Использование отходов металлургической промышленности в строительной индустрии как способ сбережения природных ресурсов и снижения экологической напряженности

Романова И.П., Бегунов О.Б.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ КАК СПОСОБ СБЕРЕЖЕНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ И СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАПРЯЖЕННОСТИ

Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет

Ключевые слова: металлургическая промышленность, шлаки, экология, отходы.

Аннотация: В статье проводится анализ проблемных вопросов, связанных с утилизацией отходов металлургической промышленности. Описаны возможные пути переработки и применения их в качестве вторичного сырья для металлургической промышленности и строительной индустрии.

Keywords: waste iron and steel industry, slags, ecology, waste.

Abstract. The article deals with the problematic issues related to the utilization of waste iron and steel industry. Theapplication capabilities of converter slag as raw material for the steel and construction industry are described.

Активная индустриализация привела к возникновению промышленных гигантов в добывающих отраслях и отраслях первичной переработки (каменноугольная, металлургическая, нефтеперерабатывающая, целлюлозно-бумажная промышленность). Быстрые темпы роста промышленного производства имели не только положительные последствия, такие как повышение благосостояния и уровня жизнинаселения, но и массу отрицательных - разрушение природных экосистем, загрязнение окружающей среды промышленными выбросами, истощение запасов полезных ископаемых. За последние два столетия колоссальное количество техногенных отходов было накоплено вшламонакопителях, хвостохранилищах, золошлакоотвалах предприятий, на полигонах, в виде отвалов пустой породы. Только в России более 1 миллиона гектар земельных ресурсов занято отходами металлургического производства, а значит выведено из оборота. При этом в большинстве стран не только нет тенденции к сокращению образования отходов в обозримом будущем, но и наблюдаются быстрые темпы роста количества отходов. Например, в Россииза последние десять лет количество отходов, вырабатываемых промышленными

предприятиями, возросло почти в два раза - с 3,5 миллиарда тонн до 6 миллиардов тонн в год. Причем, большая часть (порядка 90%) приходится на отходы добывающей промышленности, в которой получение целевого продукта требует переработки большого количества сырья. Так, при добыче ископаемого топлива образуется до 80% неиспользуемых материалов, минерального строительного сырья - около 20%. Для производства одной тонны стали требуется до десяти тонн природных ресурсов, а для получения 1 тонны меди, никеля, олова необходимо переработать от ста до трехсот тонн руды. Таким образом, кроме целевого продукта предприятие производит в качестве отходов шлаки, керамический лом, окалину, шламы, хвосты, пульпу и пыль, причем подвергается переработке из них не более 30% [1].

Одной из самых «грязных» отраслей промышленности является черная металлургия, занимающая второе место по количеству выбросов вредных веществ (в основном оксидов азота) в атмосферу. В городах, где расположены крупные предприятия отрасли, систематически отмечается многократное (10-155 ПДК) превышение допустимых концентраций вредных примесей, в том числе высокого класса опасности, например, в Магнитогорске - этилбензола и диоксида азота, а в Новокузнецке - диоксида азота.Значительный вред наносится так же поверхностным и подземными водам. Ежегодно в России предприятия металлургической отрасли производят сброс не менее 1 млн. м3 сточных вод, из которых 85% загрязнены соединениями железа и тяжелых металлов, хлоридами, сульфатами и нитртами. Помимо химического загрязнения, сточные воды вызывают тепловое загрязнение природных экосистем - температура сточных вод составляет порядка 50 °С. Но самой большой проблемой является огромное количество отходов, для хранения которых отчуждаются большие площади (в России свыше 1300 км2) земель, в том числе и плодородных. Помимо почвы под самими отвалами, золо- и шламонакопителями, из оборота из-за загрязнениятоксичными веществамивыбывают так же земли в радиусе 200 км от места захоронения металлургических отходов [2-3].

Помимо экологических проблем, связанных с накоплением отходов, в ближайшее время многие страны столкнутся еще и с проблемой исчерпания природных ресурсов. Поэтому использование техногенных отходов в качестве вторичного сырья становится особенно актуальным. Особый интерес представляют отходы металлургического производства. Богатые (с содержанием железа более 60%) и удобные для разработки месторождения Приднепровья и Урала уже практически выработаны, основная масса используемой в

настоящее время железной руды поступает из Карелии, Мурманской области и Курской магнитной аномалии (с содержанием железа 30-40 %). Масса отходов, получаемых при переработке небогатых руд, огромна, химический состав отходов колеблется в очень широких пределах, а содержание железа в них может достигать 15 - 20%.

