А) Вяжущие материалы на основе шлаков и зол

Стр 1 из 5Следующая ⇒

Экологическая безопасность и технологии переработки наиболее распространенных отходов (отработанные нефтепродукты, автошины, люминесцентные лампы, аккумуляторы и т.д.). Использование и обезвреживание отходов гальванических и металлургических производств. Использование и обезвреживание нефтешламов.

Состояние проблемы использования и обезвреживания отходов, содержащих полихлорированные дифенилы.

Наилучшие имеющиеся технологии использования и обезвреживания отходов.

Использование золошлаковых отходов. Перспективы переработки отходов добычи и обогащения угля. Использование и обезвреживание отходов металлургических предприятий.

Предупреждение и ликвидация чрезвычайных ситуаций при переработке и обезвреживании отходов. Особенности обращения с отходами ремонтно-строительных работ, отходами эксплуатации и ремонта механизмов, отработанным электролитом и т.п.

Создание малоотходных ресурсосберегающих технологий выдвигает ряд общих требований, направленных на качественное изменение производства. Это:

§ комплексная переработка сырья с использованием всех его компонентов;

§ интенсификация производственных процессов на основе их автоматизации, электронизации и роботизации; внедрение наукоемких, высокотехнологичных автоматизированных систем;

§ цикличность и замкнутость материальных потоков при минимизации производственных отходов;

§ уменьшение разделения технологического процесса на отдельные операции, сокращение числа промежуточных стадий перехода от сырья к конечному продукту; применение непрерывных процессов и сокращение времени технологических циклов;

§ сокращение удельного потребления природных ресурсов и энергии, максимальная замена первичных ресурсов вторичными, рециркуляция побочных продуктов и отходов в основной процесс, регенерация избыточной энергии;

§ применение комбинированных энерготехнологических процессов, обеспечивающих максимальное использование всего потенциала энергоресурсов;

§ внедрение экологических биотехнологий на базе физико-химических и биологических процессов, обеспечивающих возможность использования или обезвреживания отходов путем доведения их до природного состояния;

§ создание интегрированных технологий, охватывающих сферы природопользования, производства и потребления. Системный анализ производственных процессов с этих позиций позволяет определить пути создания технологий нового поколения.

Комплексная переработка сырья направлена не только на бережное расходование природных ресурсов, но и на уменьшение поступления отходов в окружающую среду и тем самым на предохранение ее от техногенных загрязнений.

Примером комплексного использования сырья в химической промышленности может служить переработка апатитонефелиновой руды Кольского месторождения. Она содержит 13% апатита, 30-40% нефелина, известняк и другие минералы. Добытая руда методом флотации разделяется на апатитовый и нефелиновый концентраты. Из апатита получают фосфорную кислоту и фосфорные удобрения, фториды, фосфогипс и другие вещества, а из нефелинового концентрата и известняка - глинозем, соду, поташ и портландцемент. Данная технология не имеет аналогов в мировой практике, в других странах глинозем для производства алюминия получают только из бокситов.

Малоотходные технологии в перерабатывающей промышленности основываются на производственных циклах, в которых сокращено число технологических переходов от сырья к готовой продукции, повышена замкнутость материальных потоков и, соответственно, уменьшен коэффициент вредного действия.

Первыми примерами таких комплексных технологических процессов, проектируемых под конкретные изделия или продукцию и работающих по схеме «мономер - изделие», «материал - конструкция», «сырье - продукция», когда число раздельных операций минимизируется, являются технологии роторных линий, порошковой металлургии, гибких автоматизированных линий «материал - агрегат», термофронтального синтеза материалов. В этих случаях получены и наиболее качественная продукция, и наиболее серьезные результаты в области создания энергосберегающих и малоотходных процессов. Технологии, основанные на сокращении числа технологических переходов и повышении их информационного содержания, так называемые наукоемкие технологии, могут быть отнесены к технологиям первого рода с точки зрения их экологического соответствия. Они предусматривают изменение организации производственных комплексов на уровне элементарных технологических структур и определяют стратегическое направление технологического перевооружения. Правда, они требуют и наибольших вложений и времени.

Другое направление связано с разработкой технологий, при которых обеспечивается рециркуляция, или возвращение побочных продуктов, в основной процесс или сопутствующую технологию. Примеры таких решений - технологий второго рода - процессы регенерации и рекуперации минеральных масел, смазочно-охлаждающих жидкостей, регенерации и коррекции отработанных травильных растворов и электролитов гальванического производства. Важной особенностью этих технологий является то, что, осуществляя коррекцию растворов, возвращая в основной процесс необходимые компоненты и регенерируя из водных растворов медь (а это важно для экологической безопасности стоков), они функционируют так, что без них основной технологический процесс невозможен. Другой пример технологий второго рода - это утилизация избыточного активного ила городских очистных сооружений для целей строительства, сельского хозяйства и извлечения некоторых ценных химических продуктов. В частности, для его гомогенизации и переработки предложен способ, в результате применения которого может быть получено жидкое топливо с калорийностью на уровне спирта. К этому роду технологий относится также получение биогаза на основе переработки отходов животноводства и другой биогенной органики.

К технологиям третьего рода могут быть отнесены операции и процессы, в которых депонированные отходы производства, обладающие потенциалом загрязнения, используются для вторичной переработки и получения новых продуктов с пониженной химической активностью. Примеры: изготовление керамзита, шлакоблоков и других строительных и облицовочных материалов с использованием отходов добывающей промышленности, металлургии и химии; переработка автопокрышек в стойкие сантехнические изделия и т.п.

Наиболее насущные потребности связаны с внедрением технологий рециркуляции и переработки отходов (технологий второго и третьего рода). Одновременно с этим необходимо определить стратегию технологического перевооружения производственных комплексов и возможности перехода к технологиям первого рода.

В нашей стране свыше 1 млн т отходов углеобогащения используют в качестве топливной и отощающей добавки (10-15 %) к шихте для производства кирпича из глины. Перспективно их использование и в качестве основного сырья для формирования изделий эффективной пустотелой строительной керамики. При этом за счет экономии технологического топлива (в результате использования горючих, содержащихся в отходах) и исключения затрат на добычу глинистого сырья значительно снижается себестоимость продукции.

Анализ химического состава технологических отходов углеобогатительных фабрик показал достаточно стабильное содержание в них АI₂О₃ и SiО₂, что позволяет использовать их как сырье для производства керамических изделий. В исходном состоянии эти отходы не размокают в воде, но после дробления и помола их глинистая составляющая высвобождается и отходы приобретают способность образовывать с водой пластичную массу, из которой может быть сформован кирпич-сырец, превосходящий по некотоpым свойствам аналогичные изделия из обычной глины. Производство глиняного (красного) кирпича заключается в обжиге формованной глиняной массы, в которую добавляют опилки, некоторые органические отходы, просеянный уголь в качестве топливного (выгорающего) компонента. Для уменьшения усадки при сушке и обжиге, а также для предотвращения деформации и трещин изготовляемых керамических изделий в жирные пластичные глины вводят природные (кварцевые пески) или искусственные (дегидратированная глина, шамот) отощающие материалы. Обжиг изделий из таких отходов обычно проводят в условиях, обеспечивающих завершение процесса выгорания углерода к моменту начала интенсивного спекания черепка.

Производство аглопорита. Уголь, содержащийся в отходах углеобогащения, может быть использован как топливо при их термической переработке (в смеси с глинистыми породами) в кирпич, керамику и в другие строительные материалы. Таким способом получают, например, аглопорит – искусственный легкий пористый заполнитель для бетонов, производство которого налажено в ряде зарубежных стран и развивается в нашей стране.

Технология производства аглопорита может быть различной. На ряде заводов она заключается в термической обработке методом агломерации гранулированной шихты из глинистых пород или отходов добычи, обогащения и сжигания углей с последующим дроблением получающегося в результате спекания «коржа» и выделением при рассеве требуемых фракций заполнителя.

Аналогично можно перерабатывать отходы обогащения горючих сланцев.

Производство диоксида серы. Проводимое с целью уменьшения содержания серы в угле обогащение сопровождается образованием углистого колчедана, содержащего 42-46 % серы и 5-8 % углерода. Его запасы только в Подмосковном угольном бассейне достигают 60 млн т.

Углистый колчедан является потенциальным сырьем для производства серной кислоты, однако непосредственная его переработка в SO₂ путем обжига приводит к получению низкоконцентрированных газов (в результате их разбавления образующимся СО₂) и связана с техническими трудностями ввиду необходимости отвода избыточного тепла экзотермических реакций. Высокотемпературная переработка углистого колчедана совместно с гипсом (40-45 %) в механических печах не обеспечивает разложения последнего больше, чем на 20 %, и приводит к образованию высокосернистого (10-15 % S) огарка.

В промышленной практике нашел использование способ производства SO₂ путем термической переработки флотационного колчедана совместно с сульфатами железа, являющимися отходами процессов травления металлов в черной металлургии и метизной промышленности, при получении пигментного TiO₂. Выход сульфатов железа в этих производствах составляет примерно 500 тыс. т/г. в виде FеSО₄·7Н₂О. Целесообразно в этом процессе флотационный колчедан заменить на углистый.

На практике соотношение S_{сульфатная}:S_{сульфидная} берут исходя из теплового баланса, обеспечивающего автотермичность экзотермической реакции обжига углистого колчедана и процесса эндотермического разложения сульфатов железа. Обжиговые газы, максимальная концентрация SO₂ в которых не превышает 18,3 %, направляют в промывное отделение сернокислотного производства.

