Разработка технологии утилизации твердых отходов металлургического производства – часть 2

Металлургия      Постоянная ссылка | Все категории

Также выявлена седиментационная и кинетическая устойчивость известняково-шлаковых шламов, отходов обогащения, их структурно-механические свойства, полидисперсность порошков гранулированных доменных шлаков, шламов и известняка после помола и их реологические свойства. Изучены строительно-технические свойства цементов на основе клинкеров из доменного шлака, шлама обогащения и известняка (прочность, морозостойкость, сульфатостойкость). Установлено, что полученный портландцемент имеет прочность при сжатии 53,8 МПа, морозостойкость F – 150-200, сульфатостойкость – 0,91-0,93. Влияние эффективности отходов ТМЗ как активных мине­ральных добавок оценивалось по физико-механическим свойствам шлакопортландцементов (сроки схватывания, активность, равномерность изменения объема). Исследования проводились с применением наименее характерных отходов каждой группы с близкими показателями дисперсности.

Введение в состав цемента добавок как доменный шлак, шлам обогащения, отработанный формовочный песок в количестве 15-20% повышает прочность на 12-25%. С увеличением срока твердения до 180 суток активность шлакопортландцемента с добавками возрастает на 16-30%. Шлакопортландцемент с добавкой характеризуется быстрым нарастанием прочности в начальные сроки твердения. Выявлено, что содержащие в составе сырьевых смесей тяжелые металлы: марганец, кадмий, медь, цинк, свинец внедряются в структуру гидросиликатов кальция. В качестве активизаторов твердения шлака, в составе шлакощелочных вяжущих, использовались растворы кальцинированной соды, метасиликата натрия плотностью 1,20 г/см3, содосульфатной смеси (ССС) едкого натрия. Шлак был термообработан при температурах 400˚С, 500˚С, 600˚С, 700˚С, 800˚С в течение 10-60 минут, показавший наибольший прирост активности шлака.

Проведенные физико-механические испытания показали, что тепловая обработка шлака в большинстве случаев оказывает положительное влияние на активность шлакощелочных вяжущих и не зависит от вида затворителя. Например, сразу после пропаривания наибольший прирост прочности при использовании в качестве затворителя метасиликата натрия (Rсж – 55,2 МПа) наблюдался в случае термообработки шлака при 500˚С и составил по сравнению с контрольным образцом 74,7%. Аналогичные исследования были проведены при использовании в качестве затворителя раствора кальцинированной соды (Rсж – 48,9 МПа), раствора NaOH (Rсж – 57,4 МПа), раствора ССС (Rсж – 45,3 МПа).

Результаты определения количества химически связанной воды показали, что термообработка шлака способствует повышению степени гидратации шлакощелочного вяжущего, что свидетельствует о более интенсивном взаимодействии шлака с раствором затворения.

4 Разработка составов тяжелых бетонов на основе отходов ТМЗ

В разделе диссертации проведены исследования свойств отвального доменного шлака и шлакового щебня, полученно­го в результате измельчения, магнитной сепарации и механической классификации продуктов дроб­ления, модифицированных бетонов с использованием органоминеральной добавки и керамического кирпича, керамзита с использованием угольной мелочи.

Проведены предварительные исследования возможности получе­ния вяжущих из молотого отвального шлака. Для этой цели были исследованы различные способы активации шлака. В качестве активирующих компонентов использовали следующие материалы: гипс строительный; цемент марки ПЦ-400; известь негашеная; жидкое стекло (силикат натрия) с модулем основности 2,8; плотностью – 1385 кг/м3, химический состав: Na2SiO3) – 10,42%, СаО – 0,014%, Fe2O3 + Al2O3 = 0,68%, Fe2O3, – 0,01%; раствор гидроксида натрия – 30%; кремнефторид натрия (Na2SiF6).

Разработана комплексная добавка на органоминеральной основе, которая по своему химическому составу представляет собой комплексный продукт, состоящий из поверхностно-активных натриевых солей метиленбиссульфокислоты и кремнеземистого компонента, из отработанных формовочных смесей. Она обладает пластифицирующим и водоредуцирующим действием, улучшает перекачиваемость и сохраняемость бетонной смеси, повышает прочность, морозостойкость и водонепроницаемость бетона, а также коррозионную стойкость. Зависимость прочности бетона от количества органоминеральной добавки показано на рисунке 3.

Подпись: Прочность, МПа

Твердение, сутки

 

– без добавки; – органоминеральная добавка 1%;

– органоминеральная добавка 1,5%; – органоминеральная добавка 2%;

– органоминеральная добавка 3%.

