Использование отходов для производства фосфатных материалов с улучшенными прочностными характеристиками

8 Проблематика транспортных систем

составляющих смесь веществ как отражающих способность к образованию кристаллических или гелевых гидратов, слоистых структур с конституционной водой, а также фаз, реализующих гель-процесс.

2. Выявлены взаимосвязи теплопроводности затвердевшей сухой строительной смеси на цементной основе и природы составляющих фаз, что позволило производить рациональный выбор цементов, добавок и заполнителей для получения теплозащитных сухих строительных смесей.

Библиографический список

1. Инженерная химия. Ч. 1 / Л. Б. Сватовская. - СПб.: ПГУПС, 1994.

2. Термодинамические и электронные аспекты свойств композиционных материалов для строительства и экозащиты / ред. Л. Б. Сватовская. - СПб.: Стройиздат, 2004.

УДК 574.253

М. С. Старинец

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ФОСФАТНЫХ МАТЕРИАЛОВ С УЛУЧШЕННЫМИ ПРОЧНОСТНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ

Рассмотрена возможность применения отходов производства кристаллического кремния Братского алюминиевого завода и золы-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения при производстве фосфатных материалов.

отход производства кристаллического кремния, зола-унос, фосфатные материалы.

Введение

Среди актуальных проблем защиты и сохранения биосферы проблема загрязнения окружающей среды отходами занимает особо важное место. В промышленной индустрии ежегодно скапливаются в огромном объеме разнообразные отходы. Предприятия тратят огромные средства на их вывоз и захоронение, в то время как содержание полезных элементов в этих отходах подчас выше, чем в природных ресурсах.

В условиях сложившейся экологической ситуации необходим ресурсосберегающий и экологически обоснованный подход к организации промышленного производства. При этом наиболее рациональна такая организация промышленных комплексов, при которой отходы одного производства являются сырьем для другого.

2006/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

9

1 Образование отхода производства кристаллического кремния

Преобладание на территории России предприятий цветной металлургии, химических, нефте- и лесохимических производств привело к катастрофическому загрязнению окружающей среды. Особенно остро экологические проблемы проявляются в городах, перенасыщенных промышленными предприятиями, где значительное загрязнение окружающей среды происходит в результате деятельности металлургических производств. Предотвратить загрязнение практически невозможно из-за специфики высокотемпературной технологии восстановления руд (1500-2000 °С). Так, при производстве ферросилиция и кристаллического кремния в процессе выплавки металла образуются в больших количествах газообразные вещества и пылевидные отходы. Источниками последних являются частицы загружаемого сырья и продукты плавки, а также продукты реакций, происходящих в высокотемпературной зоне. Ежегодно выход данного отхода на одном только Братском алюминиевом заводе достигает 32 тыс. т.

Мельчайшие пылевидные частицы, являющиеся отходом производства кремния и ферросилиция, представляют собой конденсаты паров кремния (монооксида кремния), состоят из глобул, средний диаметр которых 0,1-0,2 мкм (в 100 раз меньше размера частиц цемента), являются аморфными и характеризуются высоким содержанием SiO2 - от 84 до 98% [1].

Цвет пыли может варьироваться от светло-серого до черного, что зависит от содержания углерода и железа.

В работе рассматривается пылевидный отход, отобранный на Братском алюминиевом заводе, данные химического анализа которого приведены в таблице 1.

Физико-технические характеристики этого отхода представлены в таблице 2.

ТАБЛИЦА 1. Химический анализ отхода

Содержание соединений, масс.%

SiO2 Fe2O3 CaO MgO Na2O + K2O AI2O3 SO2 SiC

90,0-94,0 1-3 0,7-1,4 0,2-0,4 0,1-0,5 0,7-1,5 до 0,09 до 3

ТАБЛИЦА 2. Физико-технические характеристики отхода

Насыпная плотность, кг/м3 Истинная плотность, кг/м3 Удельная поверхность, м2/г Влажность, % рН

150-380 200-2180 25-35 2-3 5-7

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4

10

Проблематика транспортных систем

2 Образование отходов от сжигания топлива

На предприятиях цветной металлургии и топливно-энергетического комплекса ежегодно вывозится в отвалы свыше 3 млн. тонн золошлаков, в промышленный оборот в качестве вторичного сырья возвращается всего 6-8%.

Ежегодное образование золы-унос на Иркутской ТЭС-7 г. Братска от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения достигает 24 тыс. т. В отвалах предприятия накоплено более 800 тыс. т зольных отходов, химический анализ которых приведен в таблице 3. Следует отметить, что зола-унос является отходом от сжигания топлива, который выносится дымовыми газами из топки котла и улавливается золоуловителями.

ТАБЛИЦА 3. Химический состав (масс.%) золы-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения

SiO2 Fe2O3 AI2O3 CaO MgO K2O Na2O SO3

40,0-55,0 6,0-14,0 4,0-10,0 20,0-35,0 3,0-6,0 0,3-1,5 0,2-0,5 0,9-5,0

Физико-технические характеристики золы-унос представлены в таблице 4.

ТАБЛИЦА 4. Физико-технические характеристики отхода

Насыпная плотность, кг/м3 Истинная плотность, кг/м3 Удельная поверхность, см2/г Остаток на сите № 0,08, % рН

820-980 2920 3900-4300 2-3 10,5

3 Использование отходов при получении фосфатных материалов

Для современного уровня развития характерен поиск технологий безопасной утилизации, которые содержали бы фундаментальные единые основы. Такой фундаментальной основой может быть учет изменения энергии систем при осуществлении в них самопроизвольных химических процессов. Особенностью предлагаемого подхода является использование внутренней энергии веществ в обеспечении безопасной утилизации отходов.

На кафедре «Инженерная химия и естествознание» Петербургского государственного университета путей сообщения предложено использовать отход производства кристаллического кремния и золу-унос при производстве безобжиговых фосфатных материалов, которые получают самопроизвольным взаимодействием тонко измельченных оксидов 3ё-металлов, алюмосиликатов или гидроксидов алюминия с фосфорной кислотой, в том числе технической [2]-[5]. В результате реакций 1-4 (табл. 5) образуются нерастворимые соединения.

2006/4

Proceedings of Petersburg Transport University

Проблематика транспортных систем

11

ТАБЛИЦА 5. Примеры изменения термодинамических функций

в некоторых процессах обезвреживания отходов

Процесс AH°298, кДж/моль ^29* кДж/моль

1) Al2C>3-2SiO2-2H2O + 6 H3PO4 = 2(SiC>2-2H2O) + + 2 Al(H2PO4)3 + H2O -417,5 -86,7

2) FeO + 2/3 H3PO4 +1/3 H2O = 1/3 Fe3(PO4)2- 4H2O -394,1 -236,9

3) ZnO + 2/3H3PO4 +1/3 H2O=1/3 Zn3(PO4)2- 4H2O -332,2 -184,4

4) CuO + 2/3H3PO4 = 1/3 Cu3(PO4)2 • 3H2O -678,3 -484,8

Исследования показали, что при получении фосфатных материалов может быть использовано до 30 % отхода производства кристаллического кремния и до 30 % золы-унос (табл. 6 и 7).

ТАБЛИЦА 6. Физико-механические показатели материала

Состав сухой части, % Ж/Т Прочность материала при сжатии на 28 сутки, МПа

Глина Песок FeO Отход производства кристаллического кремния

70 30 15 - 0,3 7,35

70 15 15 15 0,3 9,98

70 0 15 30 0,3 13

60 20 15 20 0,3 8,58

ТАБЛИЦА 7. Физико-механические показатели материала

Состав сухой части, % Ж/Т Прочность материала при сжатии на 28 сутки, МПа

Глина Песок FeO Зола-унос

70 30 15 0 0,3 7,35

70 15 15 15 0,3 6,15

70 0 15 30 0,3 8,50

Анализ результатов выявил возможность полной замены песка в фосфатном материале на отход производства кристаллического кремния и на золу-унос, при этом прочность материалов составляет в первом случае 13 МПа, во втором - 8,5 МПа.

Исследования показали, что полученный фосфатный материал является экологически безопасным, так как водные вытяжки не содержат токсичных веществ.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4

12

Проблематика транспортных систем

4 Предотвращенный экологический ущерб

Определение величины предотвращенного экологического ущерба окружающей природе в результате недопущения к размещению 1 тонны отходов i-го класса опасности в результате осуществления n-го направления природоохранной деятельности определялся по формулам:

У”хпр1 = Уотхудг-YLM r К°;

ki

У°“пр2 = Уотхудr • К° i,

i

где Уотхудг - показатель удельного ущерба окружающей природной среде r-го региона в результате размещения 1 тонны отходов IV класса опасности, руб/т (Уотхудг = 248,4 руб/т в ценах 2003 года);

Уотхпр1 - предотвращенный экологический ущерб в результате недопущения к размещению 1 тонны отходов -го класса опасности от к-го объекта за счет их использования, обезвреживания либо передачи другим предприятиям для последующего использования, обезвреживания, тыс. руб.;

Mir - объем отходов i-го класса опасности от к-го объекта за счет их использования, обезвреживания либо передачи другим предприятиям для последующего использования или обезвреживания, т;

Уотхпр2 - предотвращенный ущерб в результате ликвидации ранее размещенных отходов i-го класса опасности за счет их вовлечения в хозяйственный оборот, тыс. руб.;

AMi - снижение объемов размещения отходов за счет вовлечения их в хозяйственный оборот в результате осуществления соответствующего направления природоохранной деятельности, т;

К°i - коэффициент, учитывающий класс опасности i-го химического вещества, не допущенного (предотвращенного) к попаданию в почву либо ликвидированного в результате осуществления соответствующего направления природоохранной деятельности.

Для оценки величины предотвращенного экологического ущерба окружающей среде в результате недопущения к размещению 1 тонны либо ликвидации

размещенных ранее отходов i-го класса опасности в результате использования их в качестве добавки для производства фосфатных материалов объем отходов принят равным 56 тыс. т.

Величина предотвращенного экологического ущерба окружающей природной среде в результате недопущения к размещению 56 000 т отходов 4-го класса опасности составит:

56 000 • 248,4 = 13 910 400 рублей = 13,9 млн. рублей.

Proceedings of Petersburg Transport University

2006/4

Проблематика транспортных систем

13

Заключение

Таким образом, утилизация отходов производства кристаллического кремния Братского алюминиевого завода и золы-унос от сжигания углей Ирша-Бородинского месторождения при производстве фосфатных материалов снижает экологический ущерб на 13,9 млн. рублей. Полученные материалы могут служить для футеровки башен и резервуаров на химических производствах, для устройства полов в цехах с агрессивными средами. Материалы не разрушаются водой и могут применяться в качестве защитных слоев (футеровок) по железобетону и металлу. Кроме того, возможно применение при производстве декоративных изделий. На фосфатный материал разработаны ТУ и технологический регламент.

Библиографический список

1. Лохова Н. А. Обжиговые материалы на основе микрокремнезема / Н. А. Лохова, И. А. Макарова, С. В. Патраманская. - Братск: БрГТУ, 2002.

2. Сычев М. М. Твердение вяжущих веществ / М. М. Сычев. - М.: Стройиздат,

1974.

3. Рояк С. М. Специальные цементы : учеб. пособие для вузов / С. М. Рояк, Г. С. Рояк. - М.: Стройиздат, 1983.

4. Макарова О. Ю. Фосфатные материалы для строительства и отделки на основе алюминий- и железосодержащего сырья : автореф. дис. ... канд. техн. наук /

О. Ю. Макарова. - СПб.: Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 1999.

5. Новые комплексные технологии защиты окружающей среды на транспорте / Л. Б. Сватовская, Н. И. Якимова, Е. И. Макарова, Т. В. Смирнова. - СПб.:

ПГУПС, 2005.

УДК 999.666 А. А. Тенирядко

РАСКИСЛЕНИЕ ПОЧВЫ ПУТЕМ ДОБАВЛЕНИЯ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА ПЕНОБЕТОНА

Рассмотрена возможность применения отходов производства пенобетона для снижения кислотности почв.

отходы, пенобетон, почва, раскисление.

ISSN 1815-588 X. Известия ПГУПС

2006/4