facebook
twitter
vk
instagram
linkedin
google+
tumblr
akademia
youtube
skype
mendeley
Wiki
Global international scientific
analytical project
GISAP
GISAP logotip

ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Автор Доклада: 
Хоботова Э. Б., Уханёва М. И., Грайворонская И. В., Калмыкова Ю. С.
Награда: 
ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

УДК 628.518:539.16

ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ШЛАКОВ

Хоботова Элина Борисовна, д-р хим. наук, проф.,
Уханёва Марина Ивановна, аспирант,
Грайворонская Инна Валериевна, аспирант,
Калмыкова Юлия Сергеевна, соискатель
Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет


Выявлены полезные свойства металлургических шлаков для их утилизации в качестве технических материалов: компонентов вяжущих веществ и сорбентов для очистки промышленных сточных вод. Обоснованы количественные показатели определения сорбционной и гидравлической активности отходов.
Ключевые слова: металлургические шлаки, утилизация, технические материалы, вяжущие вещества, сорбенты

The useful properties of metallurgical slags for their utilization as technical materials: components of binders and sorbents for the purification of industrial sewage were determined. The quantitative indicators of wasters’ sorption activity and hydraulicity were substantiated.
Keywords: metallurgical slags, utilization, technical materials, binders, sorbents

Общая масса накопленных промышленных отходов составляет около 30 млрд. т. Низкий объём переработки отходов в Украине (10-15 %) обуславливает рост техногенного загрязнения всех компонентов окружающей природной среды (ОПС). Проблема отходов имеет ряд серьезных экологических и экономических аспектов и требует принятия неотложных мер по её решению. Решению проблемы промышленных отходов способствует оптимизация их использования, стимулирование и развитие безотходных технологий. Хорошо разработаны технологии утилизации отдельных видов промышленных отходов в строительные материалы [1, 2].

Целью работы являлось снижение техногенной нагрузки на ОПС в регионах с высоким уровнем накопления твердых промышленных отходов за счет выявления их полезных свойств и дальнейшей утилизации в качестве технических материалов.

Объекты исследования – отвальные доменные шлаки ОАО «Запорожсталь», ПАО «Мариупольский металлургический комбинат имени Ильича», ОАО Днепровский металлургический комбинат им. Ф.Э. Дзержинского (ОАО ДМК); отвальный и гранулированный доменный шлак ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог"; отвальные металлургические шлаки Побужского ферроникелевого комбината (ПФНК) производства сплава FeNi и Никопольского завода ферросплавов (НЗФ) производства сплава FeSi. В работе обоснована эффективность практического использования доменных шлаков (отвальных и гранулированных) в производстве вяжущих материалов, что является актуальным в условиях нехватки кондиционного сырья в Украине. Направление утилизации определяется химическим элементным и минералогическим составом шлаков. Для отвальных шлаков производства ферросплавов и гранулированного доменного шлака ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог" (фракция >10 мм белого цвета) обоснована целесообразность вторичного использования в качестве сорбентов органических веществ при очистке промышленных сточных вод.

Экспериментальные методы исследования химического состава и технически полезных свойств шлаков. Использованы физико-химические методы исследования: рентгенофазовый, гамма-спектрометрический, химический, петрографический, титриметрический и спектрофотометрический, а также электронно-зондовый микроанализ.

С помощью рентгенофазового анализа выявлены минералы шлаков, находящиеся в кристаллическом состоянии, определены структуры кристаллов минералов, подтверждено наличие аморфного состояния веществ. В составе отвальных и гранулированных доменных шлаков доказано присутствие минералов, ценных для производства вяжущих материалов: бредигита, ларнита, окерманита и псевдоволластонита. Рассчитана массовая доля стеклообразного компонента, составляющая половину массы доменного шлака ОАО «Запорожсталь» и металлургического шлака ПФНК производства сплава FeNi. Основным минеральным компонентом отвальных шлаков ПФНК и НЗФ является диопсид CaMg(SiO3)2, находящийся в кристаллическом и аморфном состояниях.

Химический анализ отвальных доменных шлаков показал незначительное присутствие в их составе тяжелых металлов, масс. %: Cu – 0,5; Ti – (0,1-0,36); Mn – (0,14-0,42); Fe – (0,23-0,8), что не представляет опасности при дальнейшей утилизации. Более высокое содержание тяжелых металлов в гранулированном доменном шлаке ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог", масс. %: Fe – 15,38; Mn – 5,8. В шлаках производства ферросплавов массовые доли тяжелых металлов следующие, %: Ti – (0,11-0,21); Mn – (0,19-9,1); Fe – (3,0-7,0); Cr – (0,23-0,65).

Морфологические особенности поверхности частиц гранулометрических фракций промышленных отходов, охарактеризованные методом растровой электронной микроскопии, позволили оценить сорбционную активность поверхности частиц и факторы на нее влияющие: степень разрыхления поверхности агломерата, количество частиц и их форму.

Гамма-спектрометрическим анализом выявлено присутствие в техногенных материалах естественных радионуклидов: 226Ra, 232Th и 40К. Доказано соответствие исследованных отходов I классу радиационной опасности, определяющее отсутствие ограничений при использовании отходов в качестве технических материалов [3]. Установлено варьирование радиоактивности гранулометрических фракций промышленных отходов.

Сорбционная активность металлургических шлаков ПФНК и НЗФ исследована спектрофотометрическим методом при поглощении из водных растворов органических красителей: метиленового синего (МС), метилвиолета (МВ) и конго красного (КК) с определением статической обменной емкости (СОЕ).

