Пигменты на основе шламов водоочистки для декоративного бетона и лакокрасочных композиций

Было также проанализировано влияние добавок пигмента на прочность и структуру цементного камня. Данные о прочности образцов из декоративного вяжущего представлены в таблице 6.

Таблица 6 – Прочность образцов цементного камня

Как следует из таблицы, при дозировке марганцевого пигмента до 5 % не происходит значительного снижения прочности цементного камня. Введение в цемент пигмента практически не влияет на плотность цементного камня.

На следующем этапе исследовалась прочность бетонных изделий при различных добавках пигмента. Результаты представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Прочность бетона при сжатии на ПЦ-400 Д20 с марганцевым пигментом

Как следует из результатов, приведенных в таблице 7, ярко выраженной зависимости прочности бетона при введении до 10% пигмента не наблюдается. Можно предположить, что при небольших дозировках марганцевый пигмент выполняет роль демпфирующей добавки, повышая прочность образцов. При больших дозировках пигмент обволакивает поверхность заполнителя бетонной смеси и препятствует набору прочности, так как не является связующим материалом.

Шестая глава посвящена решению компоновки принципиальной технологической схемы переработки марганцевого шлама и расчету экономико-экологической эффективности процесса.

Исходя из исследованных параметров получения пигмента, предлагается следующая технологическая схема (рисунок 9).

Рисунок 9 – Технологическая схема переработки марганцевого шлама в пигмент

Исходный марганцевый осадок поступает в аппарат репульпации исходного сырья – 1, в котором происходит «распускание» агрегатов осадка. Получившаяся суспензия осадка насосом 2 подается на два последовательно расположенных гидроциклона, которые необходимы для отделения частиц песка (42,23 % по массе). Песок направляется на песковые площадки – 8 для подсушки и дальнейшего использования, например в качестве наполнителя для гидроизоляционных мастик или минерального порошка при производстве асфальтобетона. Очищенный марганцевый шлам поступает в сборник очищенного от песка сырья – 4, откуда насосом подается в отделение фильтров – 5. Отфильтрованный продукт подается в прокалочную печь – 6, где происходит обжиг марганцевого шлама при температуре 600 0С в течение 2 часов, и далее, с помощью транспортера, подается на размольное оборудование – 7. В качестве размольного оборудования можно принять шаровые (струйные) мельницы или дисмембратор.

Стоимость работ по захоронению осадка рассчитывается, как сумма оплаты захоронения отходов на полигоне твердых бытовых отходов и платы за перевозку грузов автомобильным транспортом. Расчет платы за захоронение необходимо вести по формуле

Пзах.=СплmотхКэколКинф,

где Спл – ставка за захоронение 1 тонны отхода в ценах 1992 г., 2000 руб/т;

mот – масса отходов, подлежащих захоронению, 33 т;

Кэкол – коэффициент экологической значимости территории Уральского региона, 1,7;

Кинф – коэффициент инфляции с 1992 на начало 2010 г., 39,8.

Пзах.=2 000 руб./т33 т1,739,84,46 млн. руб.

Исходя из годового объема марганцевого шлама 33 т, процентного содержания полезной компоненты (соединений марганца) примерно 30% и технологических потерь в размере 20-30 %, ориентировочный выход пигмента составит 10 т. Себестоимость одного килограмма пигмента составит

Выручка от реализации (ВР) товарного продукта, исходя из рыночной стоимости 1 кг аналогичного пигмента – 100 руб, составит

ВР=10 000кг ·100 руб/кг=1,0 млн.руб.

В целом, как и во всем мире, технология, направленная на экологическую безопасность, является убыточной. Однако возможно получить прибыль за счет экономии средств, направленных на захоронение. В данном случае величина возможной экономии отождествляется суммой прибыли (ПР), которая составляет 3,4 млн. руб. в год.

На основе марганцевого пигмента, полученного по технологии разработанной в строительной лаборатории УГНТУ, на ООО «ОДА» (г.Нефтекамск) была выпущена партия краски состава: олифа (оксоль) – 82%, пигмент – 18%.

Было принято решение о применении предложенной технологической схемы переработки шлама в пигмент на предприятии МУП «Нефтекамскводоканал». Экономический эффект ожидается за счет ликвидации захоронения шламов на полигоне – более 3 млн. рублей.

Основные выводы:

1. В результате исследования шлама очистки подземных вод Патраковского водозабора г.Нефтекамска установлено, что он содержит свыше 30% соединений марганца, около 40% оксида кремния и является ценным сырьем для получения пигментов строительного назначения. Для получения пигмента в лакокрасочных композициях требуется выделить из шлама частицы оксида кремния и удалить органические соединения, массовая доля которых составляет ~10%. При применении пигмента для окрашивания декоративных бетонов удаление частиц оксида кремния необязательно.
2. Исходя из результатов исследования процессов, происходящих при обжиге шлама, следует, что повышение температуры обжига выше 600 0С не целесообразно. Частицы обожженного порошка, состоят из кварцевого ядра с выкристаллизованными на его поверхности частицами оксида марганца. При температуре около 600 0С происходит фазовый переход -кварца в -кварц, с изменением объема ядра частицы, крупные частицы начинают разрушаться на более мелкие, это позволяет в дальнейшем сократить затраты на помол обожженного порошка.
3. Получен пигмент, содержащий более 50% оксидов марганца, содержание оксида кремния примерно 30%. Основные свойства: укрывистость – 6,5 г/м2, маслоемкость – 21,9 гмасла/100 гпигм., удельная поверхность – не менее 8000 см2/г.
4. Технологический процесс получения пигмента состоит из следующих операций:

• выделение из шлама крупных частиц гравиметрическим методом;
• обжиг шлама при температуре 600 0С в течение 2-х часов для удаления органических соединений, воды кристаллогидратов, фазовых переходов марганцовистых соединений и двуокиси кремния.
• размол обожженного порошка.

