Результирующей характеристикой каждого производства является превращение сырья в более ценный конечный продукт. При достигнутом на сегодняшний день уровне развития промышленности круг сырьевых материалов практически неограничен. Это в полной мере можно отнести и к производству отделочных, тепло- и гидроизоляционных материалов.
В отличие от многих стран СССР практически не нуждается в импорте строительных материалов. Однако следует констатировать, что относительно легко доступные запасы природного сырья, чаще всего представленного веществами стабильной кристаллической структуры: глины — кристаллогидраты (рис. 1.1, состояние 5), известняки, кварц, изверженные интрузивные породы — безводные кристаллические минеральные системы (рис. 1.1, состояние 8), добываемые современными техническими средствами, находятся под угрозой исчерпания. Добывать сырье становится все труднее. Можно с уверенностью сказать, что время дешевого природного сырья прошло. Поэтому проблемы сырья нужно решать за счет увеличения расхода энергии, разработки менее богатых месторождений, усложнения технологической переработки сырья путем его обогащения и т. д.
Частично решить эту задачу позволит использование горных пород нестабильной кристаллической структуры, обладающих значительным резервом кинетической энергии. Из них можно выделить группу аморфизованного кремнезема: трепелы, опоки, диатомиты (рис. 1.1, состояния 3 и 4), туфы, трассы, стекловидные породы — базальты, обсидианы, перлиты (рис. 1.1, состояние 9 и 10), запасы которых относительно невелики. Целесообразность их использования заключается в том, что эти вещества, содержащие значительную часть кинетической энергии, позволяют перерабатывать их в общественно полезный продукт с гораздо меньшими материальными и энергетическими затратами.
Ввиду затруднений с природным сырьем и постоянно возрастающим загрязнением окружающей среды всевозможными отходами можно с большой долей вероятности предсказать, что для производства строительных материалов станет характерным все более совершенное и эффективное использование этих отходов. Включив их в хозяйственный цикл, мы откроем источники сырья, которые не иссякнут до тех пор, пока существует индустрия. Использование отходов является сейчас одним из главных направлений развития сырьевой базы не только промышленности строительных материалов, но и других производств.
Это становится очевидным, если учесть, что подавляющее большинство промышленных отходов, которые могут быть использованы в промышленности строительных материалов, представлены веществом в аморфном (рис. 1.1, состояния 3 и 10) или субмикрокристаллическом состоянии (рис. 1.1, состояния 4 и 7). Это вещество является также носителем кинетической энергии, которая аккумулирована и зафиксирована в нем в процессе производства основного продукта. Круг таких веществ чрезвычайно широк: топливные шлаки и золы, особенно высококальциевые, шлаки металлургического производства, отходы глиноземной промышленности и т. п.
Таким образом, главными критериями выбора сырья должны быть его распространенность и энергетическое состояние.
Важным критерием степени пригодности сырья служит и его химический состав. При более или менее значительных колебаниях от требуемого состав сырья можно корректировать добавками, что и практикуется повсеместно в производстве. Регулируя или выбирая сырье с заданным химическим составом, мы тем самым управляем свойствами конечного продукта. Например, силикатный расплав для получения минерального волокна может быть получен как из природного сырья — различных горных пород (диабаз, габбро, известковые сланцы, граниты, перлиты), так и из промышленных отходов — металлургических и топливных шлаков и зол, стеклянного и кирпичного боя.
При производстве фибролита, зная содержание вредных веществ в древесине и вид вяжущего, мы можем применять или не применять специальные нейтрализующие добавки. Формы связи воды и ее количество в перлитовом и вермикулитовом сырье предопределяют ход технологического процесса его вспучивания и качество получаемого материала.
Выбор сырья определяется уровнем знания возможностей технологии, а выбор оптимального варианта переработки зависит от вида сырья. Например, при производстве газонаполненных пластмасс в зависимости от исходного сырья (термопластичные или термореактивные полимеры) могут использоваться прессовый или беспрессовый способы их переработки в пенопласты; вибротехнология предопределяет получение ячеистых бетонов на основе газобетонов, а пенобетон получают по несколько отличной технологии с использованием другого набора исходных компонентов; в зависимости от агрегатного состояния с текла (твердый гранулят или растворимое стекло) технология его переработки и составы сырьевых композиций будут различны.
Получение сырья необходимого химического состава наряду с другими технологическими характеристиками (зерновой состав, агрегатное состояние, значения температурных превращений) способствует получению продукта с требуемыми показателями качества.
Правильный подбор сырья должен сокращать производственный цикл. Так, при производстве минеральной ваты добавление плавней в шихту или применение вместо горных пород более легкоплавких металлургических шлаков и зол ускоряет получение силикатного расплава при более низких температурах. А технология, предусматривающая переработку огненно-жидких шлаков, является наиболее энергосберегающей технологией.
При производстве строительных материалов следует стремиться использовать сырье, допускающее повторную переработку при браке, или отходы после сепарации в виде обрезков, боя и пр. Так, при производстве пеностекла необходимо возвращать обрезки в шихту, а обрезки минераловатных изделий и «корольки» — на переплавку, термопластичные отходы нужно использовать при производстве газонаполненных пластмасс.
Серьезной современной проблемой является проблема защиты окружающей среды от загрязнения в результате технической деятельности человека. Поэтому частичный или полный переход на использование промышленных отходов способствует решению этой важной государственной задачи. Примерами такого подхода могут служить: использование в качестве сырья шлаков и зол в производстве минеральной ваты, ячеистых бетонов; использование металлургических шлаков, горелых пород и щелочных отходов для получения эффективных шлакощелочных вяжущих, необходимых при производстве многих теплоизоляционных и гидроизоляционных материалов; применение нефелиновых шламов и кальцийсодержащих отходов для получения теплоизоляционных, облицовочных и гидроизоляционных материалов на основе вяжущих контактного твердения и неделовой древесины с повышенным содержанием экстрактивных веществ и даже коры при производстве шлакощелочного арболита. Все это позволит высвободить тысячи гектаров сельскохозяйственных угодий, ежегодно отторгаемых под отвалы и «хвосты», загрязняющие не только занимаемую территорию, но и окружающие водоемы и воздушный бассейн.
Итак, можно назвать следующие основные принципы выбора и использования сырья в производстве материалов, относящихся к группе отделочных, тепло- и гидроизоляционных:
- максимальное энергосодержание сырьевых веществ, обусловливаемое их нестабильным или метастабильным состоянием;
- наибольшее соответствие производству требуемой продукции и принимаемой технологии переработки сырья;
- получение продукта с требуемыми показателями качества; способствование максимальному сокращению длительности производственного цикла и созданию безотходных технологий, а также разработке энергосберегающих технологий и сохранению экологического равновесия.