Рисунок 3 – Зависимость прочности бетона

от количества органоминеральной добавки

При введении органоминеральной добавки в количестве 1-3% от массы цемента получили снижение расхода воды на 15-30% и увеличение прочности бетона в возрасте 28 суток достигает 40-80%.

Применение органоминеральной добавки в бетонные смеси и строительные растворы обеспечивает:

- раннюю распалубочную прочность при производстве монолитных работ;

- изготовление бетонов с высокими требованиями по прочности, морозостойкости и водонепроницаемости;

- повышение живучести бетонной смеси.

Угольную, антрацитовую, коксовую пыль использовали для получения керамических строительных материалов: керамического кирпича, керамзита, аглопорита, пеностекла, теплоизоляционных керамических материалов.

Угольная, антрацитовая, коксовая пыль вводилась в состав сырьевой смеси при изготовлении керамического кирпича в количестве от 1 до 5%. Для повышения пластичности смеси в состав вместе с органическими добавками вводили шлам обогащения марганецсодержащих руд в количестве от 1 до 10%.

Ввод в шихту 1-3% угольной мелочи, снижает чувствительность к сушке и обжигу, общую усадку, среднюю плотность, повышает прочность при сжатии и изгибе. Добавка шламов способствует повышению пластичности, что ведет к улучшению качества сырья и готовой продукции. Оптимальное количество угольной мелочи составляет – 3%, шлака – 10%, температура обжига 950-1000˚С. Совместную добавку из угольной пыли и шлама обогащения руд можно рекомендовать для производства керамзита, аглопорита на основе слабовспучивающего сырья.

Выгорающие добавки (угольная, антрацитовая, коксовая пыль) позволяют снизить среднюю плотность, увеличить прочность, улучшить условия ведения технологического процесса обжига керамических материалов.

5 Разработка комплексной системы управления отходами и эколого-экономическая оценка эффективности и технологии утилизации

В разделе диссертации приведена эколого-экономическая оценка разработанной технологии снижения вредного воздействия Таразского металлургического завода на окружающую среду.

Для эколого-экономической оценки сырья, отходов и произведенных из них строительных материалов предлагается следующая формула:

(3)

где: Пээ – показатель эколого-экономической оценки сырья, отходов и строительных материалов, тг/т; mi – массовая доля радиоактивных загрязняющих веществ, отн. ед.; Aэфф – эффективность удельной активности естественных радионуклидов загрязненного сырья, отхода, строительных материалов; mj – масса химического загрязняющего вещества, содержащее в сырье, отходе или строительных материалов, т; Hnj – норматив платы за выбросы в атмосферу воздуха загрязняющими веществами, тг/т.

Анализ показателей эколого-экономической оценки загрязненности рассмотренных промышленных отходов свидетельствует, что они выше всего у хвостов обогащения и меньше у отработанных формовочных смесей (таблица 3). Основной вклад в значение показателя оценки эколого-экономической загрязненности большинства рассмотренных отходов вносят естественные радионуклиды. Например, для хвостов обогащения 61,2% величины показателя эколого-экономической оценки загрязненности приходится на естественные радионуклиды и 38,8% – на тяжелые металлы. Для доменных шлаков 75% величины показателя эколого-экономической оценки загрязненности приходится на естественные радионуклиды и 25% – на тяжелые металлы, несмотря на их высокое содержание.

Таблица 3 – Показатели эколого-экономической загрязненности промышленных отходов

п/п

Наименование

отхода

Эколого-экономические показатели

загрязненности промышленного отхода,

тг/т

1.

Доменный шлак

112,45

2.

Сталеплавильный шлак

103,88

3.

Отработанныеформовочные смеси

70,43

4.

Минеральный шлам

75,82

5.

Хвосты обогашения

158,3

Полученные результаты по загрязнености промышленных отходов позволяют с эколого-экономических позиций оценить одновременное присутствие в них тяжелых металлов и радиоактивных веществ, а так же подтверждают возможность исполь-зования для целей предлагаемые математические зависимости.

Размер платы предприятия за установленный лимит выбросов загрязняющих веществ определяется по формуле (4):

П = Mi · P , (4)

где: Mi лимит выбросов i-го загрязняющего вещества в натуральном измерении, значение которого устанавливается в соответствии с разработанными нормативами ПДВ, т/год; P – норматив платы за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу, устанавливаемый за 1 усл. т выброшенных в атмосферу загрязняющих веществ, тг/т.

Расчет платы за выбросы загрязняющих веществ произведен по утвержденным ставкам платы за загрязнение окружающей среды на 2010 год.

Плата за выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на существующее положение, составила:

П = 18236,42· 394 = 7185149 тенге.

