научная статья по теме ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ Энергетика

Текст научной статьи на тему «ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ И ЭНЕРГЕТИКИ»

ф

экологические и практические аспекты

совместного использования

отходов чёрной металлургии и энергетики

Доктор технических наук В.З. АБДРАХИМОВ (Самарская академия государственного и муниципального управления)

В 1972 г. Денис, Донелла Медоуз и Йор-ген Рандерс представили Римскому клубу свой знаменитый доклад "Пределы роста"- сценарий социально-экономической судьбы человечества в случае сохранения наблюдавшихся тенденций. Сценарий получился печальным: при любых конкретных значениях рассматриваемых параметров нашу цивилизацию ждал крах1. К нему вели два основных механизма: истощение природных ресурсов и неконтролируемый рост отходов. Авторы доклада имели в виду в первую очередь промышленные выбросы в атмосферу и воду. Роль твёрдых бытовых отходов относительно производственных невелика.

Значительная часть выбросов вредных веществ в атмосферу приходится на энергетику и чёрную металлургию.

Производство керамических композиционных строительных материалов - одна из самых материалоёмких отраслей народного хозяйства, поэтому рациональное использование топлива, сырья и других мате-5 риальных ресурсов становится решающим ° фактором её успешного развития в усло-

1 виях проводимой экономической реформы. 8 В связи с этим применение в керамических

о

2 -

| 1 Абдрахимов В.З. Вопросы экологии и утилиза-

£ ции техногенных отложений в производстве

2 керамических композиционных материалов.

§ Самара: Самарский государственный архитек-

о турно-строительный университет. 2010; Абдра-

® химов В.З., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов Д.В.,

Е Абдрахимов А.В. Применение техногенного

С!

® сырья в производстве кирпича и черепицы. Р СПб.: Недра. 2004.

материалах отходов производств приобретает особую актуальность2. Около 66% зо-лошлаковых материалов, образующихся при сжигании углей, имеют повышенное содержание несгоревших остатков. Суммарное содержание подобных остатков может удовлетворить потребность в топливе всей керамической промышленности по производству кирпича, а минеральная часть золы - заменить до трети потребности в глиняном сырье3. Однако общий объём использования золошлаковых материалов в производстве керамических материалов предприятиями России не превышает 10%.

Использование отходов экономически выгодно, так как исключаются затраты на геологоразведочные работы, на строительство и эксплуатацию карьеров, при производстве строительных материалов уменьшаются затраты на топливо, снижаются себестоимость, удельные капиталовложения, уменьшаются площади, занятые под отвалы. Кроме того, использование отходов производств - один из эффективных способов экономии природных материалов, при этом одновременно происходит утилизация

2 Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Использование отходов обогащения цветной металлургии в производстве кислотоупорных изделиях // Известия вузов. Цветная металлургия. 2004. № 4. С. 13-19.

3 Абдрахимов В.З. Исследование железосодер-

жащего традиционного природного и техногенного сырья на спекание керамических материалов. Влияние ионов Ре?+ и Рэ3+ на образование низкотемпературного муллита. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2009.

34 © В.З. Абдрахимов

побочных продуктов и вносится вклад в охрану окружающей среды4.

Поскольку по выбросам вредных веществ в атмосферу значительный вклад вносят энергетика и чёрная металлургия, в данной работе рассматриваются исследования по совместному влиянию металлургического шлака от выплавки серого чугуна и золош-лакового материала на физико-механические показатели керамического кирпича.

Сырьевые материалы

Для производства керамического композиционного материала использовались в качестве отощителя (добавки, понижающие пластичность) металлургический шлак от выплавки белого чугуна (г. Магнито-

4Абдрахимов В.З. Вопросы экологии и утилизации техногенных отложений в производстве керамических композиционных материалов. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2010; Абдрахимов Д.В., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов В.З. Влияние некоторых отходов производства цветной металлургии на физические и механические свойства кирпича // Известия вузов. Цветная металлургия. 2004. № 2. С. 4-9.

горск) и золошлаковый материал, а в качестве глинистого компонента - легкоплавкая бейделлитовая глина Образцов-ского месторождения Самарской области, химический и гранулометрический составы и физико-механические свойства которых ранее были изучены в работе5.

Металлургический шлак имеет повышенное содержание оксида кальция. Известно, что СаО, несмотря на высокую температуру плавления, в глиносодержащих массах является сильным плавнем (способствует снижению температуры обжига) вследствие образования с А12О3 и SiO2 сравнительно легкоплавких соединений6. При температурах около 1000 оС взаимодействие между СаО и глинистыми веществами ещё незначительно, а при более высоких температурах реакция интенсифицируется и образуются уплотняющие легкоплавкие со-единения,эвтектики и стекла.

Минералогический состав исследуемого шлака представлен в основном кварцем, псевдоволластонитом, анортитом и монти-челлитом7.

Для производства керамического композиционного материала в качестве отощите-

Рис. 1.