В черной металлургии разработана технология получения железа непосредственным восстановлением рудных концентратов водородом или синтез-газом (смесь Н₂ и СО). Благодаря новому методу устраняются стадии доменного передела, производства кокса и агломерата. В результате при производстве стали по этой технологии расход воды уменьшается в 2-3 раза, резко сокращаются объемы сточных вод, выбросы в атмосферу пыли, диоксида серы и других вредных веществ.

Одним из характерных примеров малоотходных технологических процессов служит порошковая металлургия, которая позволяет создавать материалы и изделия с особыми, уникальными свойствами, иногда вообще недостижимыми при других технологиях. Если при металлообработке литья и проката уходит в стружку до 60-70% металла, то при изготовлении деталей из пресс-порошков потери материалов не превышают 5-7%. Преимущества порошковой металлургии выражаются не только в экономии черных металлов и других дефицитных материалов, но и в снижении загрязнения атмосферы и воды, характерного для обычных металлургических процессов.

В машиностроении основой малоотходных технологий являются процессы обработки металлов без снятия стружки. Это точное литье, методы обработки давлением (прокатка, дорнование), листовая и объемная холодная штамповка и др. Эти технологии позволяют значительно повысить коэффициент использования металла (КИМ) - один из основных критериев совершенства технологии. Естественно, что увеличение КИМ дает не только большие технико-экономические выгоды, но и во многом определяет экологический уровень производства в связи с уменьшением образования отходов.

Переработка отходов. Ресурсосберегающие и малоотходные технологии способствуют оздоровлению окружающей среды. Но многие действующие предприятия не могут быть быстро переведены на малоотходные схемы производства. Существующие на них технологии высокоотходны, поэтому остается актуальной задача создания эффективных систем улавливания, утилизации и переработки газообразных, жидких и твердых отходов.

Многие вещества и материалы, которые относят к отходам, на самом деле таковыми не являются. Поэтому отходы производства и потребления следует рассматривать как вторичные материальные ресурсы (BMP), которые можно повторно использовать.

Как уже отмечено раньше, ситуация с отходами относится к числу наиболее сложных экологических проблем. Для утилизации отходов необходимо преодолеть ряд организационных и технологических трудностей. Главная организационная проблема - раздельный сбор и сортировка отходов, особенно твердых бытовых отходов (ТБО). Главные технологические трудности связаны с высокой энергоемкостью переработки отходов и вредным воздействием ее на окружающую среду, с обеспечением необходимой чистоты конечных продуктов.

Основной метод переработки ТБО в мире - сжигание их в топках, близких по конструкции к топкам энергетических установок. При таком варианте низкотемпературного сжигания с отходящими газами выносится много неразложившихся вредных соединений и продуктов их взаимодействия. Поэтому мусоросжигательные заводы становятся дополнительными источниками загрязнения атмосферы, а количество отходов, требующих захоронения, достигает 25% от массы исходных ТБО.

Большую перспективу имеют комбинированные технологии, в которых утилизация отходов происходит попутно. Так, в Московском институте стали и сплавов и институте «Стальпроект» разработана технология высокотемпературного сжигания отходов на базе металлургического агрегата жидкофазного восстановления железа. При этом выбросы в атмосферу содержат в несколько раз меньше загрязнителей, чем на мусоросжигательных заводах, использующих зарубежные технологии.

Отходы промышленного производства весьма разнообразны. Их можно разбить на две группы - основные и побочные. К основным относятся отходы материалов, используемых непосредственно для изготовления деталей, машин, приборов и другой продукции: металлические и металлосодержащие отходы (стружка, окалина, шламы, шлак), твердые органические отходы (дерево, пластмасса, резина). Побочные отходы образуются в ходе технологических процессов. Они могут быть твердыми (абразивы, зола, пыль), жидкими (минеральные масла и нефтепродукты, эмульсии, осадки сточных вод) и газообразными (отходящие газы). Кроме того, многие техпроцессы сопровождаются выделениями тепла, т.е. энергетическими отходами.

. Существует два пути утилизации металлических отходов: без переплавки (деловые отходы) и с переплавкой (металлолом и стружка). Основные операции первичной обработки металлоотходов - сортировка, разделка и механическая обработка, включающая рубку, резку, пакетирование и брикетирование. Переработку жидких отходов осуществляют преимущественно путем рекуперации и регенерации, т.е. извлечения ценных компонентов из отходов и восстановления исходных свойств отработанных материалов.

Существуют также различные методы утилизации промышленных газообразных отходов и переработки их в товарную продукцию. Например, в сернокислотном производстве применяют различные методы утилизации сернистых газов. Один из них, кислотно-каталитический метод, основан на окислении оксида серы в растворе серной кислоты в присутствии ионов марганца.

