Об использовании биоэнергии в производстве строительных материалов

Биоэнергия микроорганизмов находит применение в биотехнологии. Освоение нетрадиционного источника энергии — биоэнергии микроорганизмов уже осуществляется в агропромышленном комплексе, в цветной металлургии при производстве меди, золота и др.

Энергоемкость микробиологических процессов, что подтверждают термодинамические расчеты и коэффициент полезного действия биоэнергетических процессов, а вредное воздействие на окружающую среду практически отсутствует. Уменьшение же объемов природных запасов традиционных невозобновляемых энергоносителей, их удорожание, необходимость более жесткой экономии теплоэнергетических ресурсов подтверждают практическую целесообразность и актуальность широкого использования такого дешевого, недефицитного, самовозобновляющегося источника энергии, как биоэнергия микроорганизмов

Применительно к технологии силикатных материалов (производство цемента, бетона, автоклавных материалов, керамики и др.) возможности использования биоэнергии микроорганизмов представляются, в общих чертях, следующим образом -

Сейчас и на ближайшую перспективу в цементной преобладает мокрый способ производства. Учитывая высокую энергоемкость крупнотоннажного цементного производства, экономически чрезвычайно выгодно, хотя бы частично, снизить затраты традиционных топливно-энергетических ресурсов за счет использования биоэнспгин Известно, что в составе сырьевой смеси цемента содержится 20—25% алюмосиликатного и 75—80% карбонатного компонента. Силикатные бактерии (Bacillus mucilafjinosns) разрушают алюмосиликатные материалы н, переводя ингредиенты и карбонатные примеси в растворимое состояние, повышают их реакционную способность [1, 2). Сырьевая же база кондиционных природных материалов сужается, а силикатные бактерии, изменяя состав обрабатываемых ими материалов, «облагораживают» их, что позволяет прогнозировать практическую возможность получения кондиционных материалов из некондиционных.

Результативность воздействия микроорганизмов определяется их физиологической «агрессивностью» и степенью уязвимости» материалов «Агрессивность» бактерий обусловлена выделяемыми ими веществами, и том числе биологическими катализаторами -ферментами. Конечные продукты бактериальной обработки — бионеорганические водорастворимые комплексы — являются поверхностно-активными веществами. Возможно окажется более выгодным обрабатывать силикатными бактериями не весь сырьевой шлам, а наиболее «уязвимую» его часть, например, глиняный шлам, стабилизация свойств которого при этом повышается, на его частицах адсорбируются бионеорганические вещества, что увеличивает толщину сольватных оболочек. Бионеорганические продукты бактериальной обработки служат и разжижителями. что, в какой-то мере, сможет восполнить дефицит технической воды.

Бактерии способствуют освобождению диоксида кремния из минералов самодиспергации обрабатываемых ими материалов, что способствует сокращению времени помола кварка в 1,5—2 раза. Диспергирующее воздействие бактерий открывает возможность комбинации традиционного механического измельчения с биоэнергетической деструкцией материалов, которая повышает их реакционную способность.

Влияние микробиологической обработки сырья проявляется на стадии обжига клинкера: дегидратация и диссоциация минералов идут при пониженных температурах, величины эндотермических эффектов снижаются, фазообразование продуктов обжига идет при сниженных температурах, а общие энергозатраты на обжиг уменьшатся. Причем СаО из карбонатов, обработанных бактериями, легче взаимодействует с диоксидом кремния. Таким образом, использование биоэнергии микроорганизмов практически на всех технологических пределах получения клинкера может способствовать снижению нормативов энергозатрат

В производстве бетонных и автоклавных силикатных изделий используют кварцевый песок. Реакционная же способность диоксида кремния повышается при микробиологической обработке вследствие его перехода в растворимое состояние, что облегчает образование гидросиликатов кальция при термообработке и снизит энергозатраты.

В такой обширной области силикатной технологии, как промышленность традиционной и технической керамики и огнеупоров, бноактивация сырья также может быть весьма результативной. В производстве керамики и цемента исходным сырьем являются глинистые материалы. Нами было проверено, в частности, влияние силикатных бактерий на глинистое сырье нескольких украинских месторождении (Дружковского, Часов-Ярского, Веселовского, Просяновского, Дубровского), входящее в состав керамических масс.

Как видно из таблицы, пластичность испытуемых глиносодержащих масс после обработки микроорганизмами увеличивается по сравнению с контрольными свежеприготовленными пробами. При этом в контрольных пробах было обнаружено присутствие силикатных бактерий, количество которых возрастало при вылеживании. Можно отметить, что в древнем Китае вылеживание исходных масс в течение нескольких человеческих поколений способствовало улучшению качества масс и фарфоровых изделий за счет накопления в них микроорганизмов. При современном же кратковременном интенсивном воздействии концентраций силикатных бактерий в глинах значительно повышается содержание глинозема и снижается содержание оксида железа, щелочей, соединений кальция за счет перехода их в водорастворимое состояние. Последние в обжиге не дают новообразований, вызывающих брак. Биоактивация стабилизирует глинистые шликеры, повышает пластичность глии и качество изделий, снижает температуру обжига и энергозатраты на всех технологических переделах.

Возможность «облагораживания» глин за счет биоактивации позволит расширить сырьевую базу керамических производств, а в тех случаях, когда микробиологическая обработка значительно (до двух раз) повышает содержание глинозема, — расширить и сырьевую базу дефицитных огнеупорных глин. Биоактивация высокоглиноземистых глин может способствовать их «переводу» по содержанию глинозема и класс бокситов--ценного сырья для огнеупоров и алюминия.