Утилизация отходов в производстве силикатного кирпича

Обновлено: 01.05.2024

Производства строительных материалов представляют собой сложные технологические процессы, связанные с превращением сырья в разные состояния и с различными физико-механическими свойствами, а также с использованием разнообразной степени сложности технологического оборудования и вспомогательных механизмов. Во многих случаях эти процессы сопровождаются выделением больших количеств полидисперсной пыли, вредных газов и других загрязнений.

Содержание

Введение…………………………………………………………………..
3
1
Описание технологической схемы производства с обоснованием технологических процессов………………………………………….

6
1.1
Подготовка силикатной массы……………………………………….…
6
1.2
Прессование сырца……………………………………..………………..
9
1.3
Процесс автоклавной обработки……………………..…………………
11
2
Источники загрязнения атмосферы и загрязняющие вещества при получении силикатного кирпича………………………………………

12
3
Методы контроля загрязняющих веществ при производстве силикатного кирпича…………………………………………………….

18
3.1
Методы анализа загрязнения воздуха………………………………….
18
3.2
Методы контроля состояния воздуха…………………………………..
22

Список используемой литературы………………

Вложенные файлы: 1 файл

курсовая работа КОИВ.doc

Метод основан на ионизации углеводородов в водородном пламени. В чистом водородном пламени содержание ионов незначительно. При введении углеводородов в пламя количество образующихся ионов значительно возрастает и под действием приложенного электрического поля между коллектором и горелкой возникает ионизационный ток, пропорциональный содержанию углеводородов. Некоторые из газоанализаторов данного типа имеют встроенный генератор водорода, что позволяет отказаться от внешних источников этого газа - газогенераторов или баллонов с водородом.

Хемилюминесцентный метод газового анализа применяется для измерения концентраций NO_x, О₃ и основан на реакции этих компонентов, подающихся одновременно в реакционную камеру, которая имеет вид:

Возбужденная молекула NO₂' (образуется 5--10% от общего ко-личества молекул NO₂) отдает избыток энергии в виде излучения (в диапазоне волн длиной 600--2400 нм, с максимумом при 1200 нм)

Интенсивность излучения, измеряемого фотоумножителем, пропорциональна концентрации оксидов азота. Озон получают в генераторах в результате воздействия тлеющего разряда или ультрафиолетового излучения на кислородсодержащую смесь (воздух).

Для определения концентрации О_з в атмосфере используют реакцию озона с органическим красителем на поверхности активированного вещества, при которой также наблюдается хемилюминесценция.

Кроме того, используют в качестве газа-реагента этилен высокой степени очистки. Под действием ультрафиолетового излучения озон вступает в реакцию с этиленом, которая сопровождается люминесцентным излучением в области длин волн 330--650 нм. Газоанализаторы этого типа отличаются высокой чувствительностью и селективностью, а при наличии встроенного озонатора, высоким уровнем автоматизации и длительным сроком автономной работы без обслуживания.

Метод ультрафиолетовой флуоресценции используется в приборах для контроля SO₂ и H₂S. Явление флуоресценции заключается в способности определенных веществ излучать свет под воздействием излучения источника возбуждения.

Для молекул SO₂ это облучение пробы газа светом в области длин волн 200--500 нм (максимум при 350 нм), когда эти молекулы переходят из возбужденного состояния в нормальное, разряжаясь частично через флуоресценцию.

Интенсивность излучения, пропорциональная содержанию SO₂, регистрируется фотоумножителем. Включение в состав прибора конвертора, обеспечивающего каталитическое окисление сероводорода до диоксида серы, позволяет создать аппаратуру для одновременного контроля в газовой смеси этих веществ.

Преимущество указанного метода по сравнению с методом пламенной фотометрии в отсутствии вспомогательных газов.

Гравиметрический (весовой) метод - традиционный метод определения концентрации твердых частиц в газовых смесях, связанный с отбором пробы, пропусканием ее через фильтр, взвешиванием фильтра или определением его степени черноты по эталону. Этот метод реализован в дымомерах, которые используются для определения дымности отработавших газов дизелей.

Необходимость непрерывного контроля содержания твердых частиц в отработавших газах двигателей или атмосферном воздухе привела к широкому распространению оптических, радиоизотопных методов анализа. Оптический метод анализа основан на измерении ослабления излучения твердыми частицами при прохождении луча света через измерительный канал определенной длины.

Метод используется для качественной оценки содержания частиц на выходе из двигателей, горелочных устройств, очистных сооружений (в единицах оптической плотности газового потока при просвечивании его заданной толщины с замером на фотоэлементе степени поглощения света).

Например, дымомер типа «Хартридж» имеет шкалу, разделенную на 100 единиц. За единицу принята степень ослабления интенсивности светового потока на 1%. Но количественное определение содержания частиц этим методом неэффективно, так как на измерение существенное влияние оказывают цветность и дисперсность частиц. Поэтому погрешность оценки концентраций может достигать десятки процентов.

