Технология крепкого мира. Очистка песка речным способом

XXI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Технология крепкого мира. Очистка песка речным способом

Волокитин И.Г. 1Чекураев А.В. 1Баранов А.Д. 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Волокитина Екатерина Андреевна 1
1Школа интерактивного развития "ТриКита"
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Как известно, экономика нашей области держится на двух китах — сельском хозяйстве и промышленном производстве. Что касается добычи полезных ископаемых в Пензенской области, то похвастаться особо нечем. У нас нет россыпи алмазов, как в Якутии, или моря нефти, как в Сибири. Однако и в Пензе кое-какие ценности в подземном царстве имеются.

На территории области разведаны месторождения неметаллических (в основном общераспространенных) твердых полезных ископаемых, которые используются или могут быть использованы в строительной отрасли, в качестве минеральных удобрений в сельском хозяйстве и как технологическое сырье в промышленности. Полезные ископаемые Пензенской области представлены в виде:

Глины кирпичные. Балансом запасов по Пензенской области учтено 64 месторождения с общими запасами 81971 тыс. м³. В каждом районе имеются разведанные месторождения для производства кирпича. Кирпичные глины месторождений пригодны для производства кирпича марок 100 - 150.

Глины керамзитовые. Разведано и учтено 4 месторождения с запасами 37239 тыс. м³. Пески для производства силикатных изделий. Разведано 5 месторождений с запасами 12548 тыс. м³. В Бессоновском районе полезные ископаемые представлены двумя действующими карьерами: Лягушовское месторождение глины и Ухтинское месторождение песчано-гравийной смеси.

Песчаники. Балансом учтено 11 месторождений с общими запасами 2703 тыс. м³. Помимо этого выявлен целый ряд перспективных участков с запасами по категории С2 в объеме 6527 тыс.м³. Большинство выявленных месторождений расположено в восточной части области.

В регионе имеются большие запасы строительных песков. Они имеются в большинстве районов. Формовочные пески, используемые в литейном производстве, имеются лишь в Чаадаевском карьере на территории Городищенского района. В пределах этого же района имеется Ивановское месторождение стекольных песков. В Кузнецком районе близ поселка Пионер разрабатывается месторождение силикатных песков, используемых для производства белого силикатного кирпича.

Рисунок № 1 – Чаадаевское месторождение формовочных песков.

Рисунок № 2 – Разработка Пионерского месторождения силикатных песков.

Применение песка очень обширно:

  • Строительные работы: неочищенное сырье можно использовать для черновых работ при возведении фундамента, засыпки ям и траншей, септиков, где нужен дренаж; при производстве бетона песок заполняет пространство между частицами щебня, делает массу однородной, предотвращает усадку; при укладке кирпича используют цементный раствор, в состав которого входит песок хорошего качества без примесей глины, чтобы раствор обеспечил прочную кладку кирпича; в смесь для штукатурки входит мелкий песок, чтобы обеспечить гладкую поверхность, но может использоваться и крупный, если поверхность нужна фактурная.

  • Производство: очищенный речной или карьерный песок без известняка и глины находит применение в производстве тротуарной плитки, бордюров — материал без усадочных пустот более прочный; для качественных ЖБИ конструкций подходит сырье с фракцией не менее 2,2 мм и насыпной плотности не меньше 2 г/см3 без посторонних включений; песок составляет 25–35% от общей массы кирпичного состава, он должен быть однородный, чтобы кирпичи получились гладкие и не растрескивались.

  • Благоустройство территории: для подушки под тротуарную плитку подойдет любой песок; материал подходит для подсыпки и выравнивания участка под строительство или иных целей; песок используют для детских площадок, оформления дорожек, прудов.

В строительстве чаще применяется карьерный песок. Однако для качественного строительства предпочитается сырье, извлеченное со дна пресных водоемов. Речной песок по сравнению с карьерным обладает рядом достоинств: в нем меньше примесей, он чище из-за того, что несколько раз тщательно моется при загрузке на баржу, при выгрузке на песчаную карту на берегу и при классификации. Речной песок также обладает устойчивостью к сжатию и воздействию окружающей среды, крупнозернистой структурой и теплоизоляционными свойствами, помогающими сохранять комфортную температуру внутри здания и снижать затраты на отопление и кондиционирование воздуха. Поэтому речной песок часто используют при строительстве высотных зданий. Из-за высокой прочности и устойчивости к воздействию влаги. Речной песок является одним из основных компонентов для производства кирпича и блоков, он также добавляется в состав асфальтной смеси, чтобы улучшить ее характеристики.

Но речной намывной песок стоит дороже, чем другие виды. За уникальные характеристики и высокую цену его часто называют «черной икрой» строительного рынка. Не стоит забывать и об экологическом статусе речного песка. В отличие от карьеров, река без вмешательства человека со временем сама восстанавливает запасы изъятых ископаемых.

Понимая ценность очищенного песка и большие запасы карьерного, мы готовы предложить инновационный способ очистки песка для повышения его качества, при этом не переплачивая средства за использование изначально высококачественного.

Глава 1. Основная информация о песке

Вопрос 1. Классификация песка

Песок – самый распространенный строительный материал. Потребности отраслей, которые используют этот материал, можно удовлетворить только путем его добычи в промышленных масштабах. Классификация по способу добычи позволяет определить, какой песок нужен для строительства, а какой больше всего подходит для пескоструйной очистки.

В соответствии с особенностями добычи, пески классифицируют на:

  • - речные;

  • - карьерные;

  • - намывные;

  • - эфельные;

  • - искусственно произведенные.

Речной песок

Этот вид сыпучего стройматериала добывается гидромеханическим способом с помощью специального оборудования — земснаряда. Земснарядом называется баржа, на которой установлен насос и резервуар со стоками для слива воды. Насос втягивает в резервуар со дна сырье. Влага из него стекает обратно в реку.

Рисунок № 3 – Земснаряд.

Карьерный песок

Для получения сыпучего сырья карьерного типа используется открытый способ добычи. Если песок обнаружен в открытом доступе, на месте его находки сразу осуществляется добыча. Для получения песчаных масс, которые не находятся на поверхности, производят взрыв грунта.

Рисунок № 4 – Разработка карьера по добыче песка.

Намывной песок

Добыча намывного вида песков аналогична получению сыпучего материала со дна реки. Намывной метод подразумевает создание искусственного водоема, из которого на берег поднимаются сырьевые массы с помощью погружного насоса. Вода стекает обратно в котлован и на месте выгрузки остается песок фракциями до 1,5 мм.

Рисунок № 5 – Добыча намывного песка.

Эфельный песок

Этот материал — побочный продукт золотодобычи. После завершения процесса выделения ценных металлов путем выщелачивания остаются мелкие фракции, которые не содержат руду. Масса таких фракций и составляет эфельный песок.

Рисунок № 6 – Зерна эфельного песка очень мелкие.

Искусственный песок

Для получения природных сыпучих смесей высокого качества применяется технология дробления. 80% искусственных песков изготавливается из кварца. Дробление и просеивание сырья на промышленном оборудовании дает на выходе однородную субстанцию с гранулами нужных размеров.

Рисунок № 7 – Цветной кварцевый песок.
Вопрос 2. Необходимость очистки песка

Очищение песка от сторонних включений может понадобится в таких случаях, как:

  • повышенное содержание вкраплений глины;

  • низкие прочностные характеристики исходного сырья (характерно для материалов с повышенным содержанием известняка или доломита);

  • при рассортировке смеси песка и гравия;

  • для получения песка высокого качества.

В процессе изготовления нерудных стройматериалов допускается использование устройств дробильно-сортировочного типа для грубой очистки песчано-гравийных и щебеночно-песчаных смесей, моечные аппараты для очищения песка от пыли, ила, различной органики. Одновременно с очищением нередко выполняют разделение песка по фракциям. При этом, промывка сырья может происходить как отдельный процесс или в качестве обработки, предшествующей замешиванию растворов.

Вопрос 3. Способы очистки песка

Для промывания песка применяются аппараты, предполагающие подачу материала в предусмотренный резервуар, где происходит очищение сырья от ненужных включений при помощи обработки водой. В итоге растворяющиеся примеси отделяются от песчаной пульпы и выводятся в отдельном потоке. Подобная технология считается самой простой и действенной в применении, ведь позволяет достичь высокого уровня очистки. Существуют стационарные и мобильные разновидности оборудования.

Также для очищения песка могут использоваться установки разных типов, которые отличаются друг от друга конструктивными элементами и принципом функционирования:

  • изделия корытного, шнекового, сабельного и т. д. типа, используемые для очищения мелкодисперсных нерудных материалов, загрязненных трудноразмываемой глиной;

  • скруббер-бутары или моечные барабаны, востребованные при очистке сильнозагрязненного сырья;

  • грохоты, оборудованные функцией орошения, предназначенные для удаления крупнозернистых включений и разделения сырья на фракции;

  • классификаторы с механизмом в форме спирали, использующиеся не только для очистки, но и для обогащения нерудных материалов;

  • аналоги для промывки сортировки, состоящие из модулей, которые способны работать как комплексно, так и в отдельности.

Использование очистительного оборудования позволяет получить качественный песок, пригодный для изготовления растворов, сооружения дренажных систем, отсыпки участков, ландшафтного дизайна и т. д.

Глава 2. Инновационный способ очистки песка

Вопрос 1. Добыча песка

    1. Пензенская область обладает обширными запасами песка, на территории региона активно ведется разработка двадцати крупных месторождений. Для добычи данного природного ископаемого используют технику, которая работает на дизельном топливе, это крупногабаритные экскаваторы. Именно они ведут разработку месторождений, для транспортировки песка в различные сферы используются самосвалы.