Микроструктура золошлакового материала:

1 - магнетит; 2 - стекло, 3 - муллит;

4 - органические включения;

5 - кварц; 6 - анортит; 7 - полевой шпат; 8 - гематит. I - увеличение х500-1000,

А - 500, Б - 1000; II - увеличение х20000-24000, А и В х20000; Б и Г х24000.

5 Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С., Абдрахимов Д.В., Абдрахимов А.В. Применение техногенного сырья в производстве кирпича и черепицы. СПб.: Недра, 2004.

6 Абдрахимов В.З. Влияние золошлакового материала и карбонатного шлама на физико-механические показатели, фазовый состав и структуру пористости керамического композиционного материала // Строительный вест_^ ник Российской инженерной

академии. 2009. Вып. 9. С. 21-29; Абдрахимов В.З., Абдрахимова Е.С. Физико-химические процессы структурообразования в керамических материалах на основе отходов цветной металлургии и энергетики. Восточно -Казахстанский государственный технический университет / Усть-Каменогорск, 2000.

7 Абдрахимов В.З. Вопросы экологии и утилизации техногенных отложений в производстве керамических композиционных материалов. Самара: Самарский государственный архитектурно-строительный университет. 2010.

35

Рис. 2.

Микроструктура бейделлитовой глины Образцовского месторождения: 1 - бейделлит, 2 - органические включения, 3 - полевой шпат, 4 - кварц, 5 - гидрослюда. Увеличение А и В х10000; Б и Г х8000.

ля и выгорающей добавки нами использовался золошлаковый материал Тольяттин-ской ТЭС.

Микроструктура золошлакового материала представлена на рис. 1.

Стекловидная фаза исследуемого зо-лошлака неоднородна и под микроскопом представлена жёлто-бурым

цветом, обусловленным на- ^-

личием оксида железа.

Минералогический состав золошлакового материала представлен следующими минералами (в мас. %): амор-физованное глинистое вещество - 10-20; органика - 1820 (потери при прокаливании около 20%, табл. 2); стекловатые шарики - 45-65; кварц, полевой шпат - 5-15; кальцит - 3-5; гидрогранаты муллит, оксиды железа -510, примеси - 3-7. Имея повышенное содержание органики, золошлаковый мате-

риал может использоваться в производстве керамических материалов и в качестве выгорающей добавки.

Основным породообразующим глинистым минералом в исследуемой глине является бейделлит (рис. 2).

По огнеупорности (1320-1350 °С) глина относится к легкоплавким, но температура огнеупорности имеет верхний предел, близкий к температуре тугоплавких глин8. По содержанию А12О3 относится к группе полукислого сырья, по содержанию оксида железа - к группе с высоким содержанием красящих оксидов.

Экспериментальная часть

Для изучения влияния металлургического шлака от выплавки белого чугуна и золошлакового материала на основные физико-механические показатели (механическая прочность при сжатии, водо-поглощение и морозостойкость) кирпича были исследованы составы, приведённые в табл. 1, с использованием метода линейной регрессии.

Определяющим фактором качества керамического кирпича являются процентное содержание металлургического шлака и золошлакового материала в составах. Эксперимент состоял из восьми опытов. В первом опыте независимые переменные Х1 (содержание металлургического шлака)

8Абдрахимов В.З, Абдрахимова Е.С., Абдрахи-мов Д.В., Абдрахимов А.В. Применение техногенного сырья в производстве кирпича и черепицы. СПб.: Недра. 2004.

Составы керамических масс

Таблица 1

Компоненты

Содержание компонентов, %

Бейделлитовая глина, Х3 Металлургический шлак от выплавки белого чугуна, Х1 Золошлаковый материал, Х2

1 2 3 4 5 6 7 8

100 92 85 75 68 60 55 50

0 5 10 15 20 25 27 30

0 3 5 10 12 15 18 20

36

2 (содержание золошла-

#

Показатели

Водопоглоще-ние, % (У,) Прочность на сжатие, МПа

(У>)

Морозостойкость, циклы

(Уз)

и Х

кового материала) принимали минимальное значение, равное 0%. В каждом последующем опыте содержание металлургического шлака и золошлакового материала увеличивали до максимального в 8-ом опыте (табл. 1).

Составы керамических масс готовили пластическим способом формования при влажности шихты 22-28% (в зависимости от содержания металлургического шлака). Сформованные изделия (в основном кирпичи размером 250 х 120 х 65 мм), высушенные до остаточной влажности не более 8%, обжигались при температуре 1050 оС. Физико-механические показатели кирпича приведены в табл. 2.

Из таблицы видно, что введение в составы керамических масс металлургического шлака до 25%, а золошлакового материала до 15% (6-ой опыт) приводит к улучшению физико-механических показателей керамического композиционного материала, а дальнейшее увеличение их содержания -к снижению показателей.

Рис. 3.

Включения анортита: А - крупный кристалл анортита в виде табличек с полисинтетическими двойниками; Б - анортит удлинённо призматической формы; В - короткопризматический анортит. Увеличение: А х600, Б х 12000; В х 15000.

Таблица 2

Физико-механические показатели образцов

Сост

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком