Исследование физико-химических свойств пыли электрофильтров предприятия по производству железобетонных изделий

Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №21 УДК 628.345:669.05.83

С. В. Свергузова, Е. А. Беловодский, И. Г. Шайхиев, И. В. Старостина

ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЫЛИ

ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ

Ключевые слова: физико-химические характеристики, пыль электрофильтров.

В работе представлены результаты исследования химического состава и физико-химических характеристик пыли электрофильтров предприятия по производству железобетонных изделий г. Белгород. По результатам рентгенофазового анализа в пыли определены хатрурит, ларнит, ангидрит, браунмиллерит, гроссит, гипс и альбит. Определен гранулометрический, оксидный и элементный состав пыли электрофильтров. Исследовалась возможность очистки модельных растворов от ионов Ni2+ с начальной концентрацией 5-15 мг/дм3 с использованием пыли в количестве от 0,5 до 2,0 г/дм3.

Key words: physical and chemical characteristics, electrofilters dust.

The article presents the results of chemical composition,physical and chemical characteristics of dust from ferroconcrete industries electrofilters. According to the results of X-ray analysis in dust was found hatrurite, larnite, anhydride, brownmillerit, grossit, gypsum, albite. Was defined granulometric, oxidation and elemental composition of electrofilters ' dust. Was investigated the possibility of model solutions clearing from Ni2+ ions with initial concentration 5-15 mg/dm3; using of dust in amount of 0,5-2,0 g/dm3.

В ходе производственных процессов на предприятиях по производству железобетонных изделий образуются различные техногенные отходы, часть из которых (например, пыль электрофильтров) является невостребованной и складируется на промышленных полигонах отходов, что усугубляет общую неблагоприятную обстановку, сложившуюся в области образования и накопления промышленных отходов.

Проблема накопления промышленных отходов имеет ряд серьезных экологических и экономических аспектов. Наиболее эффективным решением этой проблемы является внедрение малоотходных и безотходных технологических систем, что предполагает разработку замкнутых технологических производств, обеспечивающих многократное использование продуктов и комплексное использование природного сырья. Использование отходов и побочных продуктов различных отраслей промышленности способствует энерго- и ресурсосбережению основного производства, расширению номенклатуры выпускаемой продукции, а также позволяет освободить тысячи гектаров земельных угодий пригодных для сельскохозяйственного использования, занятые под отвалы и шламохранилища и снизить степень техногенного загрязнения всех компонентов окружающей природной среды [1].

В частности, ранее нами была показана возможность использования пыли электродуговых сталеплавильных печей в качестве сорбционного материала для удаления поллютантов из водных сред [2-6].

По степени воздействия на окружающую среду предприятия отрасли производства строительных материалов занимают одно из ведущих мест среди предприятий других отраслей. В то же время на основных технологических процессах производства строительных материалов образуются такие побочные продукты, которые в силу своих механических и физико-химических свойств можно отнести к разряду ценного техногенного сырья. Одной из причин медленного вовлечения подобных отходов в сырье-

вой материалооборот является отсутствие информации об их составе и свойствах и возможных направлениях технологического применения.

На сегодняшний день, в связи с развитием строительства в Росси в последнее время большим спросом начали пользоваться железобетонные изделия (ЖБИ). Технология производства последних за прошедшие годы уже хорошо отлажена и применяется на заводах железобетонных изделий и строительных объектах. Раньше перед специалистами нередко стояли задачи о повышении качества ЖБИ, теперь же наличие на рынке качественного цемента и различных технологий по изготовлению напряженного бетона, вибропрессованию, центрифугированию позволяют использовать уже наработанные технологии и иметь соответствующее оборудование.

В настоящее время на территории Белгородской области расположено 10 заводов по производству и экспорту ЖБИ. Большая часть из них (7 заводов) находятся в г. Белгороде.

Крупнейшими из них являются ООО "ЖБИ-4", ОАО "ЖБК-1" и ОАО "Белгородстройдеталь" [7].

Основной вид деятельности предприятия ООО "ЖБИ-4" - приготовление раствора, бетона, изготовление железобетонных изделий, сборных металлоконструкций.

Сырьем для производства железобетонных изделий являются песок, щебень и цемент. При перемещении, засыпке, дозировании строительных материалов происходит выделение пыли, которая улавливается системой пылегазоочистки. Количество пыли электрофильтров составляет свыше 2000 т/год. Часть удержанной пыли возвращается в производство раствора бетона, а оставшаяся часть складируется в отвалы. Между тем, известно, что отходы многих производств могут быть использованы в различных технологических целях [8-10]. В частности, пыль электрофильтров комбината строительных конструкций ранее исследовалась, в том числе, в качестве реагента для удаления поллютантов из водных сред [11].