 


Рисунок № 8 – Экскаваторы и самосвалы.

Для разработки месторождения в нашем проекте мы решили использовать инновационные технологии двадцать первого века, работающие на чистой энергии солнца.

Рисунок № 9 – Манипулятор.

Манипулятор – запрограммированное электронное устройство, способное выполнять заложенные программой функции. Данный вид механизма, способен выполнять функции любого вида техники в зависимости от своей конструкции. В нашем инновационном проекте именно манипуляторы ведут разработку месторождения песка.

Для транспортировки добытого ископаемого используется беспилотный грузовик, работающий от той же энергии что и манипулятор.

Рисунок № 10 – Автобеспилотник.

Использование данного вида транспорта поможет снизить выбросы химических веществ в атмосферу. Так как для его пилотирования не нужен челок, грузоперевозки возможно вести в любое время суток, без перерывов и остановок.

Вопрос 2. Речная очистка

Полученное ископаемое отправляется в наше инновационное устройство расположенное в глубинах реки Сура.

На поверхности реки расположен пункт приема песка, в него необходимо загрузить весь полученный песок. Для начала его обработки песок опускается на глубину используя механические движения мы воспроизводим данный принцип.

Рисунок № 11 – Спуск на глубину.

При обычных обстоятельствах, в природных условиях карьерный песок при попадании в жидкость обретет свойства высококачественного за десять – пятнадцать недель, это зависит от силы течения и глубины водоема.

Для ускорения процессы переработки в нашем проекте мы используем дополнительные гидротурбины, они ускоряют течение и способствуют обработке песка.

Рисунок № 12 – Гидротурбины.

Гидротурбины расположены внутри механизма в который попадает песок при спуске. Это не несет вреда окружающей среде, после того как ускоренное течение проходит через полученный песок, оно замедляется за счет обратных гидромоторов. Данный процесс необходим для сохранения полученного объема песка внутри устройства.

После того как песок получил необходимую обработку по диагональным насосным каналам он отправляется на корабль.

Вопрос 3. Транспортировка очищенного песка

Волга – одна из крупнейших рек Российской Федерации, которая используются для крупных грузовых перевозок. В нашем регионе находиться ее крупнейших правый приток – река Сура.

Для увеличения объема транспортировок мы разработали механизм грузового корабля, который способен двигаться используя солнечную энергию, и энергию полученного от течения рек.

Рисунок № 13 – Транспортировочный корабль.

Рисунок № 14 – Итоговый проект.

Использование кораблей для транспортировки высококачественного песка в разные регионы страны, увеличит объемы полученного ископаемого и скорость перевозки не только внутри страны, но и впоследствии по всему земному шару.

Заключение

Песок является одним из самых основных строительных материалов в мире. Его добыча и очистка имеют огромное значение. В Пензенской области очень много месторождений песка, поэтому для нашего региона особенно важны вопросы повышения эффективности его добычи и очистки.

Применение дорогостоящей техники для добычи речного песка отражается на стоимости материала. Иногда для получения песка с донной части рек приходится использовать земснаряды с очень мощными насосами. Кроме того, значительное время занимает просушка песка. Из-за этих факторов цена материала достаточно высокая.

В нашем инновационном проекте мы задумались над альтернативным способом очистки карьерного песка, что потенциально может привести к повышению производительности добывающих предприятий и значительному увеличению объемов добычи высококачественного песка.

Список используемые источников и литературы

  1. http//www. etomesto.ru/maps-genshtab_n-38

  2. 2. http//www. google. ru/maps@53.1937944,44,997849z

  3. Агаева И. В. О распространении рогульника плавающего (Trapa natans L.) в Пензенской области и особенностях его экологии / И. В. Агаева, А. А. Чистякова // Известия ПГПУ им. В.Г. Белинского. – 2021. – № 25. – С. 29-34.

  4. Архангельский А.Д. Геологический очерк Пензенской губернии. Труды экспедиции, организованной Димо для изучения естественноисторических условий Пензенской губернии. – 1916. – Серия 1. – Вып.1.

  5. Географический атлас Пензенской области. Пенза. ОАО Обл. издательский центр. – 2005. – 60 с., ил., карт.

  6. Государственный доклад «О состоянии природных ресурсов и об охране окружающей среды Пензенской области в 2016 году». – Пенза. – 2017. – 130 с.

  7. Зайдфудим П. Х. Стратегия и механизмы инновационного развития долины реки Суры (конвергентное проектирование): т. I «Мониторинг экологической ситуации в бассейне реки Суры в пределах Пензенской области» / П. Х. Зайдфудим, А. И. Иванов, В. Н. Чупис. – МоскваТоропец: Изд. «РИТА». – 2011. – 180 с.

Просмотров работы: 16