Использование доменных шлаков в производстве вяжущих веществ. Доменные шлаки могут использоваться в производстве вяжущих материалов по двум основным направлениям: в качестве сырьевого компонента производства портландцементного клинкера и в производстве шлакопортландцемента при совместном помоле цементного клинкера и шлака [4]. Обоснованы принципы выбора направления использования отходов в производстве вяжущих материалов: отсутствие токсичных элементов, необходимое количественное соотношение оксидов элементов, соответствие шлаков рекомендациям модульной классификации и величинам коэффициентов качества и насыщения, наличие гидравлически активных минералов и аморфного состояния веществ, соответствие требованиям норм радиационной безопасности. В соответствии с оксидным, радионуклидным составом и величинами модулей отвальный доменный шлак ОАО «Запорожсталь» можно использовать по двум направлениям: без рассеивания на фракции как компонент сырьевой смеси производства портландцементного клинкера при частичной замене глинистого компонента; фракцию шлака >20 мм – в производстве радиационно безопасного шлакопортландцемента (ШПЦ). Как сырьевой компонент в производстве портландцемента вместо глины и при вторичном использовании в производстве ШПЦ можно рекомендовать гранулометрическую фракцию шлака 2,5-5,0 мм ПАО «ММК имени Ильича». Отвальный доменный шлак ОАО ДМК можно рекомендовать как сырьевой компонент в производстве портландцемента и ШПЦ без предварительного его рассеивания на гранулометрические фракции. Отвальный доменный шлак и фракция >10 мм гранулированного шлака ОАО «АрселорМиттал Кривой Рог» могут быть рекомендованы к практическому использованию по двум выше указанным направлениям производства вяжущих. Отвальный шлак также можно использовать как корректирующую железистую добавку к сырьевой смеси.

Сорбционные свойства металлургических шлаков на основе алюмосиликатов кальция и магния. Определены основные критерии использования шлаков в качестве сорбентов для очистки вод: отсутствие токсичных элементов, присутствие в составе алюмосиликатов кальция и магния, наличие аморфного состояния веществ, соответствие требованиям норм радиационной безопасности. Данным критериям соответствуют металлургические шлаки ПФНК и НЗФ и фракция >10 мм гранулированного доменного шлака ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог". Исследованные шлаки нетоксичные и при длительной эксплуатации не нарушают санитарно-гигиенических требований, предъявляемых к питьевой воде, что доказано отсутствием десорбции из шлаков токсичных соединений.

Подобраны режимы оптимальной химической активации шлаков в зависимости от природы сорбата. Для шлаков ПФНК и НЗФ оптимальна кислотная активация раствором 0,5 М Н2SО4, для шлака ОАО "АрселорМиттал Кривой Рог" – предварительная обработка водой. Кислотная и щелочная активация диопсидового шлака могут использоваться в различных режимах сорбции органических красителей. На примере сорбции МВ диопсидовым шлаком показано, что кислотную активацию можно использовать в статических условиях. Щелочная активация целесообразна в условиях динамической сорбции МВ с невысокой скоростью прохождения раствора через слой сорбента. Поверхности шлаков, модифицированные в процессе активации, в дальнейшем остаются стабильными при сорбции органических соединений из растворов различной кислотности. Увеличение СОЕ коррелирует с разрыхлением поверхности шлака. При активации различными химическими агентами растворяются определенные химические компоненты шлака.

Определена максимальная СОЕ шлака на основе диопсида по отношению к МС, КК, МВ в статических условиях. Доказано практическое отсутствие десорбции МС, КК, МВ. Порядок процесса сорбции МС диопсидовым шлаком меняется во времени и в зависимости от соотношения «МС : шлаковый сорбент». Высокие значения СОЕ, эффективности сорбции МС и наибольшая скорость их увеличения во времени отмечена при соотношении «МС : шлак» = 1 мг/г. Количественные показатели сорбции МС минералом диопсидом зависят от кислотности водной фазы. Уменьшение СОЕ и эффективности очистки растворов от МС с уменьшением рН определяется протонированием молекулы органического красителя.

Литература:
1. Суматохіна І.М. Промислові відходи як чинник стану екологічної безпеки регіону: оцінка, картографування, управління / І.М. Суматохіна, Н.М. Дук, О.А. Шевченко // Екологія довкілля та безпека життєдіяльності. – 2008. – № 1. – С. 69-75.
2. Таранов В.Г. Геотехника, геоэкология и проблема отходов / В.Г. Таранов // Коммунальное хозяйство городов: науч. технич. сб. – Вып. 38. – К.: Техніка, 2002. – С. 91-96.
3. Нормы радиационной безопасности Украины (НРБУ-97). – К.: МОЗ, 1997. – 121 с.
4. Бутт Ю.М. Портландцементный клинкер / Ю.М. Бутт, В.В. Тимашев – М.: Стройиздат, 1967. – 303 с. 

8.66667
Ваша оценка: Нет Средняя: 8.7 (3 голоса)

Актуальная тема

Актуальная тема, в настоящее время в мировом масштабе исследуются пути наиболее приемлемых и доступных методов утилизации и использования промышленных отходов. Авторам удалось содержательно и лаконично изложить принципы выбора направления данной цели, указать пути использования промышленных шлаков. К сожалению, в работе отсутствуют таблицы и схемы, характеризующие и в наилучшей форме подтверждающие выводы исследования. С пожеланиями дальнейших успехов, Х.Ф.Кулиева

Проведенные исследования

Проведенные исследования особенно интересны тем, что позволяют объединить проблемы отходов и очистки сточных вод в один блок задач. Введение в статье рубрикации или подразделов могло бы облегчить усвоение материала. С уважением и пожеланием дальнейших успехов, Ю.В. Дубровский.
Дубровский
Партнеры
 
 
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
image
Would you like to know all the news about GISAP project and be up to date of all news from GISAP? Register for free news right now and you will be receiving them on your e-mail right away as soon as they are published on GISAP portal.