В данной работе исследованы физико-химические свойства пыли электрофильтров предприятия ООО "ЖБИ-4".

Целью данной работы явилось комплексное изучение физико-химических свойств, гранулометрического и минерального состава пыли электрофильтров предприятия «ЖБИ-4».

Исследуемая пыль представляет собой порошок темно-серого цвета с влажностью до 6 %, гранулометрический состав которой представлен в табл. 1.

Таблица 1 - Гранулометрический состав пыли электро фильтров

случаев частицы объединены в объемные конгломераты.

Размер ячейки, мм 1,4 1 0,63 0,315 0,14 0,1 0,08 0,05 <0,05

Остаток на сите, % 1,60 1,17 1,23 1,11 1,36 8,13 8,41 29,59 47,40

Как видно из данных таблицы 1, пыль электрофильтров представляет собой тонкодисперсную систему, причём тонкая фракция с размером частиц менее 0,05 мм составляет 47,4 %.

Минеральный состав пыли электрофильтров текущего производства оценивали по результатам рентгенофазового анализа. Анализ дифрактограммы пыли электрофильтров показал (рис. 1), что в пробе присутствуют, главным образом, такие соединения, как хатрурит СазЭЮ5 (А 3,882; 3.265; 3.039; 2.975; 2.783; 2.613; 2.324; 2.190; 1.984; 1.936; 1.827; 1.769; 1.645; 1.544; 1.463), ангидрит Са(БЮ4) (В 4,670; 3.882; 3.506; 2.190; 1.936), браунмиллерит Са2(А1^е+ЭЬ05 (О 3,656; 2,783; 2,054), ларнит Са2ЭЮ4 (Е 2.883; 2.783; 2.718; 2.613; 2.324; 2.190; 2.054; 1.984; 1.827; 1.769), гроссит СаАЦОу (р 3.506; 3.265; 2.883; 2.718; 2.613), гипс СаБ04^2(Н20) (О 2.783; 2.718; 2.054; 1.827), альбит №А1^08 (Н 3.656; 3.506; 3.199; 2.783; 2.324; 2.190; 1.984; 1.827).

}

1 Г

<§У 1 О

$

0  ............. * £

IX о ^ -1*1 'АО о* ГЦ

Рис. 1 - Рентгенограмма пыли электрофильтров:  - хатрурит CaзSiO5; 0 - ларнит Са2$Ю4; о - ангидрит Са(8Ю4); А - браунмиллерит Са2(Л1^е+3)205; => - гроссит СаЛЦОу; ^ - гипс CaS04(H20)2; ^ - альбит NaЛlSiз08

Наиболее интенсивные аналитические линии принадлежат гросситу, гипсу, ларниту, альбиту, бра-унмиллериту.

Частицы пыли имеют рыхлую развитую поверхность с округлыми краями (рис. 2). В большинстве

Рис. 2 - Микрофотографии пыли электрофильтров при разных кратностях увеличения

Насыпная (рнас) и истинная (рист) плотности пыли составляют 0,987 и 3,2 г/см3, соответственно; потери при прокаливании составляют 2,4 %.

Результаты анализа оксидного (табл. 2) и элементного (табл. 3) составов показали, что пыль содержит до 65 % оксида кальция, как в свободном, так и в связанном виде, что характеризует ее как высокоосновный вид техногенного сырья.

Присутствие в пыли большого количества СаО при растворении кальцийсодержащих соединений приводит к повышению рН водной среды (рис.3). Данное обстоятельство создает благоприятные условия для образования малорастворимых гидроксидов многих металлов (табл. 4).

Таблица 2 фильтров

Оксидный состав пыли электро-

Оксиды

СаО SiO2 А1203 Fe2Oз SOз MgO К2О

64,80 19,50 5,53 4,56 2,76 1,14 0,76

Ыа2О ТЮ2 МпО ВаО ZnO СиО ZrO2

0,60 0,16 0,10 0,04 0,03 0,01 0,01

Таблица 3 фильтров

Элементный состав пыли электро-

Оксиды

Са Si А1 Fe S Mg К Ыа

45,61 9,07 2,38 2,49 1,11 0,69 0,63 0,44

П Мп Ва Zn Си Zr С О

0,98 0,08 0,36 0,02 0,01 0,01 13,68 22,44

Присутствие в пыли большого количества оксида кальция при растворении кальцийсодержащих соединений приводит к повышению рН водной среды (рис. 3). Данное обстоятельство создает благоприятные условия для образования малорастворимых гид-роксидов многих металлов (табл. 4).

Рис. 3 - Зависимость значения рН водной суспензии пыли от длительности контакта. Концентрация пыли в суспензии - 1 г/дм3.

Таблица 4 - Условия гидратообразования некоторых гидроксидов [12]

Гидроксид Значение рН осаждения Начало растворения

начало осаждения полное осаждение

1М 0,01М

Fe(OH)з 1,5 2,3 4,1 14

А1(ОН)3 3,3 4,0 5,2 7,8

Сг(ОН)3 4,0 4,9 6,8 12

Zn(OH)2 5,4 6,4 8,0 10,5

Fe(OH)2 6,5 7,5 9,7 13,5

№(ОН)2 6,7 7,7 9,5 -

Для проверки приведенных данных исследовалась возможность очистки модельных растворов от ионов №2+. К модельным растворам с содержанием ионов №2+ 5

10 и 15 мг/дм добавляли пыль в количестве от 0,5 до 2,0 г/дм3. Концентрацию ионов №2+ в исходном и очищенном растворах определяли фото-

колориметрическим методом, эффективность очистки в %, определяли по формуле:

Э = (Сн - Ск) / Ск,

где Сн и Ск - начальная и конечная концентрации ионов №2+.

Длительность контакта пыли с раствором составила 5 минут. Зависимость эффективности очистки модельных никельсодержащих растворов от концентрации пыли представлена на рис. 4.

Рис. 4 - Зависимость эффективности очистки ни-кельсодержащих растворов от концентрации пыли

Из полученных результатов следует, что высокая эффективность очистки достигается для всех исследуемых растворов. Таким образом, в исследованиях установлена возможность использования пыли электрофильтров предприятия ООО "ЖБИ-4" для очистки водных сред от ионов тяжелых металлов. это особенно важно в условиях усиления негативной антропогенной нагрузки на окружающую среду и ухудшения экологического состояния водных объектов.

Статья подготовлена при поддержке гранта ПСР БГТУ им. В.Г. Шухова, № регистрации НИР А-2/12.

Литература

1. И.В. Старостина, Е.А. Пендюрин, А.В. Толитченко, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 1, 129-133 (2013).

2. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, И.Г. Шайхиев, Д.Ю. Ипанов, В.Д. Мухачева, Вестник Казанского технологического университета, 16, 7, 92-94 (2013).

3. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, Д.Ю. Ипанов, А.В. Шамшуров, Е.В. Новикова, Экология и промышленность России, 7, 22-25 (2013).

4. С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, Л.А. Порожнюк, Д.Ю. Ипанов, Е.В. Суханов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 6, 199-201 (2014).

5. С.В. Свергузова, О.Д. Лашина, Экология и промышленность России, 4, 46-47 (2008).

6. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, Е.В. Суханов, Е.В. Фомина, Л.В. Денисова, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 19, 9, 158-163 (2016).

7. С.В. Свергузова, Ю.Н. Малахатка, А.В. Шамшуров, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 4, 169-172 (2012).

8. С.В. Свергузова, Г.И. Тарасова, Ю.Н. Малахатка, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 175-177 (2012).

9. С.В. Степанова, И.Г. Шайхиев, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 6, 183-186 (2014).

10. С.В. Свергузова, М.Н. Спирин, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 5, 187-191 (2014).

11. Ю.Н. Малахатка, С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, А.В. Шамшуров, Вестник Казанского технологического университета, 15, 12, 27-139 (2012).

12. Ю.Ю. Лурье, Справочник по аналитической химии. Химия, Москва, 1971. 456 с.

© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; Е. А. Беловодский - магистрант кафедры промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, И. Г. Шайхиев - д.т.н., профессор, зав. кафедрой инженерной экологии КНИТУ; И. В. Старостина - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.

© S. V. Sverguzova - PhD, professor, head of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra, e-mail: pe@intbel.ru; E.A. Belovodsky - undergraduate student of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra;; I. G. Shaikhiev - PhD, professor, head of Kazan National Research Technological University engineering ecology cathedra; I. V. Starostina - PhD, docent of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra