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 ||

Утилизация отходов обогащния алмазоносной руды месторождения имени м.в. ломоносова

-- [ Страница 2 ] --

Водонасыщяемость породы была определена на приборе для измерения набухания грунтов (ПНГ) (рис. 2).

Время, мин

Исходная порода

 Сравнительная диаграмма водонасыщения исходной породы и обезвоженной-1

Рис. 2. Сравнительная диаграмма водонасыщения исходной породы и обезвоженной глинистой суспензии.

Для определения числа пластичности глинистая пульпа хвостов была предварительная обезвожена, затем насыщена водой до формовочного состояния. Определение числа пластичности произведено для глиняной массы хвостов рабочей консистенции, то есть для глины с формовочной влажностью. Определение формовочной влажности проводилось согласно ГОСТ 21216.93.

Предел текучести по итогам 10 замеров составил Wt=44; предел пластичности Wp=30; число пластичности П=14.

Глина с числом пластичности 14 является умеренно-пластичной по классификации ГОСТ 9169.75 и может успешно применяться в производстве керамических изделий.

Располагая отобранной с хвостохранилища глинистой пульпой, были проведены опыты по экспериментальному получению образцов стройматериалов. Полученная пульпа усреднялась путем отбора проб в зоне водосборного колодца хвостохранилища с разных глубин (3; 3,5; 4; 4,5; 5; 5,5; 6, 6,5;7 м). Пульпа заливались в ванну для выпаривания осадка путем естественного испарения при комнатной температуре. Средняя плотность твердого осадка составила 1,14 г/см3. Плотность пульпы, поступающей с хвостохранилища, близка к плотности воды – 1,04 г/см3. Опыты по выпариванию осадка из раствора показали, что содержание твердых частиц в сухом виде составляет 11% общей массы. Полученные показатели определялись по ГОСТ 5180-84.

Из общей глинистой массы компрессионным кольцом были изготовлены шайбы диаметром 32 мм и высотой 32 мм.

Пробы обжигались при разных температурах в муфельной печи Поликон-613. Обжиг разделялся на несколько этапов:

1) Сушка. Температура 120 C в течении 10 часов. За это время из образцов испаряется вода.

2) Дегидратация. Температура 600 C в течении 5 часов. За это время из образцов удаляется химически связанная вода. Формула приобретает вид - Мg3Si4010.

3) Обжиг. Было проведено 3 варианта обжига при температурах 800, 900 и 1000 C в течении 4 часов.

4) Остывание. В течении 5 часов до температуры 50 C.

На выходе с обжига были получены образцы керамики, что позволило опытным путем подтвердить возможность утилизации.

После получения опытным путем образцов керамики производилась оптимизация процесса обжига, заключающаяся, прежде всего в сокращении затрачиваемого времени, а также подборе оптимального температурного режима. В первой попытке было сокращено время сушки до 2 часов при одновременном повышении температуры с 120°C до 150°C. Сокращение времени сушки в совокупности с повышением температуры визуально не сказалось на полученных образца, так как не наблюдалось увеличения количества трещин. Дальнейшим шагом являлось уменьшение затраченного времени на все процессы, а именно сушку до 1-2 часов, дегидратацию до 1-2 часов, обжиг до 1 часа, остывание до 2 часов.

Придерживаясь указанного выше временного режима, формованные образцы обжигались в дальнейшем при максимальных температурах в 800, 900, 1000C с целью определения оптимальной температуры обжига. Эксперимент осуществлялся с 5 образцами. Образцы керамики и образцы кирпича-сырца (необожженного кирпича) были испытаны на одноосное сжатие на прессе с Fmax=500 kH (табл.2). Также на одноосное сжатие испытывались образцы кирпича–сырца, также в количестве 5 штук. Кирпич-сырец – это не обожженный кирпич.

Таблица 2

Испытание образцов на одноосное сжатие.