5. Для получения акрилового покрытия серого цвета необходимо ввести в акриловую белую краску (90% - акриловый лак, 10% - титановые белила) от 0,5 до 2% марганцевого пигмента; для получения лакокрасочного покрытия черного цвета необходимо в олифу (оксоль) добавить 10-15 % марганцевого пигмента.
6. При изготовлении декоративных бетонов введение марганцевого пигмента возможно в пределах до 10% от массы цемента. При этом прочность цементного камня и бетона существенно не изменяется.
7. Предложена технологическая схема производства пигмента из шлама водоочистки мощностью 10 тонн/год. Основное оборудование: аппарат репульпации осадка; мешалка ВМ 1060Е, 2 шт; насос ФГП 20/10 А, 2 шт; гидроциклон ГЦ 75, 2 шт; сборник сырья, 2 шт; фильтр, 4 шт; прокалочная печь ПК-5.20.5/4; измельчитель-дезинтегратор ПОТОК-3000 М.
8. При реализации предложенной по изготовлению строительных пигментов из шлама очистки вод Патраковского водозабора с учетом экологических аспектов можно ожидать экономический эффект более 3,0 млн. рублей в год (в ценах 20010 г.).

Содержание работы опубликовано в 10 научных трудах, из них 5 статей опубликованы в изданиях, включенных в перечень рецензируемых научных журналов и изданий, выпускаемых в Российской Федерации в соответствии с требованиями ВАК Минобразования и науки РФ. Получен 1 патент РФ на изобретение.

1 Шаяхметов Р.З. Деманганация природных вод (на примере Краснокамского района и г.Нефтекамска РБ) / В.Д. Назаров, С.Г. Шаяхметова // Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2004: перспективы и пути развития: Межвузовский сборник научных статей /редкол.: В.И. Агапчев и др. – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – С. 199 – 207

2 Назаров В.Д. Особенности деманганации природных вод г.Нефтекамска /В.Д. Назаров, С.Г. Шаяхметова, Р.З. Шаяхметов; редкол.: В.И. Агапчев и др.// Строительство, архитектура, коммунальное хозяйство-2004: перспективы и пути развития: межвузовский сборник научных статей – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2004. – С. 208 – 214.

3 Назаров В.Д. Биологический метод окисления марганца в системе водоснабжения г.Нефтекамска /В.Д. Назаров, С.Г. Шаяхметова, Ф.Х. Мухнуров, Р.З. Шаяхметов // Вода и экология. – 2005. – № 4. – С. 28 – 39.

4 Шаяхметов Р.З. Пути решения проблемы утилизации марганцевого осадка на примере г.Нефтекамска Республики Башкортостан /Р.З. Шаяхметов, В.В. Яковлев; редкол.: В.И. Агапчев и др.//Проблемы строительного комплекса России: материалы X Международной научно-технической конференции при X специализированной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство – 2006» – Уфа: Изд-во УГНТУ, 2006. – Т. 1. – С. 168 – 170.

5 Шаяхметов Р.З. Получение пигмента в результате утилизации отходов в процессе очистки подземных вод (на примере Патраковского водозабора г. Нефтекамска) /Р.З. Шаяхметов, В.Д. Назаров, В.В. Яковлев, С.Г. Шаяхметова// Башкирский химический журнал – 2007. – Т. 14, № 2. – С. 90.

6 Шаяхметова С.Г. Роль железобактерий при очистке воды от марганца Патраковского водозабора Краснокамского района РБ /С.Г. Шаяхметова, В.Д. Назаров, Р.З. Шаяхметов, В.В. Яковлев// Башкирский химический журнал. – 2007. –Т.14, №2. – С. 126 – 130.

7 Шаяхметов Р.З. Производство строительных пигментов из шламов очистки подземных вод питьевого назначения (на примере Патраковского водозабора г.Нефтекамска РБ)/ Р.З. Шаяхметов, В.В. Яковлев// Бюллетень строительного комплекса РБ. – 2007. – Т.4. – С. 40-43.

8 Шаяхметов Р.З. Методика и практика обоснования эколого-экономической эффективности проекта утилизации марганцевого осадка / Р.З.Шаяхметов, С.А. Исмагилов, В.В.Яковлев, З.А. Фатхутдинов // Башкирский химический журнал. – 2007. Т.14, №4. – С.98-100.

9 Шаяхметов Р.З. Строительные пигменты из шламов водоочистки / Р.З. Шаяхметов, В.Д. Яковлев// Строительные материалы. – 2008. – Т.12. – С. 32-33.

10 Шаяхметов Р.З. Деманганация подземных вод и утилизация шламов водоочистки / Р.З. Шаяхметов, В.Д. Яковлев//Водоснабжение и санитарная техника №10, ч. 2, 2009 г. – Москва: Изд-во ВСТ – С. 25-30

11 Патент №2325332 от 20 июля 2006 г. Способ очистки воды от марганца / В.Д. Назаров, С.Г. Шаяхметова, Р.З Шаяхметов. Опубликовано 27.05.2008. Бюл. №15.