В результате получается разбавленная серная кислота, используемая в производственном цикле предприятия. При внедрении технологии поглощения диоксида серы из остаточных газов производство серной кислоты становится не только малоотходным, но и получает дополнительный источник сырья.

Наряду с использованием вторичных материальных ресурсов имеются большие возможности в использовании вторичных топливно-энергетических ресурсов. Уже многие годы применяется утилизация отходящих дымовых газов металлургического оборудования и топок для подогрева воды и воздуха. Она осуществляется с помощью теплообменных регенераторов и рекуператоров. Разрабатываются новые, более совершенные способы утилизации тепла и установки для их реализации. Тем не менее, фактически используется лишь незначительная доля возможного, экономически оправданного уровня потребления вторичных энергоресурсов.

Современный уровень развития техники, имеющиеся технологии пока не позволяют утилизировать все отходы. Поэтому для централизованного сбора, обезвреживания и захоронения токсичных отходов создаются специальные полигоны. Требования к устройству полигонов и порядок захоронения на них отходов регламентируются соответствующими нормами и правилами. Полигоны помогают лишь частично решать проблему, так как отходы в принципе не могут быть ликвидированы без глубокого преобразования входящих в них веществ и материалов.

Новосибирским институтом «Гипроцветмет» предлагается на основе реализации концепции ресурсовозобновляющих технологий создавать системы нового поколения - многопрофильные комбинаты «Экополигон» (Семенов, Максимов, 1995). По расчетам авторов проекта, такие комбинаты способны перерабатывать все виды антропогенных отходов данного региона (города), причем от 80 до 100% из них превращаются во «вторичные природные ресурсы и биосферные вещества». Заводы ресурсовозобновляющих технологий имеют узлы геохимической, физико-химической и биотехнологической переработки отходов производства и потребления. На завершающей стадии переработки формируется биосистема, в которой искусственно вырабатываются вещества, пригодные для включения в природный круговорот. Вторичные ресурсы могут применяться в промышленности и в городском хозяйстве в качестве стройматериалов, металлолома, биотоплива и других полезных продуктов.

а) Вяжущие материалы на основе шлаков и зол

Основная масса отходов при получении металлов и сжигании твердого топлива образуется в виде шлаков и зол. Кроме шлаков и зол при производстве металла в больших количествах образуются отходы в виде водных суспензий дисперсных частиц-шламы.

Ценным и весьма распространенным минеральным сырьем для производства строительных материалов являются горелые породы и отходы углеобогащения, а также вскрышные породы и отходы обогащения руд.

Производство вяжущих материалов относится к наиболее эффективным областям применения шлаков. Шлаковые вяжущие можно подразделить на следующие основные группы: шлакопортландцементы, сульфатно-шлаковые, известково-шлаковые, шлако-щелочные вяжущие.

Шлаки и золы можно рассматривать как в значительной мере подготовленное сырье. Высокий уровень подготовки сырьевой смеси при применении шлаков и зол обеспечивает повышение производительности печей и экономии топлива. Замена глины доменным шлаком позволяет снизить на 20% содержание известкового компонента, уменьшить при сухом производстве клинкера удельный расход сырья и топлива на 10…15%, а также повысить производительность печей на 15%.

Применением маложелезистых шлаков – доменных и феррохромовых – и созданием восстановительных условий плавки получают в электропечах белые цементы. На основе феррохромовых шлаков окислением металлического хрома в расплаве можно получить клинкеры, при использовании которых цементы с ровной и стойкой окраской.

Сульфатно-шлаковые цементы – это гидравлические вяжущие вещества, получаемые совместным тонким измельчением доменных гранулированных шлаков и сульфатного возбудителя твердения – гипса или ангидрида с небольшой добавкой щелочного активизатора: извести, портландцемента или обожженного доломита. Наиболее широкое распространение из группы сульфатно-шлаковых получил гипсошлаковый цемент, содержащий 75…85% шлака, 10…15% двуводного гипса или ангидрида, до2% окиси кальция или 5% портландцементного клинкера. Высокая активизация обеспечивается при использовании ангидрита, обожженного при температуре около 700º С, и высокоглиноземистых основных шлаков. Активность сульфатно-шлакового цемента существенно зависит от тонкости измельчения. Высокая удельная поверхность (4000…5000 см²/г) вяжущего достигается с помощью мокрого помола.

Шлакощелочные вяжущие состоятиз тонкоизмельченногогранулированного шлака (удельная поверхность≥3000 см²/г) и щелочного компонента – соединений щелочных металлов натрия или калия.

Для получения шлакощелочного вяжущего приемлемы гранулированные шлаки с различным минералогическим составом. Решающим условием их активности является содержание стекловидной фазы, способной взаимодействовать со щелочами.

Дата добавления: 2021-04-24; просмотров: 90; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!