Широкое распространение получил радиоизотопный метод, лишенный этого недостатка и основанный на ослаблении излучения частицами. Концентрация твердых частиц (пыли) вычисляется по результатам измерений на фильтре (лента из стекловолокна) до и после нанесения пробы. Лента транспортируется в детекторный блок, где расположен радиоизотопный источник, и производится замер [6] .

Хроматографический метод широко распространен и основан на использовании свойства разделения сложных смесей на хроматографической колонке, заполненной сорбентом.

Проба газа вводится в поток соответствующего газа-носителя простейшей форсункой и вместе с ним пропускается через колонки с твердыми адсорбирующими поверхностями (адсорбционная газовая хроматография), или с нанесенными на твердые поверхности нелетучими жидкостями (газожидкостная хроматография). Отдельные компоненты смеси с различными скоростями перемещаются в колонке, выходят из нее раздельными фракциями и регистрируются.

Газ-носитель, транспортирующий молекулы исследуемой газовой смеси, протекает с постоянной скоростью. Колонки, по которым проходит газ, калибруются для того, чтобы установить время прохождения того или иного компонента. Соответствующий детектор используется для обнаружения или определения количества того или иного компонента смеси. Количественная оценка осуществляется по интенсивности сигнала детектора или с помощью электронных интеграторов. Этим методом могут регистрироваться химически однородные вещества (индивидуальные углеводороды) со слабо выраженной качественной реакцией (N2O, СО), которые идентифицируются по специфичному времени удерживания.

Важнейшая часть газового хроматографа - детектор. В приборах, предназначенных для измерений загрязнения атмосферного воздуха, получили распространение следующие виды этих датчиков:

- пламенно-ионизационный детектор, который реагирует практически на все органические соединения, включая бензол, толуол, ксилол, фенол, формальдегид;

- электронно-захватный детектор -- чувствителен к хлорсодержащим веществам;

- фотоионизационный детектор используется для контроля органических соединений и неорганических веществ (NH₃, H₂S, РН_з);

- детектор по теплопроводности используется для контроля продуктов горения (СО, СО₂, H₂, SO₂).

В связи с внедрением современных средств электроники и миниатюризацией аналитической части хроматографов созданы портативные (переносные) приборы для осуществления газового анализа в полевых условиях (передвижные лаборатории на транспортных средствах). Наибольший интерес представляют переносные газовые хроматографы, запрограммированные для идентификации определенных компонентов газовой смеси. Результаты выражаются непосредственно в концентрации контролируемого вещества.

Лидарная система контроля загрязнения реализует лазерно- локационный метод - комбинационное рассеяние и дифференциальное поглощение загрязняющих веществ с использованием источника лазерного излучения и предназначена для дистанционного зондирования качества атмосферы. Состоит из лидара кругового обзора, который устанавливается в промышленных зонах или вблизи автомагистралей на доминирующих строениях, и предназначен для непрерывного контроля выбросов аэрозолей, NOx, SO2 на территории радиусом 7-15 км и измерения азимута и расстояния до источника загрязнения. Лидар второго типа на базе автомобиля - комбинационного рассеяния используется для многокомпонентного анализа концентрации примесей в воздухе [7] .

Для контроля концентрации вредных веществ в воздухе рабочей зоны (рабочих мест) используют экспресс-методы; лабораторные методы; методы непрерывного контроля.

Экспресс-метод нашел наиболее широкое применение и позволяет быстро и с достаточной точностью определять концентрацию вредных веществ, непосредственно, на рабочем месте. Суть его заключается в протягивании определенного объема воздуха через контрольные трубки с индикаторным порошком, который реагирует изменением цвета на содержание вредных веществ в воздухе. К приборам экспресс-метода относятся газоанализаторы: УГ-2; ГХ-100; ГХ-4 и других веществ [6] .

Лабораторный метод является более точным, но требует отбора проб воздуха в рабочей зоне с последующим анализом его состава в лабораторных условиях в течение ближайшего времени. К таким методам относятся: хроматорафический, фотокалорометрический и др.

Метод непрерывного автоматического контроля применяется на рабочих местах с постоянным воздействием вредных веществ, которые могут вызвать серьезные нарушения в состоянии здоровья людей или привести к авариям за счет возникновения взрывоопасности и пожароопасности. Контроль проводится автоматизированными системами с записью изменений вредностей в воздухе во времени с применением газоанализаторов: Сирена-2 для аммиака, Фотон для сероводорода, ФКГ-3М для хлора и других веществ [7] .

Контроль запыленности воздуха в рабочей зоне производится следующими методами: весовой, счетный, фотоэлектрический, ультразвуковой и т.д. В нашей стране наиболее широко применяется весовой аспирационный метод контроля. Суть его заключатся в протягивании определенного объема загрязненного воздуха за определенное время через специальный фильтр. Зная вес фильтра до и после протягивания воздуха и объем протянутого воздуха, вычисляется загрязненность воздуха.

Фотоэлектрический метод основан на изменении светового потока, проходящего через слой исследуемого воздуха, падающего на фотоэлемент. Изменение в фотоэлементе тока, возбуждаемого световым потоком, фиксируется гальванометром, отградуированном в мг пыли, отнесенных к 1л воздуха.

При определении концентрации вредных веществ в воздухе результаты должны приводится к нормальным условиям: температура 20 0 С, атмосферное давление 760 мм ртутного столба, относительная влажность 50%.

Для анализа проб воздуха так же удобен газоанализатор ГХ-100. Этот компактный прибор прост в конструктивном решении, в применении не требует особых условий его хранения.

Пары и газы могут быть причинами крупных аварий и взрывов. Основную опасность представляет взрыв горючих газов, скопившихся в изолированном пространстве. Горение в смесях горючих газов или паров с воздухом способно распространяться в определенных соотношениях, называемых концентрационными пределами воспламенения (взрыва).

Минимальную и максимальную концентрацию газов и паров в воздухе, способных воспламеняться, называют нижним и верхним концентрационными пределами воспламенения (взрыва). Физический смысл нижнего концентрационного предела заключается в том, что если в воздухе, при появлении источника воспламенения, концентрация паров и газов достаточна для химического процесса, то происходит его развитие и, как следствие, взрыв при горении. При более низких концентрациях горючих газов не хватает вещества или веществ для поддержания процесса горения и взрыв не происходит. При больших концентрациях больше верхнего концентрационного предела процесс горения (взрыва) не происходит т.к. не хватает кислорода на развитие процесса.

Если на рабочем месте в помещении содержание газов в воздухе ниже нижнего предела, то при участии пыли, повышении температуры или мощности источника этот предел может снижаться. А при больших концентрациях, выше верхнего предела воспламенения, при выходе из замкнутого объема, и обогащении кислородом – способны гореть.

Концентрации, которые находятся между верхним и нижним концентрационными пределами, называются взрывоопасными. Концентрационные пределы воспламенения определяются в лабораторных условиях [6] .

Производственные процессы должны осуществляться так, чтобы вероятность возникновения взрыва на любом участке работ не превышала 10.

Для того, чтобы рассчитать верхние (ВПК) и нижние пределы (НПК) воспламенения смесей газов и паров воздуха, необходимо определить какие газы и пары входят в состав атмосферы цеха, участка. Если результаты показывают, что концентрация горючих газов и паров лежит между верхним и нижним пределом, то такие концентрации считаются взрывоопасными или выше санитарных норм (ПДК), то необходимо немедленно принимать меры профилактики [8] .

В статье рассмотрены пылеватые отходы производства силикатного кирпича. Установлено, что в их составе преобладают портландит, кварц и кальцит, в меньших количествах присутствуют альбит и оксид кальция. Все минеральные компоненты относятся к 3-4 классу опасности, что делает возможным вторично использовать данный вид отхода в производственном процессе.

Ключевые слова: производство силикатного кирпича, состав пыли, класс опасности, рециклинг.

Barieva E.R. 1 , Faskhutdinova A.R. 2 , Korolev E.A. 3

1 PhD in Biology, assosiate professor; 2 student, Kazan state power-engineering university; 3 Ph.D. in Geology, assosiate professor, Kazan state university

SILTY WASTE PRODUCTION OF SILICA BRICK AND PERHAPS THEIR RECYCLING

Abstract

In the article the silty wastes of production of silica brick. In their composition is dominated by portlandit, quartz and calcite, albite are present in smaller quantities and calcium oxide. All minerals are 3-4 danger class, which makes it possible to re-use this type of waste in the production process.

Keywords: production of a silicate brick, dust structure, danger class, recycling.

Производство силикатного кирпича сопровождается выделением большого количества пыли [1, 2]. Основными источниками пыления являются шаровые мельницы и ленточные конвейеры загрузки бункеров мельниц. В соответствие с требованиями техники безопасности подобные участки производственного цикла оборудованы аспирационными системами. Отсасываемая пыль подается на очистные установки, где и производится ее отделение из запыленного воздуха. Накапливающиеся объемы тонкодисперсного материала представляют серьезную проблему для производства, поскольку предприятия в большинстве своем не имеют ни лишних площадей для их размещения, ни возможности для их утилизации. Учитывая ужесточение требований к защите атмосферы от вредных выбросов, задача по вовлечению пыли в промышленное производство приобретает свою актуальность.

В рамках данной работы было проведено изучение пылеватого материала, образующегося на одном из предприятий по изготовлению силикатного кирпича. Визуально пыль имеет светло-серую окраску, агрегация отсутствует, дисперсность частиц варьирует от 0,005 до 0,1 мм. При взаимодействии с влажной атмосферой наблюдается слипание структурных компонентов в комочки, что свидетельствует о высокой активности пылеватых частиц.

Проведенные рентгенографические исследования показали наличие в составе пыли портландита (Са(ОН)₂), кварца (SiO₂), оксида кальция (СаО), кальцита (СаСО₃) и альбита (Na[AlSi₃O₈]) (рис. 1). Узкие диагностические линии кварца, альбита, кальцита и СаО указывают на первичную природу соединений. Очевидно, СаСО₃, SiO₂ и Na[AlSi₃O₈] представляют собой продукты дробления исходных карбонатных пород. Кальцитовые тонкодисперсные частицы образовались в процессе подготовке минерального сырья к термической обработки. Кварц и альбит, присутствовавшие в виде механической примеси в породах, при дробление кусков высвобождались и с потоком воздуха всасывались в аспирационную систему. Оксид кальция является продуктом обжига известняков. Высокие температуры в топочной камере способствовали процессам рекристаллизации СаО, что, собственно, и выразилось в сужении его диагностических рефлексов. Портландит в отличие от выше рассмотренных минеральных соединений характеризуется более широкими симметричными линиями. Это свидетельствует о его вторичной природе. Очевидно, Са(ОН)₂ является продуктом гидратации оксида кальция. Именно он определяет гидравлическую активность пылеватого материала, собранного на пылеочистных сооружениях.

Рис. 1 – Рентгеновская дифрактограмма пыли, собранной очистными сооружениями на предприятие по изготовлению силикатного кирпича

Расчеты по количественному соотношению минеральных фаз в смеси показали, что составе пылеватого материала преобладает портландит (40%), кварц (30%) и кальцит (20%). В меньших количествах присутствуют альбит (5%) и СаО (5%). Большая часть выявленных минеральных компонентов относятся к 3 классу опасности, лишь СаСО₃ имеет 4 класс опасности. Это означает, что пыль, образующаяся при производстве силикатного кирпича, является отходом умерено опасным для окружающей природной среды. При таких показателях их вполне можно вторично вовлекать в производство.

Поскольку состав пыли полностью соответствует минеральным продуктам технологического сырья, то наиболее рациональным будет использовать данный вид отхода на этом же предприятие в производстве силикатного кирпича. Предварительные эксперименты показали, что добавка пылеватого материала в клинкер никак не сказывается на прочностных характеристиках конечных изделий. Благодаря высокой дисперсности и гидравлической активности пылеватые частицы органически вписываются в процесс автоклавного твердения, при котором сырец превращается в прочный искусственный камень – силикатный кирпич.

Лом кирпича появляется как результат ремонта или строительства и фактически доставляет определенные неудобства компании или частнику, проводившим работы. Это связано с необходимостью вывоза кирпичных отходов, что является затратным мероприятием. Возможность реализовать строительный мусор, ту его часть, которая пользуется спросом, напротив, приносит дополнительные дивиденды. Встречаются ситуации, когда владельцы участка готовы отдать лом кирпича бесплатно, чтобы не тратиться на его вывоз.

Пример того, откуда берется лом кирпича

Классификация по габаритам и источникам происхождения

Сфера появления кирпичных отходов разнообразна и включает следующие направления:

сооружение зданий;

ремонтные или реставрационные работы;

демонтаж неиспользуемых сооружений;

отходы производства, брак.

Действительно, лом кирпича может появляться даже на производстве, как отбраковка продукции на кирпичном заводе. Еще один источник появления этого типа отходов: промышленной производство измельченного кирпича установленной фракции. Для этого используется специально дробильное оборудование с последующим просеиванием лома для сортировки по размеру.

Небольшая дробилка для кирпича

Именно габариты дробленого кирпича выступают его классификатором по фракциям:

отсев, включает частицы не более сантиметра;

мелкая, верхний предел размера установлен в 20 мм;

средняя, диапазоном габаритов 20 – 40 мм;

крупная, объединяет бой в интервале 40 – 100 мм;

негабаритный кусковой лом содержит отходы, превышающие максимальный предел.

Видео – простая дробилка для кирпича:

Следует отметить, что данная классификация весьма условная, поскольку верхняя граница крупной фракции боя устанавливается соответственно используемому оборудованию. Например, использование дробильных машин ДРМ-200/300 позволяет получить размер максимальной фракции 70 и 100 мм соответственно, тогда как установка МД2-200 производит дробленый кирпич вплоть до 200 мм.

Видео – как происходит дробление боя, лома, брака кирпича:

Область применения лома напрямую зависит от вида исходно продукта

Следующим важным параметром категоризации кирпичных отходов выступает сорт первичного изделия, а также его вид. Большинство обывателей разделяет кирпич на два типа: красный и белый. Это имеет свой резон, поскольку красные сорта изготовлены преимущественно из глины, тогда как для производства белого используется смесь песка с известняком.

Интересное видео – современное производство кирпича:

На самом деле, разновидностей кирпича существует множество, однако в плане лома можно выделить следующие категории:

Огнеупоры (см. лом огнеупоров). К этой группе относится шамотный, магнезиальный, углеродистый и кварцевый кирпичи, их бой, как правило, реализуется отдельно.
Силикатный. Материал отличается низкой водостойкостью, что ограничивает сферу применения отходов белого кирпича.
Керамический. Производится из глины одинакового минерального состава. Используя отходы керамического кирпича, следует учитывать его требовательность к качеству кладочного раствора.
Отделочный. Бой этого кирпича не пользуется особым спросом.

Наряду с конкретным видом существует сортировка кирпича по качеству. Это также следует учитывать при использовании боя.

Так, технология изготовления красного кирпича предусматривает три сорта, что сказывается как на свойствах самого изделия, так и на его ломе. Например, отходы из исходного продукта третьего сорта будут обладать низкой адгезией к строительным растворам. Их применение более целесообразно для уплотнения грунта или засыпки неровностей рельефа. Бой второсортного красного кирпича обладает повышенной гигроскопичностью, что понижает его водостойкость. Первосортная продукция, даже будучи ломом, оказывается универсальной в плане сферы применения, а она у кирпичных отходов достаточно обширная.

Бой белого кирпича

Цены на бой кирпича

Цены на лом кирпича, как и на многие виды лома, зависят от качества, состава лома, от объема. Средняя цена – это 200 рублей за тонну .

Некоторые выставляют цену за кирпичный бой в кубометрах – средняя цена выходит такая же 200 рублей за тонну . Тут все зависит от размеров лома и в каждой конкретной партии в одном кубе кирпича может быть больше тонны, а в другом кубе меньше тонны – этот момент тоже стоит учитывать, если привязка расходов идет к весу.

На рынке больше предложений о продаже, нежели о покупке боя кирпича. И тут вырисовывается такая картина: продавцы стремятся как можно дороже продать, а покупатели как можно дешевле купить (впрочем, как и в любой сфере рынка). И выходят, что цена на продажу – 400 рублей за тонну , а цена покупки – 100 рублей за тонну .

Естественно, что речь идет о таком бое, как на фото – не дробленном на фракции и не о готовом продукте, типа теннисита (кирпичной крошке).

Лом кирпича, который продают – на фото хороший и качественный лом

Лом кирпича бесплатно?

Случается и так, что крупная строительная организация выкупает территории под строительство больших многоэтажных домов – целых кварталов. На этой территории расположены постройки, которые в спешном порядке необходимо демонтировать и вывезти. В таком случае находятся подрядчики, кто занимается демонтажем по договору и, чтобы не выйти за сроки и не нарушить договор – от строительного лома, железобетонного и кирпичного боя приходится избавляться, отдавая его бесплатно, т.к. на продажу нет времени, а вывозить его на другую площадку не всем покажется рентабельно.

Поэтому перед покупкой такого лома стоит потратить пару часов на поиск предложений о бесплатном ломе кирпича, а уж вывезти его не составит проблем.

Очень часто демонтаж металлоконструкций сопровождается демонтажем зданий и сооружений (и наоборот)

Основные направления использования

Высокий спрос кирпичного боя обусловлен рядом факторов, к которым относится высокая стоимость щебня, прочих заполнителей, а также качественные характеристики исходного продукта. Это: прочность, устойчивость к морозам, тепло и шумоизоляция. Исходя из перечисленных качеств, лом кирпича применяется для следующих видов работ:

отсыпка грунтовых дорог, а также временных подъездов к строительным объектам;

Дорога до удаленного села отсыпана боем кирпича – быстро, надежно и экономично, только вот не все водители пока по ней смогут проехать

декоративная засыпка основания дорожек, украшение клумб, альпийских горок;

засыпка теннисных кортов кирпичной крошкой – так называемый теннисит;

В состав теннисита входит еще песок и порошковая глина

заполнение искусственных выемок, включая колодцы, траншеи или котлованы, а также зазоров между фундаментом и грунтом;

улучшение звукоизоляционных характеристик, особенно в строениях, где имеются деревянные перекрытия между этажами;

приготовление бетона под фундамент, кирпичный лом используется как заполнитель;

улучшение теплоизоляции стен;

укрепления грунтов на склонах;

сооружение дренажного слоя на заболоченной местности.

Единственное требование к кирпичным отходам, используемым как строительный материал, – они должны быть предварительно очищены для прочного скрепления кладочным раствором.

Шлак металлургический – представляет собой легкоплавкие отходы силикатного типа, образующиеся при выплавке металлов из руд. Фактически, это многокомпонентный материал, содержащий окислы пустых пород, флюсов и топливную золу. Выход шлака на тонну материала определяется типом процесса и составляет до 80 кг в доменной печи, 30 – для мартена, 18 – при конверторном виде производства и 8 – ваграночном.

Долгое время эти вторичные продукты не представляли интереса человеку, в лучшем случае, используясь выборочно. Ситуация изменилась с середины прошлого века, когда отходы металлургических шлаков стали ценным вторичным продуктом, который используется в различных сферах трудовой деятельности человека: сельское хозяйство, сооружение зданий, дорожное строительство и прочие.

Смотрите похожие статьи:

Разновидности шлакового продукта

Прежде чем классифицировать отходы металлургического производства, необходимо уточнить важную деталь. В металлургии образуется два типа побочных продуктов, это непосредственно шлаки и золошлаковые отходы. Последний вид вторичного ресурса представляет собой смесь шлака и золы, формирующуюся при сжигании угля и торфа. О ценности этой разновидности отходов поговорим позже, рассмотрев вначале различные типы самого шлака. Классификация шлаковых отходы достаточно глубоко структурировано, хотя основных групп существует только две. Это шлаки черной и цветной металлургии.

Виды шлака на фото:

Один из видов металлургического шлака

И это тоже относится к металлургическому шлаку

Еще один вид отходов металлургического производства

Шлаковые отходы при выплавке чугуна и стали

Шлаки чугунной металлургии имеют следующую структуру классификации:

Доменные. Категория связана с отходами, образующимися при выплавке чугуна, и включает несколько подгрупп. Это шлаки доменные различных видов чугуна: литейного, специального и предельного.
Сталеплавильные. Сюда попадают шлаки, формирующиеся как в процессе выплавки стали, так и при обработке металла. Первая подгруппа объединяет электроплавильные, мартеновские и ваграночные шлаки. Во вторую попадают следующие виды отходов – тигельные и сварочные. Кроме того, отдельно различают шлаки, образующиеся при бессемеровании и томасировании чугуна.

Доменные шлаки металлургического производства образуются одновременно с чугуном при плавлении шихты, компонентами которой выступают: топливо, сама руда и флюс – обычно доломит или известняк. Менее плотный шлаковый состав отделяется от металла, всплывая над ним. Это позволяет легко отделить шлаковые отходы от чугуна. Вторичный продукт выпускается через верхнее, шлаковое отверстие, металл – посредством нижней, чугунной летки. Отходы, сливаемые через летку – верхний шлак, не содержат металлов и составляют от половины до трех четвертей всего количества побочных продуктов. Одновременно с этим, часть шлаковых масс остается внизу. Их выпускают после слива чугуна и направляют на переработку, суть которой выделить металлические включения из отходов.

Металлургическое производство – выплавка стали

Доменные шлаки металлургические отличаются вариативностью состава, определяемого типом компонент шихты: руды, флюса и топлива. В результат, на 95% шлаковые массы состоят из окислов кальция, кремния и алюминия. Именно соотношение между основными и кислотными окисями формирует три вида шлаков. Продукты, с преобладанием окислов железа, марганцем, магния и кальция – относятся к основным шлакам, те, что содержат преимущественно SiO2 и Al2O3 – кислотным. Отходы, с равномерным присутствием обоих видов окислов – промежуточные шлаки.

Стойкие и распадающиеся материалы

Еще один классифицирующий критерий – условия остывания пустой породы. Различие в процессе охлаждения приводит к формированию следующих разновидностей шлаков:

камневидные;
гранулированные;
стекловидные.

Следующий отличительный фактор, характеризующий шлаки металлургических комбинатов, – устойчивость. В этом отношении, альтернативу нераспадающемуся шлаку составляют такие виды распада:

Силикатный. Характеризуется существенным приростом объема вещества, вследствие перехода кальциевого силиката из бета в гамма форму. Структура шлака покрывается трещинами и далее камень распадается в мучнистый порошок.
Известковый. Процесс – следствие гидратации извести. Этот тип распада преимущественно характерен мартеновским шлакам, проявляясь как самопроизвольное растрескивание твердого материала на куски.
Железистый. Связан с избыточным содержанием неокисленного железа относительно окислов этого металла. Пороговая величина составляет 1.5% от FeO. Превышение указанного значения и воздействие влаги, инициируют реакцию перехода сульфида железа в его гидроксид, сопровождающуюся выделением сероводорода. В результате объем шлака возрастает до 38%, что и приводит к растрескиванию.
Марганцевый. Активируется при нахождении шлака во влажной среде.

Переработка металлургических шлаков связано преимущественно с устойчивыми к распаду материалами. Их этого вторичного продукта изготавливается щебень, например.

Утилизация шлаков

Современная ценность шлаковых пород достаточно высока, чтобы их попросту выбрасывать. Спросом пользуются даже отвальные доменные шлаки – образующиеся при сливе отходов в отвал и его последующей разработке. Такая разновидность вторичных материалов представляет собой кусковые породы с максимальными размерами до 120 мм. Утилизация отвального шлака достаточно условна. Куски необходимо выдержать определенное время на открытом воздухе, позволив природе совершить естественный отбор. Это позволит отсортировать пригодный для переработки материал от распадающихся шлаков или сернистых соединений.

Установка для переработки металургического шлака. На выходе щебень и металл. 1. Вибропитатель на опорной раме; 2. Агрегат сортировки; 3. Галтовочный барабан; 4. Агрегат крупного дробления; 5. Агрегат среднего дробления; 6. Агрегат сортировки; 7. Конвейера на базе (2 шт.); 8. Конвейер; 9. Конвейеры; 10. Конвейеры; 11. Конвейеры; 12. Конвейеры (3 шт.); 13. Железоотделитель на опоре (4 шт.); 14. Агрегат управления

Сфера реализации отвального шлакового щебня – грунтовка под нижний слой бетонных покрытий, а также применение в дорожном строительстве.

Видео – переработка и сортировка сталелитейного шлака

Область использования и стандартизация

Согласно установленному стандарту под шлак металлургический – ГОСТ 3476-34, реализован свод требований к доменному материалу, отбираемому для приготовления цемента. Альтернативное использование отходов производства черных металлов – изготовление минеральной ваты. Источником сырья в этом случае выступает щебень из металлургического шлака доменного, технические условия отбора которого прописаны в 18866-93. Пемза шлаковая – щебень пористый из металлургического шлака используется в качестве заполнителя бетонных смесей. Требования к этому материалу выделены в отдельный ГОСТ 9760-86.

Основной областью реализации металлургических отходов остается дорожное строительство. Именно под эту сферу изготавливается щебень пористый из металлургического шлака. При этом уровень пористости материала существенно влияет на его физико-механические свойства. Снижение параметра приводит к повышению прочностных характеристик. Для этих целей ранее использовалась процедура дегазации, позволявшая снизить пористость до 30%. Современные методики ориентированы на вакуумирования и центрифугирования шлака, что позволяет достичь цифры в 2%, фактически предлагая потребителю прочный недорогой щебень из отходов металлургии.

Щебень из отходов металлургии

Впрочем, в дорожном строительстве необходим щебень различной прочности, а соответственно пористости. Распределения в данном случае носит следующий характер. Под верхний слой дорожного полотна используются асфальтобетонные смеси на базе щебня пористостью 5 – 12%. Прокладка нижней части – основания автомагистрали допускает применение менее прочных материалов. В этом случае используется асфальт из шлакового щебня, пористостью 12 – 17%.

Технология приготовления

Поскольку основная реализация металлургического шлака осуществляется посредством щебня, то приготовлению этого материала уделяется особое внимание. Лидером в разработке и усовершенствовании технологий производства щебня на отечественном рынке выступает Уральский НИИ Черной Металлургии.

Сам технологический процесс состоит из нескольких этапов:

Слив жидких отходов послойно в шлаковые ямы. Толщина каждого уровня составляет от 20 до 30 см. Максимальное число слоев – 5.
Полив шлаковой массы водой из расчета пол кубометра на тонну отхода.
Кристаллизация состава в течение 4 – 8 часов.
Разработка остывшей массы экскаватором.
Сортировка шлака на фракции, с последующим дроблением при необходимости.

Производимый подобным технологическим процессом, шлаковый щебень, отличается отличными адгезийными характеристиками по отношению к различным строительным составам: битуму, дегтю, цементу.

Образование и использование золошлаковых отходов

Рассмотрим подробно процесс на примере теплоэлектростанций, где сырьем выступает измельченный уголь, смешиваемый с мазутом. Выбор основан тем фактом, что основной источник, формирующий золошлаковые отходы – ТЭЦ. Процесс горения сопровождается отделением микрочастиц золы, который уносятся тягой вместе с дымом. При этом, дым и пар образуются органикой, тогда как минеральные компоненты сгорающего топлива оседают в шлак и золу. Не улетевший, тяжелый зольный остаток, оседает на подтопки, сплавляясь между собой, что приводит к формирования отдельных кусков. Далее зола перемешивается со шлаком, образуя золошлаковые отходы, которые транспортируются на хранение в специальные отвалы. При этом, золошлаки сортируются отдельно от недожога – частиц несгоревшего угля.

Отходы тэц – золошлаковые отходы

Переработка золошлаковых отходов практически аналогична использованию самих шлаков. Сфера их реализации включает изготовление:

различных видов бетона – тяжелого, ячеистого и силикатного;
строительных составов;
цементного клинкера;
керамзита;
керамического кирпича.

Также золошлаковые отходы применяются при прокладке земляного полотна автомагистралей, изоляционного материала на полигонах ТБО.

Видео – о проблемах накопления и утилизации золошлаковых отходов:

Стоимость отходов

Существует два способа определить расценки на вторичный продукт металлургического производства. Первый вариант прямое обращение к государственным сметным нормативам, в частности ТСЦ – территориальный сборник цен. К сожалению, данная нормативная база обновляется нерегулярно и под шлак металлургический, цена может не соответствовать актуальной стоимости.

Второй подход – ввод в поисковую систему фразы куплю шлак металлургический. Варианты ответа доступны по разным регионам РФ. Стоимость шлака металлургического указываются с учетом фракции (более мелкие куски обходятся дороже в среднем на 300 рублей за тонну ).Так, актуальные расценки металлургических шлаков фракции 20-40 начинаются с 1300 рублей за тону , цена для размеров 40-70 – 1000 .

АННОТАЦИЯ

Рассмотрена актуальная проблема утилизации карбонатных отходов содового производства и использование их в качестве сырья для изготовления силикатных материалов. Установлена возможность повышения физико-механических свойств автоклавированных силикатных изделий при использовании вяжущих с добавкой карбонатных отходов содового производства в количестве 20 - 30%.

ABSTRACT

The relevant problem of carbonate waste utilization of soda production and their use as raw material to manufacture silicate materials is considered. The possibility of improving the physicomechanical properties of autoclaved silicate products using binders with the addition of carbonate soda production has been established in the amount of 20–30%.

Ключевые слова: твердые отходы содового производства (ТОСП), известково-кремнеземистые вяжущие, автоклавирование, прочность, формовочная влажность, силикатная смесь.

Keywords: solid waste of soda production (SWSP); silica-lime cementing; autoclaving; resistance; molding-moisture content; silicate mixture.

Использование техногенного сырья - мощный экологический ресурс. Наиболее массовым потребителем различных минеральных отходов промышленности могут быть заводы силикатного кирпича.

Сложной для разрешения является проблема применения в строительной отрасли отходов химической отрасли ввиду их широкого спектра и разнообразных физико-химических и физико-механических свойств. Одними из крупнотоннажных и неутилизуруемых видов отходов являются отходы предприятия по производству кальцинированной соды. Отходы предприятия в виде шламов карбоната кальция образуются в результате отстаивания дистиллерной жидкости в шламонакопителях, или так называемых «белых морях» [1].

Твердая фаза дистиллерной жидкости представляет собой шлам влажностью от 25 до 60%, содержащий тонкодисперсные частицы, состоящие в основном из карбонатов кальция. Также в ней содержится карбонат магния, гидроксид кальция и гидроксид магния, примеси гипса и хлорида кальция, натрия, аммония и глинистых соединений [2].

Целю исследований являлось, определение влияния карбонатных твердых отходов содового производства на известково-кремнеземистые смеси различной активности при ведении его в состав силикатного кирпича.

Для исследования использовались крупнотоннажные твердые отходы Кунградского содового завода (ТОСП) - шламы дистиллерной суспензии, отсевы карбонатного сырья, отходы гашения извести, содержащих (масс, %): SiO₂ – 1,45, CaO – 45,56, MgO – 3,83; Na₂O – 1,68; SO₃ – 0,6.

Приготавливали образцы из соответствующего известково-кремнеземистого вяжущего с добавкой различного количество тонкодисперсного ТОСП и заполнителя из барханного песка. Заполнителем служил барханный песок Ургенчского месторождения. Составы силикатной массы менялись в широких пределах: от 6 до 20 % СаО акт.

Из силикатных смесей формовали образцы размером 50х50х50 мм при удельном давлении прессования – 20 МПа. Контрольные образцы изготавливались из молотой извести и кварцевого песка по той же методике.

Запаривание этих образцов осуществляли в лабораторном автоклаве. Режим запаривания: 2+8+2 часа при 0,8 МПа. Часть образцов испытывали через сутки после автоклавной обработки, а другую часть - после хранения в различных условиях при нормальной температуре в течение трех месяцев.

Физико-механические характеристики силикатных материалов определяли по ГОСТ 379-95, 7025-91, 8462-85.

В табл.1. приводятся данные исследования, характеризующие формовочную влажность силикатной массы, прочность при сжатии, среднюю плотность и водопоглощение автоклавированых силикатных образцов.

Таблица 1.

Зависимость свойств силикатных образцов от активности силикатных смесей (СаО _акт)
и содержания ТОСП

Читайте также: