Вестник МГТУ, 2024, Т. 27, № 2.

Вестник МГТУ. 2024. Т. 27, № 2. С. 170-183. DOI: https://doi.org/10.21443/1560-9278-2024-27-2-170-183 Введение Цементная промышленность является развитой и востребованной отраслью как в России, так и в мире. Цемент - основной материал строительной индустрии, из которого изготавливают вяжущие цементные растворы для бетонов и бетонных конструкций. Лидирующее место в мире по производству цемента занимает Китай (более 2 млрд т в год), следом с большим отрывом идут Индия и Вьетнам (Силенок и др., 2020). Российская Федерация входит в топ-10 крупнейших производителей цемента в мире, занимая 8 место. По данным Росстата, за 2022 г. в России выпуск цемента составил 60,7 млн т (Василик и др., 2022). Причем спрос на цемент в 2023 г. повысился на 12 %, что привело к необходимости импортировать цемент. В последние несколько лет отмечается рост интереса к разработке инновационных строительных материалов (Стрижкова и др., 2021). Этому способствуют такие факторы, как рост урбанизации, исчерпание природных ресурсов и ухудшение экологического состояния окружающей среды. Известно, что для производства одной тонны цемента необходимо 1,6 т карбонатных и алюмосиликатных пород и 0,4 т топлива, выбросы углекислого газа при производстве сопоставимы с объемом получаемой продукции (Коровкин и др., 2017). Эти выбросы углекислого газа обоснованы обжигом карбоната кальция для получения цементного клинкера, поэтому экологический контроль выбросов и их сокращение является актуальным (Корельский и др., 2018). В настоящее время существует тенденция к дефициту нерудных стройматериалов, используемых в качестве инертных наполнителей (песок, гравий и щебень). Вместе с тем восполнение этого дефицита возможно путем переработки многотоннажного низкосортного неиспользуемого техногенного сырья (Литвинова и др., 2023). Рост спроса на цемент в условиях современного индустриального мира заставляет производителей искать способы улучшения его свойств. Материалы для улучшения свойств цементных смесей может предоставлять металлургическая промышленность. Металлургическая промышленность, и в частности титановое производство, является одной из лидирующих по количеству образующихся отходов, которые являются опасными загрязнителями природной среды (Lytaeva et al., 2017). Россия располагает одной из крупнейших в мире сырьевых баз титана - на ее долю приходится 15 % запасов мира1. Одними из многотоннажных отходов титанового производства являются отработанные кислые травильные растворы (ОКТР), насыщенные ионами металлов (титановый шлам), формирующиеся при травлении в кислотах деталей машин и механизмов для уменьшения шероховатостей их поверхностей, удаления с поверхности окалины и следов смазочных материалов (Zheng et al., 2009; Rogener et al., 2019). Самым распространенным и экономически выгодным методом обращения с ОКТР является его нейтрализация известковым молоком (Ca(OH)2) (Доронкина и др., 2022); результат взаимодействия - образование суспензионного отхода, где металлы находятся во взвешенном состоянии, именно твердая часть представляет интерес в качестве вторичного сырья. Опираясь на данные зарубежных ученых и результаты собственных экспериментов, можно сделать вывод, что в основном титановый шлам предприятий металлургической промышленности состоит из фторида кальция (CaF2) и титановой кислоты (TiO 2 nH 2 O), кроме того, при хранении отхода на открытых территориях в его составе появляется и карбонат кальция (CaCO3) (Евдокимова и др., 2023; Da et al., 2021а). Карбонат кальция является основополагающим компонентом цементной сырьевой муки, поэтому его содержание в отходе негативного влияния на клинкер не окажет. При этом стоит заметить, что фторид кальция и диоксид титана являются нетипичными веществами в цементном клинкере, поэтому их влияние на сырьевую муку будет описано в обзоре. Теоретические основы Изучением влияния различных веществ на цементные сырьевые смеси начали заниматься во второй половине XX в. , но в силу различных факторов широкого масштаба исследования не получили. Однако с ростом технических и технологических возможностей, а также увеличением образования отходов различного генезиса, нужда в новых инновационных строительных материалах создает почву для глубоких изучений влияния различных добавок на качество строительных материалов. Обзор существующих научных и фондовых литературных источников позволяет выделить два основных направления исследований: 1 ) работы, изучающие влияние фторида кальция и иных соединений на цементы; 2 ) работы, посвященные свойствам диоксида титана в цементных клинкерах. Механизм влияния фторида кальция на цементный клинкер Исследования показывают, что фторид кальция является экспериментальным минерализатором цементной сырьевой смеси. Химическое вещество обладает способностью снижения температуры спекания цементного клинкера и стимулирования его образования. 1 О состояниии использовании минерально-сырьевыхресурсов Российской Федерации в 2020 году. Государственный доклад. Министерство природных ресурсов и экологии РФ. Москва, 2021. URL: https://vims-geo.ru/ru/activity/iacn/ russia/gosdokladi/. 171