Серия образцов Т,C. Значение давления разрушения, МПа. Сред-нее, МПа
1 120 2,00 2,36 2,11 2,24 2,27 2,19 2,63
2 800 11,81 12,17 8,70 8,08 14,28 12,60 13,53
3 900 12,44 13,18 16,02 9,95 9,95 13,01 14,91
4 1000 8,08 9,70 8,83 11,44 10,07 9,62 11,54

Проведенные эксперименты показали, что оптимальной температурой обжига для увеличения крепости кирпича является температура 900 C. При этом обжиг допустимо проводить и при температуре 800 C при незначительном снижении прочности. Дальнейшее повышение температуры обжига ведет к охрупчиванию образцов и снижает их прочность (рис. 3).

 Зависимость прочности образцов, МПа от температуры обжига. В последующих-2

Рис.3.Зависимость прочности образцов, МПа от температуры обжига.

В последующих опытах по обжигу определялась пригодность отходов различных зон хвостохранилища (прудковой зоны, пляжной зоны) наиболее пригоден для утилизации с получением керамических строительных материалов. Для обжига были отобраны твердые образцы хвостов с участков пляжа хвостохранилища, отмеченных, как место отбора (МО) 1, 2, 3, а также образцы, полученные из предварительно обезвоженной глинистой суспензии (Сусп.) прудковой зоны (см. вкладку). Из данных материалов были изготовлены стерженьки диаметром 2,5 см и длиной 4 см, которые были обожжены при температуре 900C. После обжига они были подвергнуты испытанию на одноосное сжатие (табл. 4).

Таблица 4

Результаты испытаний образцов на одноосное сжатие.

Место отбора Прочность керамики, МПа Среднее значение, МПа
МО 1 2,40 2,20 2,10 1,90 1,80 2,08
МО 2 4,60 3,40 3,50 2,90 3,20 3,52
МО 3 6,50 6,70 6,80 7,70 6,80 6,90
Сусп. 10,50 11,20 11,30 10,70 10,70 10,88

Полученные образцы явились подтверждением возможности производства качественных керамических изделий в ходе утилизации отходов обогащения. Как видно из таблицы, наибольшей прочностью обладают образцы, полученные из тонкодисперсной суспензии, наименьшей – образцы, полученные из материала с МО 1. Пляж хвостохранилища в районе МО 1 намыт самыми крупными по размеру частицами (см. вкладку). Таким образом, наблюдается зависимость прочности полученной керамики от размера частиц, отобранных для ее создания.

 Зависимость прочности образцов, МПа от температуры обжига. В ходе дальнейших-3

Рис. 4. Зависимость прочности образцов, МПа от температуры обжига.

В ходе дальнейших опытов был получен цементный клинкер марки 250 для производства портландцемента. Состав клинкера: 75% известняк, 25% - глина. Изготовление керамических образцов и клинкера осуществлялось по методикам, описанным Горчаковым Г.И и Баженовым В.И. при температуре 1450°C.

Результаты натурных испытаний позволили определить оптимальные технологические параметры обжига. По первому варианту для получения керамического кирпича обжиг формованных хвостов обогащения, с содержанием серы и фосфора, не превышающем ПДК, осуществляется в присутствии выгорающих добавок в следующем порядке: при температуре 150°C в течение 1-2ч, затем плавное повышение температуры от 150°C до 900°C в течение 1-2ч, при температуре 950°C в течение 1ч, затем остывание до 50°C в течение 2ч. В качестве добавок используются отходы деревообрабатывающей, бумажной промышленности, нефтешламы, в кол-ве 10-15 %.

По второму варианту для получения цементного клинкера обжиг сгущенных хвостов обогащения, с содержанием серы и фосфора, не превышающем ПДК, осуществляют в присутствии воды при температуре 1400-1500°C совместно с известняком и золошлаковыми отходами при соотношении, мас.%: указанные отходы – 20-25; известняк – 70; золошлаковые отходы – 5-10.

Для утилизации отходов по первому направлению возможно строительство завода по обжигу керамики непосредственно на предприятии. На завод хвосты поступают обезвоженными до формовочной влажности. Производительность такого завода может составлять от 1 до 30 и более млн. кирпичей в год, энергопотребление до 400 кВт/час. Принимая, что основным продуктом будет стандартный кирпич размерами 250x120x65 в миллиметрах, ежегодно будет расходоваться от 22 тыс. до 660 тыс. м3 отходов.

