авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Обоснование эколого-технологических положений системы обращения с отходами производства горнопромышленного региона

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

РЯБОВ Геннадий Гаврилович

обоснование эколого-технологических

положений системы обращения с отходами производства горнопромышленного региона

Специальность 25.00.36 – Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Тула 2009

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Качурин Николай Михайлович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

русак Олег Николаевич

доктор технических наук, профессор

Фатуев Виктор Александрович

доктор технических наук, профессор

СЕРГЕЕВ Сергей Валентинович

Ведущая организация – Открытое акционерное общество «Тульское научно-исследовательское геологическое предприятие» (ОАО «Тульское НИГП»).

Защита диссертации состоится « » 2009 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.09

при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тульский государственный университет» по адресу: 300600, г. Тула, пр. Ленина, 90, ауд. 6-302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан « » 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д-р техн. наук, проф. А.Е. Пушкарев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные масштабы воздействия на атмосферу и гидросферу, а также техногенная активизация геохимического переноса сопоставимы с геологическими процессами. Очевидно, что развитие человеческого общества невозможно без взаимодействия с окружающей средой, а, следовательно, и воздействия на природу без использования природных ресурсов. Однако стала очевидной настоятельная необходимость проведения фундаментальной реструктуризации современных технологий природопользования, обусловленной эмерджентным проявлением разрозненных и совокупных воздействий на окружающую среду различных отраслей промышленности. Это связано с тем, что отраслевое деление ответственности за производимые отходы не позволяет создать достаточно эффективную систему комплексного обращения с отходами производства, обеспечивающую максимально возможное использование промышленных отходов в качестве минерального сырья.

Вследствие того, что ежегодная мировая добыча минерального сырья составляет около 100 млрд т, только из-за развития отвалов из хозяйственного оборота изымается до 10 млн га земли. В отвалы на протяжении многих лет направляются вскрышные известняки, огнеупорные глины, каолинистое сырье, песчаники, кварциты, фтористые и нефелиновые отходы обогащения, солевые шламы. Накоплено более сотни миллиардов различных горных пород, которые по своему качеству часто превосходят то нерудное сырье, которое добывают предприятия производства строительных материалов.

В России ежегодно образуются около 7 млрд т отходов, из которых используются только 1,5 – 2 млрд т, и под полигоны отчуждается около 10 тыс. га пахотной земли. На территории страны в отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд т только твердых отходов. Среди твердых отходов значительную часть составляют отходы горной промышленности, золы и шлаки ТЭС, шлаки черной и цветной металлургии. По ориентировочным подсчетам, ежегодно в стране образуется более 3 млрд т только отходов горных предприятий.

По данным органов Государственного контроля и надзора за природными ресурсами, доля используемых отходов по стране составляет 5 – 8 %. Например, в Тульской области в 1995 г. было утилизировано 800 тыс. т токсичных и малотоксичных отходов, а в период с 1996 по 2007 гг. этот показатель увеличился на 18,3 %. Однако этот показатель в недавнем прошлом, в промышленности бывшего СССР составлял 29 %. Остается он крайне низким и по сравнению с мировой практикой. В Западной Европе (Франция, Германия, Италия, Англия) этот показатель составляет до 58 %, в Северной Америке (США, Канада) – до 63 %, в Японии – до 87 %, Китае – до 37 %.

Комплексное использование сырья и промышленных отходов металлургических, энергетических, горнодобывающих и химических предприятий является острейшей проблемой не только России, но и любого экономически развитого государства, и, как показала практика, отходы именно этих отраслей промышленности, во-первых, производятся в наибольших количествах, и, во-вторых, представляют серьезную экологическую опасность. Особую остроту эта проблема приобретает в условиях наблюдающегося подъема угольной промышленности в России. Показательными в этом отношении являются Кемеровская и Тульская области.

По данным государственной статистической отчетности за 2006 год, только на территории Кемеровской области образовалось 1 701 366,229 тыс. т отходов производства и потребления. Из общего количества отходов использовано 944 175,894 тыс. т; обезврежено 13,539 тыс. т; размещено на объектах 734 038,251 тыс. т (в том числе на собственных объектах размещено на хранение 732 600,828 тыс. т, на захоронение – 1 437,423 тыс. т). В Кузбассе образование отходов в 2006 году превышает образование отходов 2005 года на 351 689,839 тыс. т (26,18 %). Рост объема отходов обусловлен преимущественно увеличением количества вскрышной породы (V класс опасности) в связи с ростом добычи каменного угля.

Подмосковный бассейн, расположенный в нескольких областях Центрального Федерального округа, имел наибольшую концентрацию горных работ в Тульской области. Тульская область относится к ведущему промышленному региону Российской Федерации с высоким экономическим потенциалом и, как и любой промышленный регион, она располагает «второй геологией» - значительными запасами разнообразных отходов, накопленными в течение десятилетий. Это отходы горнодобывающей, металлургической, теплоэнергетической, машиностроительной, химической и других отраслей промышленности. Общий объем накопленных отходов составляет более 70 млн т с ежегодным поступлением в 10 млн т.