Проведен расчет определения экономической оценки ущерба загрязнения атмосферного воздуха от стационарных источников.

Экономическая оценка ущерба от размещения твердых отходов сверхустановленных нормативов определяется по формуле:

(5)

где: Ui – экономическая оценка ущерба от размещения и потребления в зависимости от индекса опасности, тенге; Fфактi – фактический объем размещения и потребления отходов в зависимости от индекса опасности в определенный период времени, т; Fнормi – нормативный объем размещения и потребления отходов в зависимости от индекса опасности в определенный период времени, т; Сотхставка платы за размещение 1 тонны и потребления твердых отходов в зависимости от индекса опасности, утвержденная местными представительными органами на текущий год, тг; К1 – коэффициент экологической опасности, К1=1; К2 – коэффициент экологической опасности, К2=1.

Ui=(156930-140870) ·521·1·1=8367260 тенге. (6)

Результаты расчета коэффициента экологической безопасности в результате внедрения природоохранных мероприятий в частности применения их для получения строительных материалов и специальных материалов представлены в таблице 4, которые свидетельствуют об эффективности применения разработанной технологии утилизации отходов.

Таблица 4 – Расчет показателя экологической безопасности

Наименование

ПДКср. сут,,

мг/м3

ПДКmах,

мг/м3

Сi факт

КЭБ

до

после

до

после

Пыль неорганическая

0,1

0,3

0,6

0,1

0,03

0,05

Бензапирен

0,000001

0,000002

0,000003

0,0000008

0,000001

0,000008

Так, коэффициент экологической безопасности для пыли до проведения исследования составляет 0,03, после – 0,05. Для бензапирена до проведения исследования составляет 0,000001, после – 0,000008, что свидетельствует об увеличении показателя экологической безопасности.

На основании проведенных исследований разработана комплексная система управления отходами, которая предусматривает способы безопасного размещения, позволяющая осуществлять их рациональную переработку, оценку наиболее перспективных вариантов управления каждым видом отхода с точки зрения технологической и технической возможности осуществления, предварительную экономическую оценку, анализируемую внешней информацией (законы, нормативы, информация из органов экологического контроля, наличие потребителей данного вида отхода и др.), осуществлением выбора наиболее привлекательных способов переработки.

Заключение

В диссертационной работе дан анализ воздействия Таразского металлургического завода на окружающую среду, выявлены зоны экологического загрязнения и даны эколого-технологические решения, направленные на снижение его вредного воздействия.

Научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. Проведен анализ производственной деятельности и технологических процессов как источника загрязнения окружающей среды. Выявлено 24 источника выброса загрязняющих веществ в атмосферу.

2. Получена математическая модель рассеивания пылегазовой смеси от скорости ветра, направления, концентрации, коэффициента турбулентной диффузии. Условная оценка годового переноса загрязняющего вещества по всем измеренным параметрам Таразского металлургического завода составляет 2639,024 тонн.

3. Проведен мониторинг загрязнения снегового покрова металлами-экотоксикон-тами техногенного происхождения ТМЗ. Установлено увеличение уровня накопления тяжелых металлов в снеговом покрове, связанное с постепенным наращиванием объемов промышленного производства

4. Изучены строительно-технические свойства цементов на основе клинкеров из доменного шлака, шлама обогащения, известняка. Полученный портландцемент имеет прочность при сжатии 53,8 МПа, морозостойкость F – 150-200, сульфатостойкость –0,91-0,93.

5. Разработан состав органоминеральной комплексной пластифирующей добавки на основе суперпластификатора С-3 и отработанных формовочных песков.

6. Приведена эколого-экономическая оценка разработанной технологии снижения вредного воздействия Таразского металлургического завода на окружающую среду.

Оценка полноты решений поставленных задач. Поставленная цель и сформулированные задачи исследования, включающие экологическую оценку влияния на окружающую среду, разработку технологии переработки твердых отходов с получением строительных материалов, характеризуются полнотой решения, доведенных до опытно-промышленной проверки в производственных условиях.

Разработка рекомендаций и исходных данных по использованию результатов. Методика оценки экологической обстановки деятельности ТМЗ, качественная и количественная оценка загрязнения по уровню содержания тяжелых металлов и радиоактивных элементов, технология переработки отходов могут быть использованы для решения проблем по охране окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов.

Оценка технико-экономической и экологической эффективности внедрения. Технико-экономическая эффективность разработанной технологии достигается за счет исключения из сырьевой смеси природного компонента глины и использованияпромышленных отходов. При этом одновременно решаются экологические задачи. Экономический эффект при объеме производства 200 тыс. тонн вяжущего в условиях ТОО «АХЕМ INVESTMENT» составляет 99100000 тенге. При внедрении технологии портландцемента, шлакопортландцемента, шлакощелочных вяжущих, бетонов в производство эколого-экономический эффект в год составляет 107467260 тенге.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшим достижениями в данной области. Комплексная оценка экологической обстановки в зоне действия ТМЗ, включающая математическую модель переноса пыли, распределения примеси, оценку загрязнения тяжелыми металлами выполнена впервые. Составы полученных вяжущих и бетонов по своим физико-механическим свойствам превосходят аналогичные материалы на основе природного сырья.

Список опубликованных работ по теме диссертации

1 Боранкулова Г. С., Бурлибаева Ш. М. Современные методы и средства проектирования информационных систем // Инновационные технологии в совершенство-вании подготовки инженерных и научных кадров: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Тараз, 2006. – С. 112-113.

2 Боранкулова Г. С. Мамырова А. К., Джакашова Э. А. Экоинформацион – ные системы как инструмент комплексного мониторинга окружающей среды // Материалы IV практ. конф. молодых ученых, магистрантов, докторантов. – Тараз, 2009. – С.68-71.

3 Боранкулова Г. С. Технология бесцементных и малоцементных вяжущих на основе отходов металлургического производства // Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: материалы III Междунар. науч. конф. молодых ученых при фонде Первого Президента Республики Казахстан совета молодых ученых. – Алматы, 2009. – С. 262-263.

4 Киргизбаев А. Т., Боранкулова Г. С, Батыков Н. Т. Легкий заполнитель из нефтеотходов и барханных песков // Инновационное развитие и востребованность науки в современном Казахстане: материалы III Междунар. науч. конф. молодых ученых при фонде Первого Президента Республики Казахстан совета молодых ученых. – Алматы, 2009. – С. 307-308.

5 Сагындыков А. А., Боранкулова Г. С. Рациональная переработка и использование шлаков Таразского металлургического завода // Вестн. ТарГУ им. М. Х. Дулати. – Тараз, 2009. – №4. – С. 127-131.

6 Сагындыков А. А., Боранкулова Г. С., Батыков Н. Т., Киргизбаев А. Т., Талканбаев Е. К. Нефтеотходы в производстве строительных материалов // Комплексное использование минерального сырья. – Алматы, 2009. – №6. – С.130-134.

7 Пат. 2009/1464.1 РК: заключение о выдаче. Сырьевая смесь для изготовления керамических стеновых изделий / Сагындыков А. А., Боранкулова Г. С., Киргиз – баев А. Т.; опубл. 11.12.2009.

8 Боранкулова Г. С. Сейткулова Э. Модель управления отвалами // Обеспечение экологической безопасности – путь к устойчивому развитию Казахстана: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Тараз, 2010. – С. 211-216.

9 Боранкулова Г. С. Переработка и использование твердых отходов Таразского металлургического завода // Будущее Казахстана: Вузы как важный фактор обеспечения социальной стабильности и экономического развития: материалы Междунар. науч.-практ. конф. – Тараз, 2010. – С. 70-73.

10 Боранкулова Г. С. Шлакощелочные вяжущие с применением шлаков Таразского металлургического завода // Вестн. КазНТУ им. К. И. Сатпаева. – Алматы, 2010. – №4. – С. 296-301.

11 Боранкулова Г. С. Экологическая оценка твердых отходов металлургического производства // Гидрометеорология и экология. – Алматы, 2010. – №2. – С. 83-87.


ТҰЖЫРЫМ

Металлургия      Постоянная ссылка | Все категории
Мы в соцсетях:




Архивы pandia.ru
Алфавит: АБВГДЕЗИКЛМНОПРСТУФЦЧШЭ Я

Новости и разделы


Авто
История · Термины
Бытовая техника
Климатическая · Кухонная
Бизнес и финансы
Инвестиции · Недвижимость
Все для дома и дачи
Дача, сад, огород · Интерьер · Кулинария
Дети
Беременность · Прочие материалы
Животные и растения
Компьютеры
Интернет · IP-телефония · Webmasters
Красота и здоровье
Народные рецепты
Новости и события
Общество · Политика · Финансы
Образование и науки
Право · Математика · Экономика
Техника и технологии
Авиация · Военное дело · Металлургия
Производство и промышленность
Cвязь · Машиностроение · Транспорт
Страны мира
Азия · Америка · Африка · Европа
Религия и духовные практики
Секты · Сонники
Словари и справочники
Бизнес · БСЕ · Этимологические · Языковые
Строительство и ремонт
Материалы · Ремонт · Сантехника