Для утилизации отходов по второму направлению необходимо осуществлять обжиг смеси известняка, хвостов и различных добавок во вращающейся печи. Необходимо либо возводить подобную печь на самом предприятии, либо осуществлять обжиг на ближайшем цементном заводе. Обжиг во вращающейся печи с получением клинкера позволил бы почти увеличить объем утилизируемых отходов на 200000 м3.

2.Эффективная защита окружающей среды от воздействия отходов обогащения алмазодобывающих предприятий должна достигаться их утилизацией с получением продуктов, удовлетворяющих санитарным нормам по содержанию токсичных элементов.

Для оценки токсичности отходов обогащения и продуктов их утилизации, проводился экологический мониторинг. В ходе мониторинга были отобраны пробы в пластиковые ёмкости: На хвостохранилище ОФ-1 в рамках диссертационных исследований был проведен отбор проб пульпы следующим образом:

  • 10 литров проб глинизированной суспензии с понтона, находящегося на плаву в прудковой зоне хвостохранилища,
  • 5 литров пульпы с МО №1 (ПК 12),
  • 5 литров пульпы с МО №2 (ПК 13),
  • 5 литров пульпы с МО №3 (ПК 17).

Для определения в пробах концентраций тяжелых металлов с использованием метода атомно-эмиссионной спектро-скопии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП). Определение валового содержания тяжёлых металлов в образцах глины выполнено атомно-эмиссионным методом на спектрометре ICPE-9000 после измельчения образцов. Измельчение проводилось вручную в агатовой ступке до получения пудрообразной консистенции. Образцы были отобраны с различных участков пляжа хвостохранилища, отмеченных как МО №1, МО №2, МО №3, также замеры проводились для обезвоженной суспензии (сусп). Все замеры дублировались. Результаты анализа представлены в таблице 5:

Таблица 5

Результаты анализа образцов твердых минеральных отходов и образцов глинистой суспензии на содержание тяжелых металлов

Образец Коэффициенты контрастности
Cd Co Cr Cu Ni Pb Sr Zn
МО 1.1 0,25 0,26 0,21 0,83 0,52 0,32 0,27 0,86
МО 2.1 0,3 0,3 0,25 0,86 0,60 <0,03 0,35 1,0
МО 3.1 0,25 0,24 0,20 0,80 0,50 <0,03 0,26 0,73
сусп-1 0,25 0,26 0,21 0,9 0,47 <0,03 0,26 0,78

Коэффициент контрастности являются безразмерными величинами и рассчитываются путём деления концентрации на .Полученные значения загрязняющих веществ ниже ПДК, что позволяет отнести отходы к 5-ому классу опасности. Таким образом, продукция, полученная на основе утилизации данных отходов, является безвредной для человека и соответствует санитарным нормам.

В рамках исследования по определению способности глинистой суспензии к раскислению кислых почв (pH=4-7) проводилось определение её показателя pH. Так в 5 замерах получены следующие значения pH суcпензии прудковой зоны: 8,82, 8,84, 8,82, 8,84, 8,82 На основе замеров pH-показателя можно утверждать о щелочной реакции среды глинистой суспензии хвостохранилища. В ходе дальнейших исследований определялись показатели pH смеси щелочной суспензии и торфа в различных пропорциях, показавшие, что при внесении более чем 30%-ой доли суспензии реакция среды становилась нейтральной.

3. Сравнительная оценка негативного воздействия на компоненты природной среды хранилищ отходов обогащения ОАО «Севералмаз» и установки по их обезвреживанию определяет эколого-экономический эффект применения термического обезвреживания, выражающийся суммарной величиной снижения экологических платежей и величин предотвращенных ущербов воздействия на земельные ресурсы, подземные и поверхностные воды за счет: восстановления ценности территории, занятой хранилищами отходов; прекращения утечек загрязненных вод в грунтовые воды и водотоки; уменьшения объема образующихся отходов.

Преимущества предлагаемой технологии с точки зрения утилизации водонасыщенных отходов обусловливаются практически десятикратным уменьшением объема относительно исходных отходов. Влияние выбросов установки по обжигу на загрязнение атмосферного воздуха по всем ингредиентам ограничивается размерами санитарно-защитной зоны предприятия ввиду низкого класса опасности отходов.

