы элеватором подаются в бункеры инертных материалов (зола, шлак). Мешки с модификатором подаются в растирающее устройство и далее в бункеры запаса. Сухие инертные материалы, цемент из бункера, модификатор через дозаторы поступают в мельницы. Готовый продукт из бункера готового продукта пневмонасосом по цементопроводу направляется на склад малоклинкерных тонкомолотых цементов.
– Каковы основные результаты проекта?
– Разработан технологический проект, нормативные документы, патенты. Технология и новые виды МКТМЦ защищены патентами на полезную модель РК № 5645 от 08.12.2020 «Вяжущее» и № 6338 от 20.08.2021 г. «Композиционный тонкомолотый цемент и способ его получения».
Разработаны стандарты организации для ТОО «SAS-TOBE TECHNOLOGIES» – СТ ТОО 40066405-01-2009 «Цемент сульфатостойкий малоклинкерный с добавкой щелочи», регистрационный номер 00196 от 06.10.09 г., и для ТОО «Казфосфат» СТ ТОО 390838120427-001-2009 «Цементы Каратау на основе шлака электротермофосфорного гранулированного», регистрационный номер 01010136 от 14.10.09 г., технологический регламент.
Выпущена опытно-промышленная партия, получены тестовые образцы, протоколы испытаний и сертификат соответствия цементов и изделий на их основе, совместно с ТОО «Казфосфат», г. Тараз, ТОО «Транспорт и Сервис», г. Кокшетау, ТОО «Пенобетон Монолит Строй», г. Петропавловск и др.
– Как вы планируете коммерциализировать вашу разработку в производство и выходить на рынок строительных материалов?
– Базовой стратегией позиционирования продукта в целевом сегменте при разработке маркетинговых мероприятий будет: увеличение объемов производства для охвата центральных регионов, включая столицу, где сейчас, по нашим предварительным маркетинговым исследованиям, имеется огромный спрос на качественный цемент; позиционирование, основанное на выгодах от приобретения товара.
Согласно базовому плану продаж, в течение первых 12 месяцев операционного периода проекта продажа будет осуществляться в основном по факту поставки. Это связано с необходимостью первоначального входа в рынок, формирования собственного бренда и создания первоначального круга постоянных покупателей нашей продукции.
Далее, по мере информационного наполнения рынка и притока значительного количества покупателей, планируется вводить систему предоплаты:
во-первых, для хеджирования от последующих отказов и формирования более устойчивого реестра заявок в производственное подразделение; во-вторых, для возможности оптимизации функционирования оборотного капитала в случае необходимости выхода на более высокие объемы против первоначального производственного плана.
План продаж ориентирован на сезонность строительной отрасли, то есть снижение спроса на строительные материалы в зимний период.
Для реализации проекта предполагаются стандартные мероприятия, установленные соответствующими нормативами, согласно которым разработан календарный план реализации проекта и произведен предварительный подсчет затрат.
– Сотрудничаете ли вы с индустриальными партнерами?
– Да, обязательно. Сотрудничество с партнерами из индустрии является одним из приоритетов для вузов. Нашей разработкой уже заинтересовались ряд предприятий: ТОО «НурБак» г. Караганда, ул. Западная промзона, 167 учетный квартал, уч. 3; ТОО «Казфосфат», г. Тараз, ул. Абая, 126; ТОО «НПП Базис-Б», г. Кокшетау, ул. Ауельбекова, 84а, каб. 503; ТОО «AShstroy» г. Петропавловск, ул. Жамбыла, 237; ТОО «С. Рахымов-Жетібай» г. Шымкент, ул. Жаңақұрылыс-1, д. 6.
Вышеуказанные организации готовы предоставить земельный участок, сырьевые материалы и оказать помощь при строительстве цеха по производству малоклинкерных тонкомолотых цементов из техногенных отходов промышленности.
– Какую пользу принесет нашей стране эта разработка?
– Внедрение малоклинкерных тонкомолотых цементов в производство приобретет социальную значимость для Республики Казахстан, а именно позволит минимизировать вред, наносимый окружающей среде отходами производств, снизить выбросы в атмосферу СО2, создать рабочие места и в целом повысить качество жизни населения.
– Мы знаем, что ваш проект был отмечен Фондом науки.
– Да, о результатах проекта мы доложили на конференции «Ónertabyspitch» АО «Фонд науки» МОН РК «Организация производства малоклинкерных тонкомолотых цементов (МКТЦ)на основе отходов промышленности (шлаков и золы ТЭЦ)» и были награждены дипломом II степени в номинации «Лучший научный проект по результатам Ónertabyspitch» от 12.04.2022 г., г. Нур-Султан.
Редакция журнала «Современное образование» благодарит Вас и желает Вам и Вашим коллегам продолжать научные изыскания и вносить вклад в развитие зеленых технологий в нашей стране.
Беседу провела Диляра ВУДВОРД
Информационная справка о проекте
Проект «Малоклинкерные тонкомолотые цементы на основе крупнотоннажных промышленных отходов Республики Казахстан», 36 мес., 2013–2015 гг. Проект финансирован - 24 млн. тенге.
Научный руководитель: директор НИИ строительных материалов, строительства и архитектуры, д. т. н., доцент Сарсенбаев Бакытжан Кудайбергенович.
Краткое описание, цели и задачи
Концептуальная идея проекта: разработка научных и технологических основ производства нового высокотехнологичного вида многокомпонентных гидравлических вяжущих для бетонов – малоклинкерные тонкомолотые цементы.
Цель проекта: разработка технологических основ производства малоклинкерныхтонкомолотых цементов (МКТМЦ) на основе доменного и электротермофосфорного шлаков, а также отходов дробления известняка (отсевов) карьеров Республики Казахстан.
Исследовательские задачи:
– анализ минерально-сырьевой базы Республики Казахстан, крупнотоннажных техногенных отходов с целью оценки их технической пригодности и экономической целесообразности использования в качестве второго компонента МКТМЦ;
– оптимизация составов и тонкости помола МКТМЦ с целью снижения их клинкероемкости от МКТМЦ-70 до МКТМЦ-20 и обеспечения марочных значений прочности на рынке цемента Казахстана (300, 400) при минимальной себестоимости;
– исследование процессов структурообразования при гидратации МКТМЦ, выявление новых реакций и продуктов взаимодействия механо-активированных компонентов вяжущего;
– разработка нормативно-технической документации на новый ряд МКТМЦ на основе клинкера и техногенных отходов Республики Казахстан (СТО, ТР и др.);
– разработка составов конструкционных бетонов на основе МКТМЦ, определение комплекса их технологических и эксплуатационно-технических свойств;
– опытно-промышленный выпуск МКТМЦ и испытания их свойств.
Стадия реализации
В проекте предусмотрено расширение сырьевой базы отходов производства МКТМЦ, в частности доменного и электротермофосфорного шлаков, отходов дробления известняков карьера. Получены новые закономерности и механизмы структурообразования МКТМЦ и бетонов на их основе, приготовленных на ранее неисследованных в составе МКТМЦпромышленных отходов. Разработаны нормативно-технические документации на новый ряд МКТМЦ на основе клинкера и техногенных отходов Республики Казахстан (СТО, ТР и др.). Разработаны составы конструкционных бетонов на основе МКТМЦ, определены комплексы их технологических и эксплуатационно-технических свойств. Выпущена опытно-промышленная партия МКТМЦ и испытаны их свойства.
Информация о команде авторов
Сарсенбаев Бакытжан Кудайбергенович – научный руководитель проекта, доктор технических наук, профессор, академик НАГН, заведующий НИЛ «Строительные материалы, строительство и архитектура», награжден дипломом II степени в номинации «Лучший научный проект по результатам Ónertabyspitch» от 12.04.2022 г., г. Нур-Султан.
Сарсенбаев Нурали Бакытжанович – доктор PhD, старший научный сотрудник НИЛ «Строительные материалы, строительство и архитектура», автор более 100 научных публикаций по строительным материалам, 5 статей в зарубежных журналах, индексируемых базами данных SCOPUS, 3 патента РК.
Сауганова Гаухар Рамзеевна – магистр естественных наук, младший научный сотрудник НИЛ «Строительные материалы, строительство и архитектура», автор 47 научных публикаций по строительным материалам, в том числе 2 статей в зарубежных журналах, индексируемых базами данных SCOPUS, 2 патента РК.
Ауесбек Султан Термірбекұлы – магистр технических наук, младший научный сотрудник НИЛ «Строительные материалы, строительство и архитектура», автор 10 научных публикаций по строительным материалом.