АннотацияОб авторахСписок литературы
Решение глобальных экологических проблем состоит в снижении техногенного воздействия на окружающую среду за счет утилизации выбросов углекислого газа и использования отходов промышленности для получения новых материалов и изделий. Рассмотрены техногенные отходы металлургической промышленности как сырье для производства строительных материалов и изделий, обладающее способностью к связыванию газообразного СО2. Проведен анализ и выбор отходов металлургических предприятий, расположенных в Центральном и Северо-Западном федеральных округах Российской Федерации. Представлены результаты исследований экологичности, химического, вещественного и фазово-минералогического составов техногенных отходов металлургии, их гидратационной активности и способности к связыванию углекислого газа. Показано, что наиболее перспективным сырьем для производства строительных материалов и изделий являются шлаки сталеплавильных производств и нефелиновый шлам от переработки глиноземного сырья. Наибольшей способностью поглощать и связывать СО2 отличаются нефелиновый шлам (до 12% СО2 от массы шлама), сталеплавильные (конвертерные и электросталеплавильные) шлаки (до 8,8 и 9,2% СО2 от массы шлака соответственно). Прочность при сжатии опытных образцов на данных видах шлаков зависит от степени их карбонизации и достигает значений 100 МПа и более после 6 ч принудительной карбонизации. Сделан вывод, что материал, полученный из техногенных металлургических отходов по технологии карбонизационного твердения, может применяться в качестве матричной субстанции для различных строительных материалов и изделий.
Н.В. ЛЮБОМИРСКИЙ, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
А.С. БАХТИН, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Т.А. БАХТИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.В. НИКОЛАЕНКО, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Г.Р. БИЛЕНКО, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
А.С. БАХТИН, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Т.А. БАХТИНА, канд. техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
В.В. НИКОЛАЕНКО, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.),
Г.Р. БИЛЕНКО, инженер (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Крымский федеральный университет им. В.И. Вернадского (295007, г. Симферополь, пр-т Академика Вернадского, 4)
1. Специальный доклад МГЭИК. Улавливание и хранение двуокиси углерода. 2005. (редакторы Берт Метц, Огунладе Дэвидсон Хелен де Конинк, Мануэла Лоос, Лео Мейер), 2005. Версия в электронном виде доступна на веб-сайте Секретариата МГЭИК: www.ipcc.ch (дата обращения 12.06.2023).
1. IPCC Special Report. Capture and storage of carbon dioxide. 2005. (eds. Bert Metz, Ogunlade Davidson Helen de Koninck, Manuela Loos, Leo Meyer), 2005. An electronic version is available on the IPCC Secretariat website: www.ipcc.ch (Date of access 12.06.23).
2. Технологический обзор. Улавливание, использование и хранение углерода (CCUS). 2022. [Technology Brief. Carbon Capture, Use And Storage (CCUS)]. https://shop.un.org (дата обращения 12.06.2023).
2. Technology Brief. Carbon Capture, Use And Storage (CCUS). 2022. https://shop.un.org (Date of access 12.06.23).
3. Bui Mai, Adjiman Claire S., Bardow André and others. Carbon capture and storage (CCS): the way forward. Energy & Environmental Science. 2018. 11, рр. 1062–1176. DOI: 10.1039/c7ee02342a
4. D’Alessandro Deanna M., Smit Berend, Long Jeffrey R. Carbon dioxide capture: prospects for new materials. Angewandte Chemie International Edition. 2010. Vol. 49, рр. 6058–6082. DOI: 10.1002/anie.201000431
5. Gulzar A., Gulzar A., Ansari M.B. He F., Gai S., Yang P. Carbon dioxide utilization: A paradigm shift with CO2 economy. Chemical Engineering Journal Advances. 2020. Vol. 3. 100013. DOI: 10.1016/j.ceja.2020.100013
6. Fatima S.S., Borhan A., Ayoub M., Ghani N.A. Development and progress of functionalized silica-based adsorbents for CO2 capture. Journal of Molecular Liquids. 2021. Vol. 338. 116913. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.116913
7. CO2 Emissions in 2022. International Energy Agency (IEA). Flagship report March 2023. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2022 (дата обращения 12.06.2023).
8. Сазанов Ю.Н., Грибанов А.В. Карбонизация полимеров. СПб.: Научные основы и технологии, 2013. 296 с.
8. Sazanov Yu.N., Gribanov A.V. Carbonizatsiya polimerov [Сarbonization of polymers]. Saint Petersburg: Scientific foundations and technologies, 2013. 296 p.
9. Ушеров-Маршак А.В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ «Стройматериалы», 2009. 112 с.
9. Usherov-Marshak A.V. Betonovedeniye: lexicon [Concrete science: lexicon]. Moscow: RIF Stroymate-rialy, 2009. 112 p.
10. Proctor D.M., Fehling K.A., Shay E.C., Wittenborn J.L., Green J.J., Avent C., Bigham R.D., Connolly M., Lee B., Shepker T.O. and Zak M.A. Physical and chemical characteristics of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slags. Environmental Science and Technology. 2000. Vol. 34, рр. 1576–1582. DOI: 10.1021/ES9906002
11. Lin B., Wang H., Zhu X., Liao Q., Ding B. Crystallization properties of molten blast furnace slag at different cooling rates. Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 96, рр. 432–440. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.11.075
12. Sanjuаn M.А., Estеvez E., Argiz C., del Barrio D. Effect of curing time on granulated blast-furnace slag cement mortars carbonation. Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 90, рр. 257–265. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.04.006
13. Seo J., Kim S., Park S., Yoon H.N., Lee H.K. Carbonation of calcium sulfoaluminate cement blended with blast furnace slag. Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 118. Article 103918. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103918
14. Uliasz-Bocheńczyk A., Mokrzycki E. CO2 mineral sequestration with the use of ground granulated blast furnace slag. Gospod. Surowcami Miner. 2017. Vol. 33, рр. 111–124. DOI: 10.1515/gospo-2017-0008
15. You K.S., Lee S.H., Hwang S.H., Kim H.S., Ahn J.W. CO2 sequestration via a surface –modified ground granulated blast furnace slag using NaOH solution. Materials Transactions. 2011. Vol. 52, рр. 1972–1976. DOI: 10.2320/matertrans.M2011110
16. Ren E., Tang S., Liu C., Yue H., Li C., Liang B. Carbon dioxide mineralization for the disposition of blast-furnace slag: reaction intensification using NaCl solutions. Greenhouse Gases: Science and Technology. 2020. Vol. 10, рр. 436–448. DOI: https://doi.org/10.1002/ghg.1837
17. Huijgen W.J., Witkamp G.J., Comans R.N.J. Mechanisms of aqueous wollastonite carbonation as a possible CO2 sequestration process. Chemical Engineering Science. 2006. Vol. 61, рр. 4242–425. DOI: 10.1016/j.ces.2006.01.048
18. Huijgen W.J., Witkamp G.J., Comans R.N. Mineral CO2 sequestration by steel slag carbonation. Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39, рр. 9676–9682. DOI: 10.1021/es050795f
19. Zhong X., Li L., Jiang Y., Ling T.-C. Elucidating the dominant and interaction effects of temperature, CO2 pressure and carbonation time in carbonating steel slag blocks. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 302. Article 124158. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124158
20. Shi C., Wu Y. Studies on some factors affecting CO2 curing of lightweight concrete products. Resources, Conservation and Recycling. 2008. Vol. 52 (8–9), рр. 1087–1092. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2008.05.002
21. Mahoutian M., Ghouleh Z., Shao Y. Carbon dioxide activated ladle slag binder. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 66, рр. 214–221. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943 –5533.0001055
22. Siriwardena D.P. Quantification of СО2 sequestration capacity and carbonation rate of alkaline industrial byproducts. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 19, рр. 216–224. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.05.035
23. Yadav S., Mehra A. Experimental study of dissolution of minerals and СО2 sequestration in steel slag. Waste Management. 2017. Vol. 64, рр. 348–357. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.03.032
24. Ukwattage N.L., Ranjith P.G., Li X. Steel-making slag for mineral sequestration of carbon dioxide by accelerated carbonation. Measurement. 2017. Vol. 97, рр. 15–20. DOI: 10.1016/j.measurement.2016.10.057
25. Mo L., Zhang F., Deng M. Mechanical performance and microstructure of the calcium carbonate binders produced by carbonating steel slag paste under СО2 curing. Cement and Concrete Research. 2016. Vol. 88, рр. 217–226. DOI: 10.1016/j.cemconres.2016.05.013
26. Mai U., Rein K., Lale A., Kalle K. The СО2-binding by Сa-Mg-silicates in direct aqueous carbonation of oil shale ash and steel slag. Energy Procedia. 2011. Vol. 4, рр. 925–932. DOI: 10.1016/j.egypro.2011.01.138
27. Santos R.M., Van Bouwel J., Vandevelde E., Mertens G., Elsen J., Van Gerven T. Accelerated mineral carbonation of stainless steel slags for СО2 storage and waste valorization: effect of process parameters on geochemical properties. International Journal of Greenhouse Gas Control. 2013. Vol. 17, рр. 32–45. DOI: 10.1016/j.ijggc.2013.04.004
28. Salman M., Cizer Ö., Pontikes Y., Santos R.M., Snellings R., Vandewalle L., Blanpain B., Van Balen K. Effect of accelerated carbonation on and stainless steel slag for its valorisation as a CO2-sequestering construction material. Chemical Engineering Journal. 2014. Vol. 246, рp. 39–52. DOI: 10.1016/J.CEJ.2014.02.051
29. Kaliyavaradhan S.K., Ling T.-C., Mo K.H. Valorization of waste powders from cement-concrete life cycle: a pathway to circular future. Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 268. Article 122358. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122358
30. Mehdizadeh H., Jia X., Mo K.H., Ling T.-C. Effect of water-to-cement ratio induced hydration on the accelerated carbonation of cement pastes. Environmental Pollution. 2021. Vol. 280. Article 116914. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116914
1. IPCC Special Report. Capture and storage of carbon dioxide. 2005. (eds. Bert Metz, Ogunlade Davidson Helen de Koninck, Manuela Loos, Leo Meyer), 2005. An electronic version is available on the IPCC Secretariat website: www.ipcc.ch (Date of access 12.06.23).