В этих условиях особую остроту приобретает проблема экологически рационального использования отходов производства как вторичного сырья и разработки научных принципов в создании новых технологических регламентов производства товарной продукции из отходов, и, прежде всего, из твердых отходов. Поэтому научное обоснование эколого-технологических положений системы обращения с отходами производства на территории горнопромышленного региона является актуальным.

Диссертационная работа выполнялась в рамках тематических планов Федеральной целевой программы «Интеграция», межрегиональных научно-технических программ «Прогноз» и «Экологически чистое горное производство», тематических планов госбюджетных и хоздоговорных НИР ТулГУ, а так же при поддержке аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы на 2009 – 2010 гг.»,

Целью работы являлись установление новых и уточнение существующих закономерностей использования отходов производства на территориях горнопромышленных регионов для разработки эколого-технологических положений системы комплексного обращения с промышленными отходами, позволяющей снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов.

Идея работы заключается в том, что теоретические положения создания системы комплексного обращения с промышленными отходами, позволяющей снизить техногенную нагрузку на окружающую среду и обеспечить рациональное использование вторичных минеральных ресурсов, основываются на установленных физико-химических закономерностях взаимодействия компонентов техногенных месторождений, влияющих на качество вторичного сырья, интенсивность газообмена с атмосферой и энергоемкость технологий утилизации отходов горных предприятий.

Научные положения, выносимые на защиту:

- распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов техногенных месторождений изменяется за время их хранения до некоторого фиксированного значения, а далее материал теряет свои потребительские качества, что формально выражается значением функции плотности распределения полезных свойств минерального компонента, стремящейся к нулевому значению;

- управляемый синтез, протекающий в смеси из двух или нескольких легко смешивающихся между собой отходов горного производства и смежных отраслей промышленности, в результате химических процессов образовывает нетоксичные конечные продукты, являющиеся вторичным минеральным сырьем;

- экологическая оптимизация процесса получения композитов из отходов горного производства формально сводится к задаче линейного программирования, в которой условие неубывания целевой функции, характеризующей энергоемкость технологий переработки отходов, свидетельствует о том, что ее минимум может быть обеспечен при минимуме всех функций, входящих в ее состав;

- нестационарные одномерные поля концентрации кислорода, проникающего в пористую структуру материала, изготовленного из отходов, и концентрации газов, образующихся в данной пористой среде, корректно описываются уравнениями параболического типа в частных производных;

- диффузионные нестационарные одномерные поля концентрации газов, используемых для повышения плотности материала, изготовленного из отходов, представляют собой монотонно убывающие функции, которые стремятся к некоторому асимптотическому значению;

- физически обоснованным и практически целесообразным для расчета валовых выбросов газов в атмосферу при технологических процессах повышения плотности материала является использование методов интегральной газовой динамики.

Новизна научных положений:

- обосновано использование одномерного уравнения гиперболического типа в частных производных для описания динамики распределения средних значений физико-химических и технологических свойств отходов в техногенных месторождениях;

- доказано, что при целенаправленном синтезе в смеси отходов протекают химические реакции, не только способствующие образованию новых ценных сырьевых продуктов, но и производящие работу диспергирования твердой фазы;

- установлены закономерности диффузионного переноса кислорода и газообразных продуктов химических реакций в пористой структуре вещества материалов, изготовленных из отходов, отличающиеся тем, что профили концентраций газовых компонентов описываются с учетом кинетики сорбционного взаимодействия с твердой фазой на макрокинетическом уровне и интенсивности химических реакций;

- термодинамическими расчетами доказаны возможные схемы химических реакций в материалах, полученных из отходов горного производства и сопровождающимися образованием токсичных газов;

- обосновано, что эмерджентный эколого-технологический показатель характеризует энергоемкость технологий переработки отходов горного производства и смежных отраслей промышленности на территории горнопромышленного региона;

- получены расчетные зависимости определения воздухообмена в помещениях, отделанных материалом с пористой структурой, учитывающие кинетику газообмена в замкнутом объеме;

- получены зависимости выделения газов ократирования бетонов в атмосферу при вторичном использовании фторидов кремния.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

- обоснованным использованием классических методов физической химии, математической физики, математической статистики и современных достижений вычислительной техники;

- достаточным объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей, обоснованности выводов, рекомендаций и коэффициентами корреляции;

- результатами опытно-промышленной апробации разработанных методик и положительными решениями Государственной патентной экспертизы по заявленным техническим решениям.

Практическая значимость работы заключается в том, что разработаны новые технологические подходы к получению композитов из отходов горных предприятий с использованием отходов других отраслей промышленности (новизна подтверждена положительными результатами Государственной патентной экспертизы), позволяющие рационально использовать природные ресурсы за счет вовлечения в технологические циклы отходов горно-металлургических и химико-технологических предприятий, а также тепловых электростанций.

Разработаны комплекты математических моделей для прогнозирования процессов газообмена между воздушной средой и веществом строительных материалов помещений, позволяющие решать задачи воздухообмена; комплекты математических моделей для прогноза валовых выбросов газов ократирования бетонов в атмосферу. Комплекты существенно облегчают решение задач инвентаризации источников загрязнения воздушного бассейна, что повышает эффективность САПР технологических процессов и экологической экспертизы на всех этапах производства и эксплуатации материалов из отходов горных предприятий.

Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены на горных предприятиях г. Тулы и Тульской области и использованы природоохранными службами администрации Тульской области на основе технических условий (ТУ 113-03-26-19-89 «Камни стеновые», ТУ 38.303-25-14-89 «Блоки каменные», ТУ 113-03-26-20-90 «Черепица цементно-песчаная», ТУ 65.05-51-89 «Блоки из бетона на шлакощелочном вяжущем для стен подвала» и др.), технологических регламентов (Технологический регламент на производство камней бетонных стеновых СКЦ-1М 1991 г., Технологический регламент на производство ЧЦМ-1 1991 г. и др.), рекомендаций на производство строительных материалов (Рекомендации по оптимальным составам стеновых полнотелых блоков марок 35-50 1990 г., Рекомендации норм расхода компонентов сырьевой смеси камней бетонных стеновых 1991 г. и др.). Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов для студентов, обучающихся по специальностям 320700 – Охрана окружающей среды и рациональное природопользование и 270106 – Производство строительных материалов, изделий и конструкций, а также использованы при выполнении договорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете.

Апробация работы. Научные положения и практические результаты диссертационной работы в целом и отдельные ее разделы докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях кафедр аэрологии, охраны труда и окружающей среды и строительных материалов ТулГУ (г. Тула, 1985 – 2009 гг.); ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (1985 – 2009 гг.); 1-й Международной конференции «Проблемы создания экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного производства» (г. Тула, 1996 г.), 2-й Международной конференции по проблемам экологического образования (г. Тула 1996 г.), 1-й Международной конференции по проблемам экологической и технологической безопасности «Белые ночи» (г. Санкт-Петербург, 1997 г.), 2-м Международном симпозиуме «Remediation of Hazard Wastes» (Чехия, г. Прага, 1997 г.), на совещании представителей общественной организации «Albany-Tula Alliance», от Государственного университета штата Нью-Йорк (США), ТулГУ и администрации Тульской области (г. Тула, 1997 г.).

Керамические изделия из отходов горно-металлургической промышленности экспонировались на Международной Лейпцигской ярмарке (Германия, 1997 г.); Международной выставке в Дюссельдорфе (Германия, 1998 г.), Международной выставке в Берлине (Германия, 1999 г.).

В 2000 г. отдельные разделы работы докладывались на Международном экологическом конгрессе «Новое в экологии, безопасности жизнедеятельности» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.), Международном экологическом симпозиуме «Перспективные информационные технологии и проблемы управления рисками на пороге нового тысячелетия», «Белые ночи – 2000» (г. Санкт-Петербург, 2000 г.); 3-й Международной научно-практической конференции «Высокие технологии в экологии»( г. Воронеж, 2000 г.); Международной конференции «Освоение недр и экологические проблемы – взгляд в 21-й век» (г. Москва, 2000 г).

В 2001 – 2003 гг. доклады представлялись на Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2001 г.); IV Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2003 г.); 1-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, 2003 г).

В 2005 г. доклад был представлен на VI-м Международном симпозиуме (Югославия), г. Будва, на VI-ой Международной научно-техничес­кой конференции «Актуальные проблемы строительства и строительной индустрии» (г. Тула, 2005г.).

В 2007 г. – на III-й Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2007г.).

В 2008 г. – на VI-ой Международной конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики (г. Тула, 2008г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 76 научных работ. В том числе: одна брошюра, три монографии, 29 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 17 авторских свидетельств и 9 патентов, 17 работ – в материалах всесоюзных, всероссийских, международных конференций и других изданиях.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, содержит 47 иллюстраций, 30 таблиц и список литературы из 300 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность д-ру техн. наук, проф. Э. М. Соколову, д-ру техн. наук, проф. Е. И. Захарову за постоянную поддержку и методическую помощь в проведении исследований, а также проф. М. И. Горбачевой, д-ру техн. наук, проф. Н. И. Мелиховой, д-ру техн. наук, проф. И. В. Панферовой  за совместную работу и ценные научные и методические советы в разработке проблемы.

Основное содержание работы

Проблема комплексного использования минерального сырья, утилизация отходов и создание малоотходных и безотходных технологий в ведущих ресурсоемких отраслях промышленности приобрели исключительную актуальность в начале ХХI в. Фундаментальные теоретические положения и практические рекомендации экологически рационального обращения с отходами производства сформулированы в трудах М.И. Агошкова, С.А. Ахраменко, А.В. Долгорева, Б.Б. Бобович, Ю.А. Израэля, К.Н. Трубецкого, П.А. Игнатова, Н.М. Качурина, Е.И. Захарова, А.П. Курковского, Б.Н. Ласкорина, Н.В. Мельникова, Н.Н. Моисеева, Л.Н. Попова, О.Н. Русака, Н.И. Володина, Э. М. Соколова, Н. Н. Семенова, А. Ф. Симанкина, Н. Н. Чаплыгина, П. И. Боженова, и многих других.

Современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме, цель и идея работы определили необходимость постановки и решения следующих задач.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.