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:     | 1 | 2 || 4 | 5 |

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

-- [ Страница 3 ] --

Самораспадающийся феррованадиевый шлак АК «Тулачермет» представляет собой порошкообразный высокодисперсный продукт белого цвета, имеющий следующий химический состав: [SiO2]=28,6 %; [Аl2О3]=2,3 %; [СаО]=59,96 %; [МgO]=13,76 %; [ТiO2]=0,78 %; [V2O5]=0,3 %; [FeO]=0,21 %; [МnO]=0,09 %; [Р2О5]-следы. Часть оксида кальция в составе этого шлака находится в связанном состоянии в виде минерала g-2СаОSiO2, образующегося при самораспаде шлака в результате полиморфного превращения b-2СаОSiO2. Вторая часть оксидов кальция и магния

(8 … 10 %) находится в свободном пережженном состоянии, что особенно ограничивает непосредственное применение этого шлака в сырьевых смесях строительных материалов, так как медленное и запоздалое гашение этих оксидов в затвердевших растворах или бетонах приводит к их разрушению.

Особый интерес для производства композитов представляют отработанные катализаторы при производстве аммиака, не подлежащие регенерации, например, катализаторы типа «К-482», «СНТК-I-7», «ГИАП-3» и др. Установлено, что катализатор «К-482» в тонкомолотом состоянии может выполнить функцию наполнителя и одновременно пигмента для декоративных вязко-текучих растворов с применением магнезиального вяжущего.

Также установлено, что отработанный отход «ГИАП-3», содержащий повышенное количество Al2O3, может применяться как добавка в шихту производства минеральной ваты взамен брака керамического кирпича. Отработанный отход «ГИАП-3» улучшает физико-механические свойства и жаростойкость шлакощелочных вяжущих. В этом направлении работа продолжается и находится на стадии испытаний. Особенно ценным отходом для производства композиционных материалов является отработанный катализатор «СТК-I-7», то есть катализатор железохромовой конверсии окиси углерода. Насыпная плотность гранул катализатора 1500 … 1700 кг/м3, цвет - темно-коричневый с вишневым оттенком. Катализатор «СТК-I-7» в сравнении с катализатором «К-482» содержит незначительное количество ионов SO3, что позволило испытать его в качестве пигмента в цементно-песчаных растворах и шлакобетонах.

Жидкий отход производства витамина А – водно-кислый раствор - представляет собой бесцветную жидкость без запаха плотностью 1,02 … 1,03 г/см3.Этот отход получается на второй стадии промывания d-иона – полуфабриката витамина А. В состав водно-кислого раствора входят: серная кислота 7,8 … 8 %; соляная кислота 0,13 … 0,2 %; сульфат натрия 0,25 … 0,3 %; следы органических смол и вода.

При обработке феррованадиевого шлака водно-кислым раствором происходит химическое взаимодействие кислот этого раствора с MgO и CaO, входящих в состав феррованадиевого шлака. Этим обеспечивается соответствующий ускоренный период в процессе приготовления сырьевой смеси силикатного кирпича MgO в Mg(OH)2 и CaO в Ca(OH)2.

В Тульском государственном университете исследован отработанный катализатор «К-482», не поддающийся регенерации и поступающий по мере отработки в отвалы. Отработанный катализатор «К-482» представляет собой темно-коричневые с бордовым оттенком гранулы в виде цилиндров с длиной 1,5 … 2 см и диаметром 0,5 … 0,7 мм и твердостью по шкале Маоса 2 … 2,5. Гранулы легко измельчаются до удельной поверхности 2000 см2/г и более. Эти отходы имеют следующий химический состав: гематит (Fe2O3) 89,2 … 90,4 %; оксид хрома (Cr2O3) 5,6 … 8,23 %; сульфат аммония (адсорбированный) (NH4)2SO3 остальное.

Отходы, которые образуются при обогащении углей, в среднем составляют 3 т на 1 т угля с постоянным ростом соотношения в сторону образования отхода к добываемому углю. Дисперсность отвалов составляет 1,9 … 3,0 мм в верхних ярусах и более 50 мм в нижних ярусах отвалов. Терриконы шахт Подмосковного бассейна имеют следующий состав: SiO2 - 53,7 … 83 %; Al2O3 - 9,6 … 16,4 %; Fe2O3 - 0,4 … 5,0 %; TiO2 - 0,3 … 1,1 %; MgO - 0,15 … 0,25 %; СаО - 0,3 … 2,5 %; МnO2 - 0,01 … 0,02 %; К2О - 0,2 … 0,8 %; Р2О5 - 0,02 … 0,5 %.

Кислотность отвалов составляет (3 … 5)рН и определяет класс токсичности. Состав железного колчедана: Fe - 27 … 45 %; S – 32 … 40%; С – 4,5 … 16 %; SiO2 – 7 … 10 %; Al2O3 < 3,3 %; СаО – 0,8 %; МgO – 0,6 %; МnО - 0,1 %; Сu - 0,5 %; Zn - 0,5 %; Рb – 0,5 %; Аs - 0,1 %; Sn, Ni, Be, B, V, Cr, Co, Ga, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Se, I – следы.

Бурые угли Подмосковного бассейна характеризуются сложным петрографическим составом и подразделяются на две группы: гумолиты, сапропелиты (последние встречаются редко). В зависимости от зольности бурые угли подразделяются на группы, (ГОСТ - 4810 – 73): 1) А < 30,0; 2) А = 30,0 … 35,0; 3) А = 35 … 40; 4) А = 40 … 45, где А - зольность, %. Это высокосернистые угли, с содержанием общей серы более 3 %.

Химический состав углей определяет содержание компонентов золы, основными из которых являются кремнезем - SiO2 и глинозем - Аl2O3, которые в сумме составляют 80 – 90 %, редко снижаясь до 70 %.

Технический анализ Подмосковных углей: влага рабочая WP - 32 … 40 %; влага горючая WГР - 7,5 %; зольность на сухую массу А – 39 … 45 %; сера общая S - 4,2 %; выход летучих на горючую массу V - 48%; высшая теплота сгорания - 27,5 МДж/кг; низшая теплота сгорания - 9,88 МДж/кг.

Горючая масса бурых углей Подмосковного бассейна имеет следующий химический состав: сера колчеданная, Sk – 4,4 %; сера органическая, SОР – 2,5%; углерод, СГ – 66,0 %; водород, НГ - 5,2 %; азот, NГ - 1,1 %; кислород, ОГ – 20,8 %. В рассматриваемых углях среднее содержание микроэлементов, г/т сухого вещества: Тi – 1350; Zn - 170; Zr – 116; Mn – 30; Pb – 27; V - 27; Nb до 25; Ni – 21; Мо – 20; Y – 18; Ga – 17; Сu – 9,5; Сr - 9,0; La - 6,3; Со – 5,16; Se – 4,5; Ве – 3,7; Sn – 2,3; Ge - 1,4; Аg - 0,6; Нg - 0,004.

Химический состав золы в расчете на биосульфидную массу: SiO2 – 46 %; Аl2O3 – 32 %; Fe2O3 - 15 %; CaO – 4 %; Mg – 1,0 %; R2O - 0,7 %; Na2O – 0,3 %; TiO2 - 1,0 %.

Золы ТЭС (золошлаковые отходы (ЗШО) от сжигания углей подмосковного бассейна) содержат Аl2О3 - 28 … 40 %; SiO2 - 45 … 58 %; Fe2O3 - 6 … 11 %, а также скандий, цирконий, титан, иттрий, галлий и др. металлы, присутствующие в буром угле.

Отходы металлургического производства составляют один из основных источников вторичного сырья для производства строительных материалов. Доменный металлургический шлак ОАО «Косогорского металлургического завода» с насыпной плотностью 800 … 1100 кг/м3 имеет следующий химический состав: SiO2 – 8,5 … 8,94 %; Al2O3 - 2,33 … 2,67 %; FeO - 13,13 … 13,30 %; Fe2O3 – 62,81 … 63,26 %; MnO – 0,28 … 0,30 %; Mg – 3,32 … 4,38 %; Cl-- - 9,7 … 12,8 %; H2O – 3,4 … 11,60 %.

Ферромарганцевые гранулированные шлаки имеют насыпную плотность 700 … 900 кг/м3; содержат 50 … 80 % стекловидной и 20 … 25 % кристаллической фазы (силикаты кальция, алюмосиликаты, оксиды железа, и кальция). Среднее содержание компонентов, %: Mn – 1,5; Cu – 0,05; Zn – 0,7; Au – 0,3; редкоземельных элементов – 0,1 … 4,0.

Ферромарганцевая колошниковая пыль содержит следующие компоненты: SiO2 – 9,9 … 13,7 %; Mn3O4 – 25,8 … 33,9 %; Fe2O3 – 5,86 … 14,7 %; CaO – 8,15 … 9,5 %; (Na2O + K2O) – 4,13 … 5,75 %; S – 0,85 … 1,38 %; Al2O3 – 2,85 … 2,90 %; FeO – 2,15 … 2,26 %; P – 0,13 … 0,15 %; C – 25 … 30 %.

Следовательно, целенаправленный синтез малоиспользуемых отходов, таких как, феррованадиевые шлаки и шламы, содержащие агрессивные кислоты (НF, HCl, H2SO4, H3PO4), отходы угледобычи, буроугольные золы и шлам газоочистки доменных печей в результате самопроизвольного химического процесса, протекающего между компонентами смешивающихся отходов, может образовывать нетоксичный конечный продукт, играющий роль ценной добавки или сырья для производства строительных материалов. Как правило, конечный продукт почти не требует дополнительных затрат энергии на его обработку.

Радиологическая характеристика отходов, которые можно использовать при производстве композиционных материалов и изделий, исследовалась путем измерения активности радионуклидов, находящихся в отходах. Измерения проводились с использованием гамма-спектрометрического тракта на базе анализатора АИ-4К с полупро­водниковым детектором типа ДГДК-125В с аналоговым блоком в стан­дарте «Вектор». Методика была разработана с учетом рекомендаций Государственной системы обеспечения единства измерений МИ 2143-91 по определению активности радионуклидов.

Программное обеспечение сопряженной со спектрометром ЭВМ по обработке спектров и расчету активности отвечало алгоритму изме­рения активности пробы с заданным нижним пределом: Аmin > А0, где А0 – активность с заданным нижним пределом; Аmin – минимальная активность фона. В качестве контрольного образца был исследован элементный состав пробы смеси скальных пород. При исследовании элементного сос­тава пробы смеси скальных пород определялось содержание радионуклидов и примесей металлов. Результаты измерения удельной активности отходов, которые могут использоваться для производства строи­тельных материалов, свидетельствуют о том, что удель­ная активность изменяется в пределах от 101 до 713 Бк/кг, а ее среднее значение составляет 305,1 Бк/кг. Анализ ре­зультатов статистической обработки данных вычислительных экспериментов показал, что наиболее приемлемой являет­ся гипотеза о нормальном законе распределения. В целом исследования показали, что исследованные отходы могут использоваться в качестве вторичного сырья для производства строительных материа­лов.

Отходы в процессе хранения изменяют свои свойст­ва, поэтому знание динамики этого процесса является основой системы комплексного мониторинга обращения с любыми видами вторичного сырья. В качестве эмерджентной характе­ристики состояния складируемой твердой смеси целесооб­разно использовать функцию распределения i для i-го физико-химического свойства как слагающих компонентов, так и массы отходов в целом. Такая функция может быть лег­ко идентифицирована. Например, i = 1 – плотность отхо­дов, представляющая собой объемное распределение мас­сы; i = 2 – удельная активность, характеризующая объем­ное распределение интенсивности радиоактивного распада радионуклидов в отходах; i = 3 – концентрация j-го ком­понента в отходах, которая является распределением массы компонента в составе твердой смеси (это распреде­ление легко представить в виде распределения массы по объему смеси). Математическая модель динамики распределения физико-химических свойств отходов на полигонах и в отвалах имеет следующий вид:

, (1)

, (2)

где t, – время процесса и длительность хранения со­ответственно; i – константа скорости изменения i-го свойства; io, ic – плотность распределения во времени i-го свойства отходов в начальный момент времени (т.е. в момент их образования) и в момент времени, со­ответствующий началу хранения.

Решение краевой задачи (1) – (2) получено в виде

 (3) Результаты вычислительных экспериментов (рис. 1), анализ которых показал, что-2 (3)

Результаты вычислительных экспериментов (рис. 1), анализ которых показал, что рас­пределение средних значений физико-химических и техно­логических свойств отходов при их складировании на по­верхности Земли изменяется за время хранения до неко­торого фиксированного значения, равного ic exp(–i).

Ре­шение (3) справедливо, пока время хранения отходов t не превосходит некоторого предельного значения . Далее материал может терять свои потребительские свой­ства, что формально выражается значением плотности распределения этих свойств, стремящейся к нулю (весь запас техногенного сырья отгружается потребителю или выбывает из категории балансовых запасов из-за истечения срока годности). Аналогичный под­ход вполне приемлем к оценке плотности распределения свойств уже изготовленных композиционных материалов и изделий. В этом случае можно оценить срок службы материала, задав век­тор критических значений плотности распределения экс­плуатационных свойств. Тогда оценивается и период об­разования новых отходов, но уже на этапе эксплуатации изделий.

С ростом использования отходов в произ­водстве композиционных материалов необходимо совершенст­вовать вопросы исследования экологической безопасности помещений, в которых будут использоваться те или иные мате­риалы и строительные изделия. На современном этапе развития знаний по данному вопросу целесообразно рас­смотреть виртуальные (не запрещенные законами термоди­намики реагирующих сред) схемы химических реакций в строительных материалах из отходов произ­водства горной промышленности.

В технологии холодного твердения низкотемпературные модификации SiO2 CaF2 и SiO2 P2O5 разлагаются водой:

(4)

Серосодержащие компоненты также разлагаются молекулами воды:

(5)

Расход кислорода на процессы окисления оксидов и сульфидов металлов низших степеней окисления:

 (6) Графики зависимости i от  при различных значениях параметра i, при i,-5 (6)

 Графики зависимости i от  при различных значениях параметра i, при i,-6

 Графики зависимости i от  при различных значениях параметра i, при i,-7

Рис. 1. Графики зависимости i от при различных значениях

параметра i, при i, соответственно равном: 1 – 1; 2 – 2;

3 – 3; 4 – 4; 5 – 5; 6 – 6; 7 – 7; 8 – 8; 9 – 9; 10 – 10

Вероятность реализации той или иной схемы хи­мических реакций определяется внешними условиями, но при этом разработка мероприятий по защите среды обитания людей от вредных воздействий является обязательной. В целом результаты исследований показывают, что в определенных условиях возможно образование токсичных примесей в материалах.

Термодинамические расчеты подтвердили вероятность виртуальных схем и показали, что при определенных технологических приемах возможно образование минералов типа щелочных и щелочно-земельных алюмосиликатов, а также газовых выделений. Для проверки термодинамических расчетов были выполнены комплексные исследования, включающие петрографические, дифференциально-термические, ИК-спектральные, рентгеноструктурные исследования образцов, полученных из отходов. При этом изучались структура, фазовые переходы, процессы минералообразования.

Рентгенограммы твердой фазы материала, термограммы и ИК-спектрограммы (рис. 2, 3, 4) подтвердили наличие указанных минеральных новообразований в виде анальцима, натролита, вайракита.

 Рентгенограммы композита состава «шлак + плав + террикон» 1 – кривая потери в-8

Рис. 2. Рентгенограммы композита состава «шлак + плав + террикон»

1 – кривая потери в массе; 2 – кривая эндотермического эффекта. Рис. 3. Термограмма анальцима ИК-спектр анальцима (а), ИК-спектр того же образца после дейтрации (б). Рис. 4. ИК-спектрограммы анальцима

Структура материала (рис. 5) характеризуется наличием капиллярных и глеевых пор – открытых, закрытых и сообщающихся – размером от 9·10-7 м до 10-9 м, т.е. в общем объеме материал имеет капиллярно-пористое строение.

 Структура капиллярно-пористого материала, полученного из промышленных-11

 Структура капиллярно-пористого материала, полученного из промышленных-12

Рис. 5. Структура капиллярно-пористого материала,

полученного из промышленных отходов (-x400)

При этом такие ситуации возможны как для материалов, полученных из отходов, так и для композитов из традиционных (природных) материалов, которые принято считать безопасными по газовому фактору. Это, в первую очередь, жилые помещения и рабочие помещения гражданских и промышленных зданий. В целом, проведенные комплексные исследования показали, что важнейшую роль в решении экологических и природно-ресурсных проблем должны сыграть методы системного анализа и математического моделирования процессов экологически безопасного производства и эксплуатации строительных материалов из отходов, образующихся на территории горнопромышленного региона.

Планы социально-технического развития, включающие крупномасштабные проекты использования отходов, обязательно должны оцениваться по их долговременным экологическим последствиям. Эти принципы были использованы при разработке новых способов производства строительных материалов из отходов горного производства и ТЭК. Характеристики некоторых из них приведены в табл. 3.

Таблица 3

Формовочная вяжущая смесь (патент № 2118624 от 10.09.98)

Компоненты смеси и наименования свойств Номер опыта, состав смеси (%) и показатели свойств
1 2 3 4
1.Низкокальциевая буроугольная зола-унос 70 75 - -
2.Смесь золы-уноса и молотого котельного шлака - - 77,5 77,95
3.Известь-пушонка 10 12,5 15,0 20,0
4.Полуводный гипс 18 10,25 5,0 2,0
5.Сера 2 2,25 2,5 -
6.Жидкий отход производства полистирола 20 21,0 22,5 -
7.ПАВ - - - 0,05
8.Вода - - - 20
Свойства
1.Средняя плотность спрессованных сухих образцов смеси, кг\м3 1500 1450 1400 1750
2.Предел прочности при сжатии, МПа 16,1 16,5 16,8 8,2
3.Коэффицент конструктивного качества (Rсж/c)103 10,7 11,4 11,5 -


Pages:     | 1 | 2 || 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.