2. Технологический обзор. Улавливание, использование и хранение углерода (CCUS). 2022. [Technology Brief. Carbon Capture, Use And Storage (CCUS)]. https://shop.un.org (дата обращения 12.06.2023).
2. Technology Brief. Carbon Capture, Use And Storage (CCUS). 2022. https://shop.un.org (Date of access 12.06.23).
3. Bui Mai, Adjiman Claire S., Bardow André and others. Carbon capture and storage (CCS): the way forward. Energy & Environmental Science. 2018. 11, рр. 1062–1176. DOI: 10.1039/c7ee02342a
4. D’Alessandro Deanna M., Smit Berend, Long Jeffrey R. Carbon dioxide capture: prospects for new materials. Angewandte Chemie International Edition. 2010. Vol. 49, рр. 6058–6082. DOI: 10.1002/anie.201000431
5. Gulzar A., Gulzar A., Ansari M.B. He F., Gai S., Yang P. Carbon dioxide utilization: A paradigm shift with CO2 economy. Chemical Engineering Journal Advances. 2020. Vol. 3. 100013. DOI: 10.1016/j.ceja.2020.100013
6. Fatima S.S., Borhan A., Ayoub M., Ghani N.A. Development and progress of functionalized silica-based adsorbents for CO2 capture. Journal of Molecular Liquids. 2021. Vol. 338. 116913. DOI: 10.1016/j.molliq.2021.116913
7. CO2 Emissions in 2022. International Energy Agency (IEA). Flagship report March 2023. https://www.iea.org/reports/co2-emissions-in-2022 (дата обращения 12.06.2023).
8. Сазанов Ю.Н., Грибанов А.В. Карбонизация полимеров. СПб.: Научные основы и технологии, 2013. 296 с.
8. Sazanov Yu.N., Gribanov A.V. Carbonizatsiya polimerov [Сarbonization of polymers]. Saint Petersburg: Scientific foundations and technologies, 2013. 296 p.
9. Ушеров-Маршак А.В. Бетоноведение: лексикон. М.: РИФ «Стройматериалы», 2009. 112 с.
9. Usherov-Marshak A.V. Betonovedeniye: lexicon [Concrete science: lexicon]. Moscow: RIF Stroymate-rialy, 2009. 112 p.
10. Proctor D.M., Fehling K.A., Shay E.C., Wittenborn J.L., Green J.J., Avent C., Bigham R.D., Connolly M., Lee B., Shepker T.O. and Zak M.A. Physical and chemical characteristics of blast furnace, basic oxygen furnace, and electric arc furnace steel industry slags. Environmental Science and Technology. 2000. Vol. 34, рр. 1576–1582. DOI: 10.1021/ES9906002
11. Lin B., Wang H., Zhu X., Liao Q., Ding B. Crystallization properties of molten blast furnace slag at different cooling rates. Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 96, рр. 432–440. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2015.11.075
12. Sanjuаn M.А., Estеvez E., Argiz C., del Barrio D. Effect of curing time on granulated blast-furnace slag cement mortars carbonation. Cement and Concrete Composites. 2018. Vol. 90, рр. 257–265. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2018.04.006
13. Seo J., Kim S., Park S., Yoon H.N., Lee H.K. Carbonation of calcium sulfoaluminate cement blended with blast furnace slag. Cement and Concrete Composites. 2021. Vol. 118. Article 103918. DOI: 10.1016/j.cemconcomp.2020.103918
14. Uliasz-Bocheńczyk A., Mokrzycki E. CO2 mineral sequestration with the use of ground granulated blast furnace slag. Gospod. Surowcami Miner. 2017. Vol. 33, рр. 111–124. DOI: 10.1515/gospo-2017-0008
15. You K.S., Lee S.H., Hwang S.H., Kim H.S., Ahn J.W. CO2 sequestration via a surface –modified ground granulated blast furnace slag using NaOH solution. Materials Transactions. 2011. Vol. 52, рр. 1972–1976. DOI: 10.2320/matertrans.M2011110
16. Ren E., Tang S., Liu C., Yue H., Li C., Liang B. Carbon dioxide mineralization for the disposition of blast-furnace slag: reaction intensification using NaCl solutions. Greenhouse Gases: Science and Technology. 2020. Vol. 10, рр. 436–448. DOI: https://doi.org/10.1002/ghg.1837