При внедрении предлагаемой технологии предусматриваются мероприятия, исключающие возможность загрязнения и нарушения поверхностных и подземных вод. Вследствие утилизации отходов будет получена выгода от предотвращенного ущерба ввиду незанятия дополнительных площадей под хранение отходов, ввиду отбора хвостов на утилизацию из хвостохранилища, что предотвратит его переполнение. В районе отвода под строительство карьеров отсутствуют земли сельскохозяйственного назначения, которые в 1994 г. переведены в категорию нелесных земель. Общая площадь хвостохранилища составляет 155,9 гектаров. По месторождению им. Ломоносова годовая ставка регулярных платежей на стадии разведки установлена в размере 7500 руб./км2 за всю площадь Лицензионного участка (31,01 км2).Таким образом эколого-экономический эффект будет рассчитан по следующей формуле:

, где

Eх – экономия за счет нестроительства нового хвостохранилища, руб., Зз –затраты на строительство завода по утилизации отходов, ЧДП – чистая дисконтированная прибыль от реализации продукции, Sх- площадь нового хранилища, км2, Кх- ставка платежей за пользование землями, руб./ км2.

При строительстве нового хвостохранилища его площадь запланирована большей существующему сейчас около 5 км2: Стоимость строительства приблизительно оценивается в 240-250 млн. рублей. Стоимость строительства завода по утилизации хвостов различной мощности составляет от 30 млн. до 135 млн. рублей. ЧДП для первого года составит чуть менее 3 млн. рублей. Таким образом эколого–экономический эффект от внедрения технологии по утилизации хвостов обогащения за 10 лет составит более 397 млн. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится новое решение актуальной научно-производственной задачи: снижение негативного влияния хранилищ отходов ОАО «Севералмаз» на компоненты природной среды на основе применения технологии обжига с последующим получением строительных материалов.

Основные научные и практические выводы:

1.Многолетние натурные исследования в зоне влияния хвостохранилища ОАО «Севералмаз» показали, что основой воздействия хвостового хозяйства на окружающую среду является занятие значительных площадей земель и вырубка леса, что ведет к локальному опустыниванию, заболачивание территории вокруг отстойников хвостохранилища. Зафиксированное пыление с пляжей хвостохранилища является незначительным.

2.Исследование химического, минерального и фазового состава отходов обогащения позволило определить степень их пригодности для различных направлений утилизации. На основе данного исследование дано точное определение минерального и химического состава отходов обогащения.

3.Экспериментальными исследованиями обосновано применения метода утилизации отходов, основанного на обжиге сгущенных хвостов обогащения по нескольким вариантам в зависимости от температурных режимов, минерального и химического состава отходов и добавок, а также времени воздействия.

4.Выработано техническое решение для промышленной утилизации отходов обогащения, заключающееся в строительстве мини-завода по обжигу керамики непосредственно на предприятии, а также цеха по производству цементного клинкера с обжигом смеси и известняка и глины во вращающейся печи.

5.Эколого-экономическими расчетами определен эффект утилизации отходов на основе определения суммарной величины снижения экологических платежей и предотвращенных ущербов от воздействия на компоненты природной среды, а также прибыли от реализации продукции, полученной при утилизации, составляющий более 121 млн. рублей за первый год утилизации.

Список наиболее значимых публикаций по теме диссертации:

Статьи, в изданиях, входящих в перечень ВАК Минобрнауки России:

1.Облицов А.Ю. Утилизация отходов обогащения алмазосодержащей породы с учетом специфики месторождения им. М.В.Ломоносова // Записки Горного института. Современные проблемы горной науки. Т. 189. СПб, СПГГИ (ТУ), 2011. С.141-146.

2.Облицов А.Ю. Современные подходы к горнотехнической рекультивации. / Д.С.Опрышко, А.Ю.Облицов // ГИАБ. – Москва: МГГУ, 2011. С. 191-194.

3.Облицов А.Ю. Промышленное использование отходов обогащения алмазоносной породы на месторождении алмазов им М.В.Ломоносова // Записки Горного института. Современные проблемы горной науки. СПб, СПГГУ, 2012. С.163-168.

В прочих изданиях:

5.Облицов А.Ю. Центриф

Pages:     | 1 ||
 





 
© 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.