Наиболее широкое применение нашли доменные гранулированные шлаки, которые достаточно полно вовлечены в производство строительных материалов и изделий (производство цемента, местных и шлакощелочных вяжущих заполнителей бетонов, шлакощелочной пемзы, минеральной шлаковой ваты, шлакоситаллов, щебня и песка). Применение доменных шлаков при производстве портландцемента и других строительных материалов позволяет экономить первичные минеральные ресурсы (песок, известь, глину, щебень), клинкерный цемент и снизить топливно-энергетические затраты производства почти в 2 раза. В то же время, малоиспользуемыми являются такие грубо-, микро- и нанодисперсные отходы как конвертерные шлаки, металлургические шламы, пыли и другие твердые побочные технологические продукты, являющиеся потенциально полезными для применения их в стройиндустрии.

Из всего многообразия отходов, получаемых в металлургическом производстве, основной объем (около 80% от общего количества твердых промышленных отходов) составляют шлаки. В России, в шлаковых отвалах накоплено 800 миллионов тонн шлаков черной и цветной металлургии. Ежегодно образуется более 95 миллионов тонн шлаков, в том числе около 79 миллионов тонн шлаков доменного, сталеплавильного, литейного и ферросплавного производств. Полноценное использование шлаков позволит организовать практически безотходное металлургическое производство, поэтому весьма актуальной является задача разработки способов переработки шлаков с максимальным извлечением металла и эффективным использованием силикатной части. При решении проблемы утилизации малоиспользуемых на сегодняшний день отходов металлургии ставятся две взаимосвязанные задачи: предотвращение негативного воздействия отходов на окружающую среду и обеспечение стройиндустрии и промышленности по производству строительных материалов и изделий вторичным сырьем [4].

В настоящее время в России ведутся разработки в области рационального использования и утилизации конвертерных шлаков и других малоиспользуемых отходов металлургического производства. В частности, ЗАО «Липецкметаллургпроект» совместно с Липецким государственным техническим университетом предложили две

технологические схемы для полноценного использования конвертерных шлаков. Первая схема представляет собой технические решения по увеличению доли конверторных шлаков в шихте подаваемой в цементную печь на обжиг и спекание путем подачи шлака во вращающуюся печь в обход горловины (при способе производства реализованном на ЗАО «Липецкцемент» на данный момент увеличить долю шлаков в шихте не возможно в связи с наличием в шлаке легкоплавких соединений и зарастанием загрузочной горловины печи). При реализации данной технологической схемы ЗАО «Липецкцемент» имеет возможность использовать в качестве шихтовых материалов более чем в 4,0 раза большее количество конвертерных шлаков [5].

Вторая предложенная технологическая схема - это утилизация физического тепла жидких металлургических шлаков с получением цементного клинкера. Предполагается получать цементный клинкер непосредственно из огненных, жидкотекучих шлаков, что позволит значительно уменьшить энергозатратына нагревание шихтовых материалов (жидкотекущие шлаки необходимо нагреть до 1500 -1550°С с 1250 - 1350°С, а не с 20°С как при обычном способе производства). Кроме того, использование огненного шлака непосредственно после получения позволяет избежать длительной процедуры его охлаждения и грануляции в шлаковых ямах, а значит сэкономить 1-3 м3 воды для охлаждения и избежать значительного выброса в атмосферу сероводорода и серного ангидрида, образующихся при взаимодействии шлака с водой [6].

Таким образом, разработка рациональной и экономически выгодной технологической схемы переработки конвертерного шлака, позволит решить проблему переработки накопленных отходов и обеспечить вторичным сырьем металлургическую и строительную промышленность.

Список литературы

1. Ушков В.А., Орлова А.М., Славин А.М., Манухов Г.О. Вторичные полиолефины, содержащие модифицированный железооксидный пигмент // Промышленное и гражданское строительство. 2013. № 3. С. 17-18.

2. Жуков А.Д., Орлова А.М., Наумова Н.А., Никушкина Т.П., Майорова А.А. Экологические аспекты формирования изоляционной оболочки зданий // Научное обозрение, 2015, № 7, с. 209-212.

3. Генералова Н.Н., Клюев М.В. Конформационный анализ структуры п-н-пропилокси-о-гидроксибензилиден-п'-бутиланилина //

Синергия. 2015. № 1. С. 71-78.

4. Романов П.С., Романова И.П. Рециклинг отходов металлургической промышленности как способ сбережения природных ресурсов и снижения экологической напряженности // Синергия. 2016. № 2. С. 94-99.

5. Гончарова М.А., Копейкин А.В., Крохотин В.В. Оптимизация методики определения минералогического состава конвертерных шлаков // Строительные материалы. 2015. № 1. С. 64-67.

6. Гончарова М.А. Структурообразование и технология композитов общестроительного и специального назначения на основе малоиспользуемых отходов металлургии // диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / ГОУВПО "Воронежский государственный архитектурно-строительный университет". Воронеж, 2012. 341 с.