17. Huijgen W.J., Witkamp G.J., Comans R.N.J. Mechanisms of aqueous wollastonite carbonation as a possible CO2 sequestration process. Chemical Engineering Science. 2006. Vol. 61, рр. 4242–425. DOI: 10.1016/j.ces.2006.01.048
18. Huijgen W.J., Witkamp G.J., Comans R.N. Mineral CO2 sequestration by steel slag carbonation. Environmental Science & Technology. 2005. Vol. 39, рр. 9676–9682. DOI: 10.1021/es050795f
19. Zhong X., Li L., Jiang Y., Ling T.-C. Elucidating the dominant and interaction effects of temperature, CO2 pressure and carbonation time in carbonating steel slag blocks. Construction and Building Materials. 2021. Vol. 302. Article 124158. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124158
20. Shi C., Wu Y. Studies on some factors affecting CO2 curing of lightweight concrete products. Resources, Conservation and Recycling. 2008. Vol. 52 (8–9), рр. 1087–1092. DOI: https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2008.05.002
21. Mahoutian M., Ghouleh Z., Shao Y. Carbon dioxide activated ladle slag binder. Construction and Building Materials. 2014. Vol. 66, рр. 214–221. DOI: 10.1061/(ASCE)MT.1943 –5533.0001055
22. Siriwardena D.P. Quantification of СО2 sequestration capacity and carbonation rate of alkaline industrial byproducts. Construction and Building Materials. 2015. Vol. 19, рр. 216–224. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2015.05.035
23. Yadav S., Mehra A. Experimental study of dissolution of minerals and СО2 sequestration in steel slag. Waste Management. 2017. Vol. 64, рр. 348–357. DOI: 10.1016/j.wasman.2017.03.032
24. Ukwattage N.L., Ranjith P.G., Li X. Steel-making slag for mineral sequestration of carbon dioxide by accelerated carbonation. Measurement. 2017. Vol. 97, рр. 15–20. DOI: 10.1016/j.measurement.2016.10.057
25. Mo L., Zhang F., Deng M. Mechanical performance and microstructure of the calcium carbonate binders produced by carbonating steel slag paste under СО2 curing. Cement and Concrete Research. 2016. Vol. 88, рр. 217–226. DOI: 10.1016/j.cemconres.2016.05.013
26. Mai U., Rein K., Lale A., Kalle K. The СО2-binding by Сa-Mg-silicates in direct aqueous carbonation of oil shale ash and steel slag. Energy Procedia. 2011. Vol. 4, рр. 925–932. DOI: 10.1016/j.egypro.2011.01.138
27. Santos R.M., Van Bouwel J., Vandevelde E., Mertens G., Elsen J., Van Gerven T. Accelerated mineral carbonation of stainless steel slags for СО2 storage and waste valorization: effect of process parameters on geochemical properties. International Journal of Greenhouse Gas Control. 2013. Vol. 17, рр. 32–45. DOI: 10.1016/j.ijggc.2013.04.004
28. Salman M., Cizer Ö., Pontikes Y., Santos R.M., Snellings R., Vandewalle L., Blanpain B., Van Balen K. Effect of accelerated carbonation on and stainless steel slag for its valorisation as a CO2-sequestering construction material. Chemical Engineering Journal. 2014. Vol. 246, рp. 39–52. DOI: 10.1016/J.CEJ.2014.02.051
29. Kaliyavaradhan S.K., Ling T.-C., Mo K.H. Valorization of waste powders from cement-concrete life cycle: a pathway to circular future. Journal of Cleaner Production. 2020. Vol. 268. Article 122358. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.122358
30. Mehdizadeh H., Jia X., Mo K.H., Ling T.-C. Effect of water-to-cement ratio induced hydration on the accelerated carbonation of cement pastes. Environmental Pollution. 2021. Vol. 280. Article 116914. DOI: 10.1016/j.envpol.2021.116914
Для цитирования: Любомирский Н.В., Бахтин А.С., Бахтина Т.А., Николаенко В.В., Биленко Г.Р. Металлургические отходы как сырьевой резерв для достижения углеродной нейтральности стройиндустрии. Часть 1. Способность металлургических отходов связывать СО2 // Строительные материалы. 2023. № 11. С. 80–94. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2023-819-11-80-94