Снижение загрязнения бассейна озера Байкал за счет переработки промышленных отходов

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет» Иркутский государственный университет путей сообщения

В. А. Скворцов, Д. А. Чурсин, В. П. Рогова, Н. В. Федорова

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ БАССЕЙНА ОЗЕРА БАЙКАЛ ЗА СЧЕТ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

1

УДК 504.064.47(57.2)(282.256.341) ББК 28.081(2Р54) Рецензенты: Зав. кафедрой городского строительства и хозяйства ИрГТУ, доктор технических наук В. Р. Чупин; Профессор кафедры металлургии цветных металлов ИрГТУ, доктор технических наук А. Н. Баранов

Скворцов, В. А. Снижение загрязнения бассейна озера Байкал за счет переработки промышленных отходов / В. А. Скворцов, Д. А. Чурсин, В. П. Рогова, Н. В. Федорова. – Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2007. – 127 с. ISBN 978-5-9624-0198-0 В монографии отражены результаты многолетних научных исследований по снижению загрязнения бассейна озера Байкал промышленными отходами. Установлено, что наибольший ущерб загрязнению окружающей среды наносят отходы горнодобывающих предприятий (отвалы отсева щебня, горных пород), а также литейнометаллургических цехов заводов и золошлаковые отходы электростанций и котельных (различные металлосодержащие шлаки). Показано, что интенсивность загрязнения бассейна озера Байкал, в частности атмосферы, происходит в процессе взрывов в карьерах и при рассеивании аэрозолей из конусов пылящих отвалов отсева щебня и золоотвалов; гидросферы – за счет попадания в нее тяжелых металлов из стоков, образующихся при взаимодействии размещенных в карьерах отходов и золоотвалов, с метеорологическими осадками. Чтобы не допускать дальнейшего загрязнения уникального природного заповедника и источника чистой воды, в настоящее время предлагаются способы и технологии переработки промышленных отходов с получением из них продукции: тротуарной плитки, стеновых пустотелых и полнотелых блоков, плит перекрытий и других строительных изделий, а также извлечения из металлосодержащих шлаков соответствующих металлов. Предложены схемы обращения с отходами. Для строителей и металлургов, занимающихся переработкой и утилизацией отходов, научных работников, аспирантов и студентов. Библиогр. 59 назв. Ил. 33. Табл. 32.

ISBN 978-5-9624-0198-0

© Коллектив авторов, 2007

2

© ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет», 2007

3

ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ....……………………………………………. 1. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ И МЕТОДЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ .…………… 1.1. Общее состояние проблемы………………………… 1.2. Методика исследований …………………………….. 2. КАРЬЕРНЫЕ ОТХОДЫ И СПОСОБЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ …………………..……………… 2.1. Петрографическая характеристика пород, разрабатываемых для получения щебня ………….…………………. 2.2. Состав щебня и его эколого-токсикологические свойства …………………………………………….…………. 2.3. Технические методы и средства переработки отходов пород и отсева щебня ……………………………………. 2.4. Технология производства тротуарной плитки …….. 2.5. Технология изготовления стеновых пустотелых блоков …………………………………………………………. 2.5.1. Характеристика сырьевых материалов…… 2.5.2. Подбор состава бетонной смеси …………… 2.6. Технология изготовления предварительно напряженных многопустотных плит перекрытий ………………... 2.6.1. Основные физико-механические свойства исходных материалов ………………………….. 2.6.2. Описание технологического процесса изготовления плит …......………..………….…. 2.7. Проект производственного участка для 4

5 8 8 11 15 18 22 32 37 44 44 50 54 54 58 61

организации работ по переработке отходов в условиях щебеночного завода ………………………………………………………….. 3. ОТХОДЫ ЛОКОМОТИВОВАГОНОРЕМОНТНОГО ЗАВОДА И МЕТОДЫ ИХ УТИЛИЗАЦИИ …….….. 3.1. Систематизация отходов и схема обращения с ними …………………………………………..……………... 3.2. Металлосодержащие шлаки ………………………... 3.2.1. Шлаки чугунно- сталелитейного производства ……………………………………………………..… 3.2.2. Шлаки производства цветного литья ……… 3.3. Технические методы и средства утилизации шлаков .. 3.3.1. Способы утилизации шлаков ………………… 3.3.2. Технология переработки шлаков …..………… 4. ЗОЛОШЛАКОВЫЕ ОТХОДЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ………….………………... 4.1. Характеристика состава шлаков …………………… 4.2. Технология изготовления стеновых полнотелых блоков …………………………………………………………. ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………….….. Библиографический список .…………………………….

5

68 68 75 75 85 89 89 91 109 109 115 121 123

ВВЕДЕНИЕ Байкал – уникальное озеро, содержащие 20 % мировых запасов пресной воды, постоянно подвергается загрязнению отходами промышленных предприятий, расположенных в его акватории. Вопрос о сохранности чистоты воды в озере возникает постоянно и во время строительства на побережье различных производств одновременно с химизацией народного хозяйства, и с созданием теории малоотходного производства, и в период борьбы за экономию сырья и энергоресурсов и с развитием общественного движения экологов за устойчивое развитие общества. Но, несмотря на это, ни принятые ранее программы ЦК КПСС И СМ СССР, ни нынешние указы и постановления Правительства Российской Федерации от 13.09.96 № 1098 о Федеральной целевой программе «Отходы», где в одном из пунктов записано о необходимости реализации пилотных проектов внедрения технологий и создания производств по обезвреживанию, использованию и экологически безопасному захоронению отходов, не способствовали пониманию этой проблемы и появлению соответствующей потребности общества в её решении [1]. Загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми и промышленными отходами и продуктами их разложения являются одной из наиболее острых экологических проблем. В России ежегодно образуется 7 млрд тонн отходов, из которых 2 млрд тонн используются [2]. В отвалах и хранилищах накоплено около 80 млрд тонн, 1,6 млрд тонн содержат канцерогенные вещества, способствующие образованию раковых опухолей, 10 тыс. гектаров территории, не считая свалок, занято под полигоны для размещения отходов. В настоящее время значительную долю в загрязнение окружающей среды озера Байкал с запада вносит горнодобывающее предприятие Ангасольский щебеночный завод, с востока – Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод, а также отдельные ТЭЦ и котельные. На Ангасольском щебеночном заводе скопилось около полумиллиона тыс. тонн отходов (отсева щебня) от дробления гранодиоритов и крупные негабаритные блоки горных пород, включая микрогаббро, которые в отполированном виде хорошо 6

смотрятся. Это привело к ряду серьезных проблем: площадь внешнего отвала согласно «Рабочему проекту» полностью заполнена, площадь внутреннего отвала ограничена с северовостока разрабатываемым карьером, с северо-запада автомобильной дорогой, идущей в карьер, с южной стороны – подземными коммуникациями и водозабором жилого поселка. Согласно «Разрешению на размещение отходов» предельное накопление отсева, временно (в течение одного года) складируемое на территории самого предприятия, превышает сотни тысяч тонн. По истечении года все накопления, превышающие данные количества, считаются сверхнормативными и предприятие ежегодно должно платить сверхнормативные платежи. Реализация отсева идет крайне медленно. Отсев щебня находится на территории завода в виде отвалов высотой более 10 м. Отвалы расположены около поселка Ангасолка, в 2,5–3 км от озера Байкал и занимают площадь до 15 га. Они постоянно пылят и загрязняют приземной слой атмосферы. В целях снижения загрязнения окружающей среды отходами щебня, количество которых продолжает расти, необходимо иметь экологически чистые и приемлемые для Ангасольского щебеночного завода способы утилизации. На Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе список образующихся от ряда производств отходов достаточно велик. Из них наибольшую ценность представляют различные шлаки от чугунного и стального литья, содержащие повышенные концентрации железа и марганца. Они увозятся в глиняный карьер вблизи р. Уды – притока р. Селенги, впадающей в оз. Байкал и захораниваются. В результате с водами р. Селенги в озеро ежегодно попадает до 4 млн тонн минеральных веществ; 0,4 органических и 1 млн тонн взвешенных веществ; 0,2 тыс. тонн нефтепродуктов [3], что создает неблагоприятные условия для экосистемы дельты реки, Селенгинского мелководья и озера Байкал в целом. Чтобы не допускать этого и снижать загрязнение, следует разрабатывать эффективные способы по утилизации образующихся отходов. Главная цель исследований заключалась в снижении влияния антропогенных факторов на бассейн оз. Байкал за счет разработки экологически чистых способов переработки карьерных отходов и 7

проведения безопасной утилизации металлосодержащих шлаков и шлаков котельных. Работа на протяжении всех лет выполнялась при тесном сотрудничестве с ведущими специалистами промышленных предприятий: на Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе – с ответственными за охрану окружающей среды (в разное время) Кликуновым П. П. и Остапчуком Ю. Г.; на Ангасольском щебеночном заводе – с директором Логуновым А. Н. и гл. инженером Макаренко Е. А.; на заводе ЖБК СМТ-14 филиала ОАО «РЖД» – с начальником лаборатории «Стройконтроль» – Козловым Г. А. и инженерами-технологами Ратахиной Т. В. и Ерофеевой О. В. При проведении лабораторных экспериментов по электролизу пользовались консультациями профессора Клеца В. Э. Всем специалистам, которые в разное время оказывали помощь и способствовали выполнению данной работы, мы выражаем искреннюю признательность и благодарность.

8

1. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ И МЕТОДЫ ЕЁ РЕШЕНИЯ 1.1. Общее состояние проблемы Важнейшими направлениями развития современных отраслей промышленности является повышение эффективности производства на основе развития ускоренных темпов научнотехнического прогресса [4]. Большое значение в этом деле приобретает использование вторичных материальных ресурсов – отходов горного производства (щебеночных заводов) и шлаков других производств. В планах социального развития страны всегда особое место уделяется комплексной переработке сырья, применению ресурсосберегающей техники, малоотходной и безотходной энергосберегающей технологии и утилизации вторичных ресурсов. В настоящее время ежегодный рост объемов производства и потребления продукции в стране приводит к увеличению образования вторичных материальных ресурсов [5, 6]. Повышение уровня использования вторичных материальных ресурсов в современных отраслях промышленности обеспечивает экономию сырья, материалов, топлива и энергии, расширяет сырьевую базу промышленности, уменьшает вредное воздействие отходов на окружающую природную среду и позволяет получить значительный экономический эффект. Одной из причин, нередко сдерживающих развитие работ по рациональному использованию вторичных ресурсов, является межотраслевой барьер, когда отходы образуются на предприятиях одной отрасли, а переработкой их с получением уже новой продукции должны заниматься предприятия другой отрасли. В последнее время в России, в соответствии с рядом решений и постановлений, несколько увеличилось использование отходов в производстве. Работы, проводимые институтами: ВНИИСТРОМ, ДОНПРОМСТРОЙНИИПРОЕКТ, Московским инженерно-строи9

тельным институтом, ИрГУПС, а также ГИНЦВЕТМЕТ, Институтом металлургии УО РАН, Уральским политехническим институтом, Московским институтом стали и сплавов, УНИИПРОМЕДЬ, ВНИИЦВЕТМЕТ, ВНИИПВТОРЦВЕТМЕТ, Уральским институтом металлов и другими, показали возможность производства из шлаков определенных строительных материалов (шлакового щебня, литых изделий из силикатной части шлаков, шлаковой пемзы, минеральной ваты, шлакоситаллов, шлаковяжущих материалов и бетонов на их основе). Все эти исследования внедряются в производство с большой экономической эффективностью. Сегодня в России накоплено огромное количество отсева щебня и различных шлаков. Отсев характеризуется значительной изменчивостью минерального и петрографического состава, физико-химических и эколого-токсикологических свойств. Отсев щебня, образующийся при дроблении пород, имеет и различный гранулометрический состав, изменяющийся в пределах от 5 до 0,01 мм и менее. Это ограничивает его использование для изготовления строительных материалов. Поэтому перед тем, как отсев перерабатывать, необходимо тщательно изучить его минеральный и химический составы, радиологические и токсикологические свойства, на предмет последующего использования отсева либо в качестве заполнителя для бетонов, либо при изготовлении определенных строительных материалов для промышленного и гражданского производства. Специальные исследования, связанные со способами и технологиями переработки отсева щебня на щебеночных заводах железных дорог с получением готовой продукции до настоящего времени не проводились. А так как количество отсева щебня на заводах ежегодно продолжает расти, то его надо как можно скорее утилизировать, предлагая определенную методику. Что касается переработки шлаков литейнометаллургического производства, то допускается проведение и раздельного извлечения из них металлов. Эта задача может быть решена при достижении высоких технико-экономических показателей с помощью электролитического рафинирования анодов из вторичных сплавов.

10

Первые опыты по электролитическому рафинированию таких анодов выполнены советскими исследователями в 50-х годах [7–9, 10, 11]. Опытно-промышленные испытания электролиза отходов металлов сталь-медь в аммиачно-сульфатных растворах проведены сотрудниками Уральского политехнического института [12, 13]. Дальнейшие исследования продолжили сотрудники ВНИИПВТОРЦВЕТМЕТ [14]. Им удалось извлечь из отходов медь и цинк. Извлечение металлов из отходов гальванического производства с помощью пирометаллургического способа производилось сотрудниками Иркутского технического университета [15]. В настоящее время на Нижнетагильском, Северном и Алапаевском металлургических заводах разработана технология переработки шлаков доменного и сталелитейного производства. На Алапаевском заводе из шлаков извлекают железо, ферромарганец, а также получают щебень, песок и другие материалы. Институтом ГИНЦВЕТМЕТ разработана руднотермическая шлаковая электропечь для переработки металлургического техногенного сырья при температурах до 1800 °С с отгонкой летучих соединений и компонентов и переводом нелетучих металлов и серы в донную фазу. Печь позволяет переводить медь и благородные металлы в штейн, а затем извлекать их. К тому же, печь является мощной: удельный проплав при переработке твердой шихты в сутки составляет от 3 до 7 т/м3. На металлургическом комплексе АО «Уралэлектромедь» (г. Верхняя Пышма) организовано производство черновой меди до 20 тыс. тонн в год. Значительные успехи медеплавильного производства достигнуты в Германии и Польше [14]. На Мансфельдском комбинате и на заводе Валецкого из шлаков отливают дорожную брусчатку и шлаковые трубы. В Японии шлаки взвешенной плавки медных концентратов после неглубокого электропечного обеднения (0,5–0,6 % Сu) применяют при строительстве дорог и дамб, что связано с высокой стоимостью земельных участков в стране. 11

Тем не менее, максимальное использование отходов не только предотвращает рост свалок, но и сохраняет невозобновляемые природные ресурсы. Наибольшего прогресса в вопросе утилизации металлургических отходов сегодня достигла голландская сталелитейная компания HOOGOVENS STEEL, которая приблизилась к 100 % использованию металлургических отходов. Это предприятие полного металлургического цикла расположено в густонаселенном районе не имеет свободных площадей для размещения отходов, а высокая плата за складирование отходов привела к тому, что предприятие долгое время разрабатывало пути сокращения образования и утилизации отходов. В результате этой деятельности сегодня удельный выход неутилизированных отходов на предприятии составляет всего 1 % от объема образования. Можно привести еще ряд заводов и отдельных акционерных обществ, которые занимаются переработкой вторичных ресурсов. Но все они являются крупными, ориентированы на большие объемы, нацелены на переработку определенных отходов с выпуском конкретной продукции. Даже, несмотря на это, уровень использования в России вторичных ресурсов в промышленности и строительстве еще не высок, особенно это характерно для предприятий ВосточноСибирского региона, где только незначительная часть производимых отходов перерабатывается. Главная трудность заключается в том, что предприятия, которые производят отходы, не в состоянии их сразу самостоятельно перерабатывать по причине отсутствия у них экономически эффективной технологии, соответствующего оборудования, дополнительных площадей, информации о востребованности сырья, получаемого в процессе переработки, и ближайших рынках его сбыта. В результате чего отходы постоянно скапливаются. Чтобы их можно было экономически эффективно утилизировать, надо на каждом предприятии иметь вполне определённую концепцию обращения с отходами. Отправлять на переработку металлургические шлаки предприятий на крупные специализированные заводы экономически выгодно только в том случае, если оба предприятия расположены недалеко друг от друга и объемы перерабатываемых отходов достаточно велики. Если же 12

количества отходов небольшие (несоизмеримые с мощностью перерабатывающих предприятий) и находятся на значительном расстоянии, то это становится невыгодным как из-за транспортных расходов, так и из-за стоимости переработки. Следовательно, для утилизации металлургических шлаков на местах нужны эффективные технологии.

1.2. Методика исследований Выбранная методика включала непосредственную работу на производстве, связанную с изучением технологического процесса, в результате которого образуются отходы, последующий отбор проб, лабораторное изучение вещества, экспериментальное моделирование, анализ и обобщение полученных материалов. В соответствии с этим поэтапно выполнялись следующие виды исследований: 1. Проводилась систематизация отходов на примере одного из наиболее крупных объектов локомотивовагоноремонтного завода и определялась схема обращения с отходами. 2. Изучался вещественный состав и эколого-токсикологические свойства отходов для выбора очередности их утилизации, способа и схемы переработки. Разрабатывалась технология утилизации и переработки отсева щебня с использованием его при изготовлении строительных материалов, удовлетворяющих требованиям ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правило подбора состава», ГОСТ 7076-99 «Материалы и строительные изделия» [17, 18]. 4. Разрабатывалась технология утилизации металлосодержащих шлаков с извлечением из них металлов. 5. Определялась экономическая эффективность предлагаемых технологий переработки отсева щебня и металлургических шлаков с получением продукции. На начальной стадии исследования был проведен отбор отсева щебня Ангасольского щебеночного завода и металлосодержащих шлаков Улан-Удэнского локомотивовагоноремонтного завода. Чтобы обеспечить представительность, объем исследований и условия производства, аналитических и технологических испытаний, отбор проб был проведен различными способами. Пылевая нагрузка на южное побережье озера Байкал 13

изучалась по результатам снегогеохимической съемки масштабов 1:50 000 и 1:200 000, проведенной в феврале месяце сотрудниками экологического центра Байкальского филиала «Сосновгеология» ФГУП «Урангео». В городах и пригородных зонах плотность опробования составляла 2–4 пробы на 1 км2, в лесных массивах и на побережье озера Байкал – 1 проба на 4 км2. В пробах снеговой воды количественными методами определялись катионы Ca, Mg, K, Na, U, Hg и анионы Cl, SO4, HCO3, F, а также рН талой воды. Отфильтрованный нерастворимый остаток и выпаренный растворимый (солевая фаза) взвешивались раздельно и анализировались приближенно-количественным спектральным анализом на 50 элементов, что позволило определить весь спектр и интенсивность неорганических загрязнений атмосферы, конкретные площади и непосредственные источники загрязнения. Для исследования токсикологических свойств пород отбирались минералого-петрографические пробы штуфным способом, который представляет собой отбойку отдельных кусков породы весом 0,5 кг из стенок карьера. Так были опробованы все разновидности пород на горизонтах 825 и 840 м. Отбор минералогических проб весом 5 кг для определения минерального, элементного и гранулометрического состава отсева щебня проводился горстевым способом отдельно из нижней и верхней частей нового и старого отвалов. Валовым способом, в заводских условиях, непосредственно после дробления пород и отделения щебня от отвала, отобраны две технологические пробы весом 200 и 300 кг соответственно. Диагностика минерального состава шлаков в процессе всей работы осуществлялась с использованием рентгеновского количественного фазового анализа на установке «Дрон-2» в ГФУП «Сосновгеология». Условия съемки: излучение Cu, напряжение 30 кВ, ток 20 мА. Для диагностики использовалась картотека Объединенного комитета по порошковым дифракционным стандартам 1982 г, США [19]. Элементный состав шлаков определялся спектральным и химическим анализами. Анализы выполнялись в Центральной аналитической лаборатории ФГУП «Сосновгеология» старшим инженером рентгеноструктурного анализа Механиковым Е. В., в химической лаборатории ОАО Иркутский научно-исследовательский институт 14

благородных и редких металлов и алмазов (ИрГИРЕДМЕТ) старшим научным сотрудником Гуриным П. А. Подбор состава бетона для изготовления тротуарной плитки на виброплощадке СМЖ-539 и стеновых блоков из отсева щебня на установке «Рифей-5», испытания отформованных изделий выполнялись в лаборатории «Стройконтроль» завода ЖБК СМТ14 филиала ОАО «РЖД». В результате проведенных исследований разрабатывались способы изготовления тротуарной плитки и стеновых блоков с использованием отсева щебня, образующегося на Ангасольском щебеночном заводе. Предварительная обработка и разделение шлаков от бронзового литья проводилась в лаборатории обогащения Иркутского государственного технического университета. На основе детального изучения состава и свойств отходов от бронзового литья разрабатывалась технология переработки отходов с извлечением из них с помощью электролиза чистой катодной меди (99 % и выше). Определялись основные параметры электролизного процесса. Рассчитывалась экономическая эффективность переработки отходов с извлечением меди непосредственно на Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе. После отработки нескольких вариантов технологических схем переработки отходов отбирался оптимальный вариант с лучшей экономической эффективностью.

15

2. КАРЬЕРНЫЕ ОТХОДЫ И СПОСОБЫ ИХ ПЕРЕРАБОТКИ Ангасольский щебеночный завод находится вблизи оз. Байкал (рис. 2.1) и является одним из крупных горнодобывающих предприятий. На предприятии карьерным способом (рис. 2.2 и 2.3) с применением буровзрывных работ в течение 40 лет осуществляется разработка интрузивных пород для получения щебня, необходимого для отсыпки железнодорожного полотна Восточно-Сибирской железной дороги. Разрабатываемый карьер расположен на юго-восточном склоне хребта, обращенного к поселку Ангасолка. Верхняя отметка карьера находится на уровне 850 м, нижняя на 750 м. На территории горнодобывающего предприятия (рис. 2.1) имеются склады и площадки для разгрузки взрывчатых веществ, погрузочные платформы, хвостохранилища, котельная, очистные сооружения и дробильный цех, где осуществляется процесс приготовления щебня. Основным источником отходов на заводе является дробильный цех и котельная. Если золошлаковые отходы котельной вывозятся далеко за пределы предприятия, то отсев щебня на свободные площади по периферии карьера, образуя высокие конусы отвалов. Отвалы отсева постоянно пылят, загрязняют воздух и сточные воды минеральными веществами, количество которых в воде достигает 10 000 мг/л. По реке Ангасолка они переносятся в оз. Байкал, скапливаются в устье реки в виде пылеватой пленки, которая препятствует доступу солнечных лучей и вызывает массовую гибель планктона. Поэтому отсев щебня необходимо всесторонне изучать и как можно скорее утилизировать, используя его как вторичное сырье в промышленности и строительстве.

16

17

18 ;

Рис. 2.1. План Ангасольского карьера (А), положение карьера в рельефе (Б)

;

Рис. 2.2. Ангасольский карьер

Рис. 2.3. Конус нового отвала отсева щебня

19

2.1. Петрографическая характеристика пород, разрабатываемых для получения щебня Для получения щебня разрабатываются породы гранодиоритового состава, от которых образуются отходы. В гранодиоритах отмечаются дайки и небольшие по размерам штоки микрогаббро, жилы пегматоидных пород и пегматитов гранодиоритового состава. Гранодиориты. Структура породы под микроскопом гипидиоморфнозернистая, текстура массивная. Главными минералами являются, в (%): плагиоклаз-40, кварц-20, амфибол-15, биотит-10, микроклин-10. Акцессорные представлены, в (%): магнетитом-5, сфеном и апатитом менее 0,01 (рис 2.4.). Порода состоит из идиоморфных выделений плагиоклаза (олигоклаза) размером 1,5–2 см. В небольшом количестве отмечаются удлиненные призматические выделения амфибола размером до 0,5 мм. Амфибол, по данным оптикопетрографических исследований, относится к обыкновенной роговой обманке. В промежутках между выделениями олигоклаза образуются чешуйки биотита размером до 2 мм. Порода интенсивно окварцована. Ксеноморфные выделения кварца размером 2–3 мм установлены в промежутках между выделениями плагиоклаза. Характерной чертой породы является обилие антипертитовых вростков калиевого полевого шпата в олигоклазе. Вростки имеют неправильные очертания размером 0,03–0,04 мм. Во вростках иногда отмечается микроклиновая решетка. По данным рентгеноструктурного анализа калиевый полевой шпат в пробе представлен микроклином. Иногда по микроклину развиты пластинчатые и ленточные выделения альбита размером 0,03–0,05 мм, по олигоклазу – микровключения серицита (рис. 2.5.). Апатит образует призматические выделения размером 0,3 мм. Магнетит встречается в ксеноморфных образованиях размером – 0,2 мм, редко отмечаются сфен и ильменит. Микрогаббро. Для породы характерна габбровая, участками габбро-офитовая структура, массивная текстура. Главными минералами являются (%): андезин-33; диопсид-27, амфибол-16, биотит-11; второстепенными: магнетит-7, кварц-6, 20

кальцит менее 1. Акцессорные минералы представлены апатитом и редкими зёрнами сфена.

21

Рис. 2.4. Дифрактограмма минерального состава гранодиорита из карьера, проба А-11. Кв – кварц, Би – биотит, Ан – андезин, Ам – амфибол, Дл – доломит 22

Под микроскопом установлено, что порода состоит из плагиоклаза и пироксена. Плагиоклаз образует идиоморфные таблитчатые, сдвойникованные выделения размером 0,5 мм (рис. 2.6.). По данным рентгеноструктурного анализа он соответствует андезину № 33–34. В небольшом количестве, менее 0,01 %, по спайности в плагиоклазе развиваются мелкие – 0,03–0,04 мм редкие пластинки карбоната (кальцита). Пироксен соответствует диопсиду, угол погасания его 35°, он характеризуется относительно высоким двупреломлением. Диопсид образует гипидиоморфные выделения, что характеризует габбровую структуру породы, иногда отмечаются и ксеноморфные агрегаты его в промежутках между призмами плагиоклаза. Амфибол представлен обыкновенной роговой обманкой. Размер индивидов амфибола до 0,2 мм, они имеют призматический или игольчатый габитус. Биотит ксеноморфен, развивается в промежутках между выделениями диопсида, имеет повышенную железистость. К скоплениям биотита приурочена вкрапленность магнетита. Магнетит ксеноморфен, размер индивидов от 0,05 до 0,2 мм. Апатит присутствует в виде мелких 0,03 мм призматических выделений, ксеноморфные выделения сфена встречаются редко. На контакте биотита с диопсидом, на последний нарастает келифитовая каёмка биотита. В небольшом количестве присутствует кварц, образующий зерна размером до 0,1 мм, развитые в промежутках между пироксеном и плагиоклазом. В ассоциации с кварцем в небольшом количестве присутствуют ксеноморфные выделения кальцита размером 0,1–0,15 мм. В окварцованном микрогаббро структура габбровая, участками габбро-офитовая, текстура массивная, уменьшается количество амфибола и биотита, увеличивается содержание кварца, незначительно изменяется состав. Главные минералы (%): андезин – 39, диопсид – 25, кварц – 14, амфибол – 11; второстепенные: биотит – 5, магнетит – 6. Плагиоклаз образует призматические выделения размером от 0,1 до 0,5 мм, имеет четкое двойниковое строение, по данным рентгеноструктурного анализа относится к андезину № 33. 23

2

1

Рис. 2.5 Гранодиорит. Олигоклаз (1)с микровключениями серицита, микроклин (2). Увеличение 150, с анализатором. Образец № 840 (Ангасольский карьер, горизонт 840 м)

2

1

Рис. 2.6. Микрогаббро. Андезин (1), диопсид (2). Увелечение 150, с анализатором. Образец № 825-1 (Ангасольский карьер, горизонт 825 м) 24

В андезине выделяются идиоморфные пойкилитовые включения калиевого полевого шпата размером 0,02–0,03 мм. Пироксен, по данным рентгеноструктурного анализа, относится к диопсиду, он образует призматические выделения размером 0,2–0,6 мм, иногда содержит пойкилитовые вростки плагиоклаза размером до 0,1 мм. Участками диопсид ксеноморфен и выполняет пространство между выделениями андезина. В промежутках между пироксеном и плагиоклазом развиваются удлиненные призматические индивиды темнозеленого амфибола, по оптическим данным соответствующего обыкновенной роговой обманке. Биотит образует удлиненные (до 1 мм) чешуйки, плеохроирует от темно-бурого цвета до желтого. Кварц ксеноморфный, выполняет пространство между индивидами плагиоклаза. По краям идиоморфных выделений андезина формируются скопления ксеноморфных зерен магнетита.

2.2. Состав отсева щебня и его эколого-токсикологические свойства Для исследований минерального состава щебня пробы отбирались в нижней (А-8) и верхней (А-10) частях отвала нового конуса и из разрушенного отвала старого конуса (А-9). Вес каждой пробы – 5 кг. Минеральный состав отсева щебня приводится в таблице 2.1. У подножья нового отвала (проба А-8, рис. 2.7.) преобладающими минералами являются (%): андезин – 25, кварц – 22, амфибол – 16, биотит – 16, диопсид – 11, микроклин – 10. Акцессорные минералы: апатит, сфен, магнетит присутствуют в количестве менее 0,01. Минеральный состав пробы, отобранной в верхней части конуса нового отвала (проба А-10, рис. 2.8.), отличается более высоким содержанием (%): биотита – 22 и андезина – 36, меньшим количеством кварца – 16, амфибола – 11, диопсида – 5. Содержание микроклина сохраняется на одном и том же уровне. В отсеве щебня старого отвала (проба А-9, рис. 2.9.) преобладают (%): андезин – 30 и кварц – 23, повышается содержание микроклина до 15, уменьшается количество биотита 25

до 8. Количество (%) диопсида – 10 и амфибола – 14 близки к их содержаниям в верхней части конуса нового отвала. По минеральному составу отсев щебня соответствует окварцованному гранодиориту, являющемуся главной составляющей Ангасольского карьера. Содержания химических элементов в отсеве щебня показано в таблице 2.2. Для сравнения приведены кларки элементов для диорита и гранита по А. П. Виноградову [20]. Данные спектрального анализа показали, что содержание установленных в отсеве щебня элементов соответствуют кларковым значениям для диоритов и токсичной опасности не представляют. Химические составы отсева щебня из нового и старого отвалов приводятся в таблице 2.3. Содержания (%): SiO2 – 64,92 и 68,43; А12О3 – 12,81 и 13,34; Fe 2O3 – 0,31 и 0,65; FeO – 5,67 и 4,10; количество MnO, MgO, CaO, Na2O и К2О близки между собой. Таблица 2.1 Минеральный состав отсева щебня

3

А-10

25

11

16

16

23

15

30

10

8

14

–

–

–

Верхняя часть нового 16 отвала

10

36

5

22

11

–

–

–

Старый отвал

26

Магнетит

10

Сфен

Нижняя часть нового 22 отвала

Место отбора

Апатит

Амфибол

А-9

Биотит

2

Диопсид

А-8

Андезин

1

Микроклин

№ Номер п/п пробы

Кварц

Содержание минералов, %

>0,01 >0,01 >0,01

Рис. 2.7. Дифрактограмма минерального состава отсева щебня из нового отвала (нижняя часть), проба А-8. 27

Кв. – кварц, Би – биотит, Ан. – андезин, Ам. – амфибол

28

Рис. 2.8. Дифрактограмма минерального состава отсева щебня из нового отвала (верхняя часть), проба А-10. Кв.– кварц, Би – биотит, Ан. – андезин, Ам. – амфибол

29

Рис. 2.9. Дифрактограмма минерального состава отсева щебня из старого отвала, проба А-9. Кв. – кварц, Би – биотит, Ан. – андезин, Ам – амфибол

30

31

Sc

Ce

Таблица 2.2

Элементы W, Hf, Nb, Sb, Tl, As, Ge, Bi, Cd, U, Th, Li, Au, Pt, In, Hg, B, Gd, Ta, Te не обнаружены

Номер

Содержания элементов в отсеве щебня (по данным спектрального анализа)

Таблица 2.3 Химические составы отсева щебня, % Номер Сум SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O K2O H2O P2O5 пробы ма А-8 Нижняя часть 64,92 0,5 12,81 1,31 5,67 0,18 3,63 3,49 2,03 4,86 0,3 нового отвала

0,2 99,9

А-9 Старый 68,43 0,5 13,34 0,65 4,10 0,2 2,65 3,42 2,43 4,88 0,2 отвал

0,1

100

Химические анализы соответствуют химическому составу окварцованного гранодиорита. Гамма-спектрометрический анализ проб отсева щебня (табл. 2.4.) выполнен на низкофоновой установке в Центральной лаборатории ГФУП «Сосновгеология». Таблица 2.4 Содержания урана, тория, калия, и удельная активность радионуклидов 137 Cs, 236Ra, 232Th, 40K в отсеве щебня (по данным гаммаспектрометрического анализа на низкофоновой установке) № п/п

1

2

3

Номер пробы А-8 Нижняя часть нового отвала А-9 Старый отвал А-10 Верхняя часть нового отвала

Содержание Ra&U Th K 1. ОЕ – 5 % масс. 5 масс.

137

Cs

Удельная активность 236 40 Ra 232Th K Бк/кг

5

48

2,1

<4

6

20

646

7

93

1,5

<4

8

38

472

6

24

2,2

<4

8

10

686

32

Большинство разновидностей пород южного обрамления Сибирской платформы, (где находится и Ангасольский карьер), характеризуются повышенным содержанием радионуклидов. Исследование проб отсева щебня показало, что количество радионуклидов в них находится на уровне их кларковых содержаний. Концентрации урана в отсеве щебня 5–7×10 -5 %, тория 24–93×10-5 %, калия 1,5–2,2 %, изотопов 137Cs, 226Ra, 232Th, и 40К соответственно < 4, 6–8, 10–38, 472–686 Бк/кг эти значения близки к кларковым. Гранулометрический состав отсева щебня (табл. 2.5.) имеет большое значение, так как влияет на вид и качество изготовляемой из него продукции. В нижней части нового отвала (рис. 2.10.) преобладает отсев щебня – 78 % крупной фракции от 2 до 5 мм; в небольшом количестве – 11 % присутствуют обломки размером от 1 до 2 мм и всего 2–3 % частицы мелких фракций 0,5–1, 0,25–0,5, 0,1–0,25 и < 0,1. В верхних частях конуса нового отвала щебень более мелкий, всего 34 % щебня имеет размер 2–5 мм, 18 % частицы фракции 1–2 мм, 10 % – 0,5–1, 6% – 0,25–0,5 и относительно высокое количество 20 и 12 % частицы мелкой фракции 0,25–0,1 и < 0,1 соответственно. Таблица 2.5 Гранулометрический состав отсева щебня № Номер п/п пробы 1

Нижняя часть нового отвала Старый А-9 отвал Верхняя А-10 часть нового отвала А-8

2 3

Место отбора

Гранулометрический состав фракций, % Размеры частиц, мм 5-2 2-1 1-0,5 0,5-0,25 0,25-0,1 <0,1 78

11

3

3

2

3

44

16

6

12

8

14

34

18

10

6

20

12

Для дополнительного определения эколого-токсикологических свойств отсева щебня проводились острые эксперименты на дафниях, которые позволили установить токсичность 33

природных или сточных вод, способных в водоемах вызвать массовую гибель наиболее продуктивной части зоопланктонафильтратов.

34

35

Рис. 2.10. Динамика распределения частиц в отвалах, в зависимости от их размера

Проверке на токсичность подвергали смывы с пород в следующих разведениях: 1:1; 1:2; 1:5; 1:10; 1:20; 1:50. Исходный смыв готовили перед опытом в градуированных ёмкостях, в которые наливали определённый объем воды и помещали горную массу в количестве, равном объему воды. Ёмкость оставляли на 2 часа, затем жидкость смывали. Использовали смыв одноразового приготовления и его разведений. В опытах длительностью 96 часов основным показателем токсичности среды является выживаемость дафний. При постановке экспериментов использовали методические указания по определению влияния вод из природных водоемов на Daphnia magna Straus [21]. Опыты повторяли три раза. Контролем служила отстоянная байкальская вода. В опытный раствор V= 300 мл помещали 6 рачков, возраст дафний – 1 сутки. Плотность посадки – 50 мл на 1 особь. Эксперимент проводили при t = 21– 22 °С. В ходе эксперимента велись наблюдения за выживаемостью подопытных дафний, симптомами отравления, состоянием внутренних органов. Токсическое влияние смывов в острых экспериментах определяли по общепринятой схеме, в соответствии с существующими методиками [22, 23]. О токсичности судили по процентной гибели дафний за 96 часов экспозиции. Так, смыв с отсева щебня нового отвала (Т. 1) оказался для дафний нетоксичным. 100%-ная выживаемость рачков наблюдалась в течение 96 часов. Смыв с отсева старого, лежалого отвала (Т. 2) оказался токсичным. Изученные нами минеральный состав аэрозолей и нерастворимый остаток снега в городах Иркутской области свидетельствует о высокой техногенной нагрузке карьерных отходов на бассейн оз. Байкал. В п. Ангасолка и г. Слюдянке 93,3 т/км2, в г. Иркутске 72,8 т/км2, в г. Байкальске 20 т/км2, а суммарная нагрузка с растворимыми формами химических элементов в солевой фазе в Байкальске соответствует 9,3 т; с кислотными компонентами 10,9 т, в то время как в Иркутске, соответственно, 9,1 т и 6,9 тонн. С растворенными формами тяжелых металлов (свинец, цинк, никель, марганец) в Байкальске – 17,5 г и в Иркутске – 8,9 кг. 36

Таким образом, проведенные комплексные эколого-токсикологические исследования, согласно ГОСТ 30108-94, позволяют отнести окварцованные диориты, микрогаббро, щебень, полученный из этих пород и его отсев к строительному материалу 1 класса, пригодному для всех видов строительства без ограничения.

2.3. Технические методы и средства переработки отходов пород и отсева щебня После того как было установлено, что преобладающими породами в карьере являются диориты и габбро и полученный из них отсев щебня относится к пятому классу – практически неопасному, с очень низкой степенью воздействия на окружающую природную среду [27], последовало решение рассмотреть все возможные варианты и способы его использования и утилизации для последующего применения в промышленности и строительстве. Отходы пород карьера можно использовать в качестве облицовочного материала в строительстве. Диориты и особенно микрогаббро относятся к природным «облицовочным» камням, и оказываются пригодными для изготовления декоративных плит и изделий. Плиты, тесаные и пиленые, получают из блоков, отделенных от массива пород. Процесс изготовления тесаных плит состоит из развалки монолитов, грубой околки и получистой, и чистой тески. Изготовление пиленых плит значительно проще и состоит из распиловки блоков из пород и обработки лицевой стороны плиты для получения определенной фактуры. Основным назначением тесаных и пиленых плит является облицовка зданий [28, 29, 30]. Плиты для наружной облицовки зданий и сооружений вырабатываются из породы с пределом прочности при сжатии не менее 1000 кг/см2, диориты и микрогаббро обладают такой прочностью. Необходимо заметить, что пиленые плиты обладают большей стойкостью, чем тесаные, так как при теске ударами выкалываются и дробятся зерна минералов, в результате чего в камне появляются трещины. В участках карьера, где преобладают массивные, без трещин диориты, а также отмечаются дайки и штоки микрогаббро 37

желательно не применять взрывных работ, а брать эти породы в виде блоков разных размеров для изготовления из них изделий. Образцы микрогаббро были исследованы в шлифовальной мастерской. В полированных плитках микрогаббро имеет черный цвет, на фоне которого выделяются редкие мелкие включения темно-зеленого амфибола и блестящие пластинки бурого биотита. Отполированные плитки пригодны для изготовления различных изделий (настольные письменные приборы, шкатулки, надгробные плиты и памятники). Одним из способов утилизации отсева является использование его в качестве засыпного материала при прокладке электрического кабеля. Только предварительно необходимо выполнить расситовку отсева, чтобы удалить крупные угловатые фракции, которые могут повредить изоляцию кабеля Отсев щебня может применяться для декоративной отделки стен. Для этой цели необходима предварительная расситовка материала с выделением фракций размером 5–7 мм, 2–4 мм и 1 мм. Это позволит комбинировать узоры, используя разный по размеру материал. Поверхности неотполированных зерен обладают ярким цветом и контрастностью, но в полной мере эти эффекты проявляются, в том случае, если пластинки предварительно покрыты бесцветным лаком. В этом отношении особенно хорош кварц, поскольку поверхности излома у него обладают стеклянным блеском. Дробленый плагиоклаз и калиевые полевые шпаты (ортоклаз и микроклин) имеют тусклый блеск, поэтому на их фоне кварц выглядит в виде сверкающих включений. Подготовленный таким образом отсев может служить заполнителем для декоративных растворов, где в качестве вяжущих применяют белый и цветные портландцементы. Такие растворы применяют для оштукатуривания цоколей, карнизов, наружных стен и других конструкций. Красота и эффективность зависят от выбора композиции для созданий поверхности различной текстуры (крупнозернистой, среднезернистой, мелкозернистой). Для того чтобы улучшить блеск минералов, можно выполнить их галтовку. Галтовка – это метод массового производства полированных обломков камней. Для галтовки можно использовать отсев щебня фракций от 2–3 до 7 мм. В барабан загружают отсев, добавляют абразив и воду, затем 38

приводят его во вращательное движение, поддерживая в таком состоянии до тех пор, пока поверхность камней не станет гладкой. Такая обработка отсева придает получающимся минералам красивый вид, разнообразную форму и более сильный блеск. Состав декоративного раствора подбирают опытным путем. Подвижность декоративных растворов принимается такой же, как и растворов для обычной штукатурки. Широкое применение в последнее время для мощения улиц получило использование фигурной тротуарной плитки. Преимущество мощения плиткой очевидно. Тротуарная плитка экологически безупречна и формирует здоровый микроклимат поверхности. По сравнению с асфальтовым покрытием плитка не нагревается и не размягчается, не испаряет токсичные, неприятно пахнущие смолы, удобна простым доступом к коммуникациям. Правильно уложенная плитка будет служить на порядок дольше асфальта. К тому же плитке можно придать любой цвет в зависимости от предназначения. Существует несколько различных методов производства тротуарной плитки. Рассматривается два наиболее распространенных: объемного вибропрессования (вибропресс) и вибролитья (виброплощадка СМЖ-539). Производство тротуарной плитки путем объемного вибропрессования и вибролитья технологически отличается друг от друга. В основе метода объемного вибропрессования лежит получение изделий путем уплотнения жесткой (полусухой) бетонной смеси в результате работы вибраторов, а также прессования со стороны пуансона при минимальном давлении. Самое главное для получения качественных изделий – это правильный подбор бетонной смеси и соблюдение режимов прессования и сушки. Для получения различной цветовой гаммы применяются минеральные и органические красители. Технология объёмного вибропрессования позволяет считать данное производство довольно экономичным по сравнению с другими методами производства дорожных изделий. Вибропрессы работают в полуавтоматическом режиме, что позволяет получать изделия стабильного качества, независимо от человеческого фактора. Все остальные работы, такие как загрузка сырья в бетоносмеситель, дозировка сырья, съем готовых изделий со 39

станка, могут быть либо автоматизированы, либо выполняться с применением неквалифицированного ручного труда. В качестве оборудования, применяемого при производстве методом объемного вибропрессования, было рассмотрено два варианта: вибропресс ВИП-6ПБ и вибропресс ПТ-11 [31]. Эти установки предназначены для формования тротуарной плитки, газонного камня, бортового камня, стеновых блоков, кирпича из жесткой бетонной смеси и позволяют получать 75–100 м тротуарной плитки в смену. После изучения технологической схемы каждой установки и проведения первичных испытаний в лабораторных условиях стало очевидным, что для Ангасольского отсева щебня наиболее приемлемым является ПТ-11. Так как при производстве тротуарной плитки на установке ВИП-6ПБ прессование производится сразу на вибростол, после чего происходит смещение готовых изделий на поддон. В результате происходит обрушение стенок готового продукта и подобрать оптимальный состав бетонной смеси (учитывая все характеристики отсева щебня), не допуская перерасхода цемента, достаточно трудно. Пресс ПТ-11 использует принцип формования на поддоне, что позволяет выпускать изделия более сложных геометрических форм, а также двухслойные изделия (изделия с цветным декоративным слоем, то есть нижний слой изделия в целях экономии пигментов выполняется без окрашивания). Так как пресс ПТ-11 более усовершенствованный (имеет блок с числовым программным управлением, позволяющий осуществлять контроль технологического процесса формования в автоматическом режиме), то его цена отличается от цены ВИП-6 ПБ практически в два раза Виброплощадка СМЖ-5З9 (рис. 2.11) представляет собой стол с вибратором, установленный на пружинных опорах на станине. Стол соединен со станиной посредством четырех пружинных опор и предназначен для установки и крепления на нем форм. Вибратор, прикрепленный к нижней части стола, является возбудителем вибрационных колебаний. Устройство вибратора позволяет ступенчато изменять статический момент дебалансов, расположенных на концах вала электродвигателя вибратора и, тем самым, изменять его возмущающую силу. 40

Управление виброплощадкой осуществляется дистанционно с пускового устройства, позволяющего производить пуск электродвигателя вибратора и его автоматическое выключение через определенное время или обеспечивать его длительную работу. Для обслуживания виброплощадки достаточно двух человек, производительность площадки 1–2 изделия в минуту. В отличие от вибропресса, все работы за исключением работы виброплощадки, выполняются ручным способом. При работе на виброплощадке используют подвижную бетонную смесь. Подвижность бетонной смеси является статической характеристикой её структурной прочности. В формы закладывают подвижную бетонную смесь и при определенной частоте колебаний изготавливают изделия. Прочность изделия набирают либо в естественных условиях (тогда работа носит сезонный характер), либо в пропарочных камерах.

41

Рис. 2.11. Виброплощадка СМЖ-539. Общий вид и план расположения под фундаментные болты: 1 – стол; 2 – пружинная опора; 3 – станина; 4 – вибратор

42

Помимо виброплощадки для работы необходимо дополнительное оборудование: - бетоносмеситель 50 л; - оснастки формообразующие. Работа на виброплощадках должна осуществляться в сухом и теплом помещении, с такой производственной площадью, чтобы можно было хранить и складировать получаемую продукцию. Обслуживать одну виброплощадку может 2–3 человека. Один загружает бетонную смесь, принимает и складирует готовые изделия. Два человека посменно работают на виброплощадке. Также необходимо учитывать ремонт формообразующих оснасток.

2.4. Технология производства тротуарной плитки Прежде чем приступить к разработке технологии по производству тротуарной плитки на виброплощадке СМЖ-539, необходимо проверить отсев щебня после дробления с целью определения его пригодности в бетонах в качестве заполнителя. Для проверки качества отсева щебня отбор проб проводился сразу после дробления диоритов. Было отобрано четыре технологические пробы весом 50 кг каждая. Отобранные пробы упаковали в мешки таким образом, чтобы масса и свойства материала не изменялись до проведения испытаний. Для каждого исследования из лабораторной пробы отбирали аналитическую пробу. Из аналитической пробы выделяли навески в соответствии с методикой испытания. Испытание отсева щебня проводилось в соответствии с ГОСТ 8735-88 «Песок для строительных работ. Методы испытаний» [32]. Первоначально были определены зерновой состав (на строительных ситах) и модуль крупности, так как на качество бетона большое влияние оказывает зерновой состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, глинистых и органических. Зерновой состав определяли путем рассева отсева на стандартном наборе сит. Аналитическую пробу песка высушивали до постоянной массы, затем пробу просеивали через сита с диаметрами 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивали и вычисляли содержание в отсеве фракций с размером зерен от 5 до 10 мм в процентах по массе: 43

Гр10= (М10 / М)×100,

(2.1)

Гр5= (М5 / М)×100,

(2.2)

где M10 – остаток на сите с отверстиями диаметром 10 мм, г; М5 – остаток на сите с отверстиями диаметром 5 мм, г; М – масса пробы, г. Из части пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отобрали навеску массой 1000 г для определения зернового состава отсева. Подготовленную навеску отсева просеяли через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и с сетками № 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Просеивание производилось ручным способом. По результатам просеивания вычислили частный остаток на каждом сите (ai) в процентах по формуле: ai=(mi/m)×100,

(2.3.)

где mi – масса остатка на данном сите, г; m – масса просеиваемой навески, г. Полный остаток на каждом сите Аi вычисляют, как сумму частных остатков в процентах по формуле: Ai = а 2,5+а 1,25+ ……+ ai

(2.4)

где а 2,5 , а 1,25 , ai – частные остатки на соответствующих ситах. Результат определения зернового состава приведен в таблице 2.6. Таблица 2.6 Зерновой состав отсева щебня Остатки на ситах, % по массе Наименова ние остатка

2,5 мм

1,25 мм

0,63 мм

0,315 мм

Проход через сито с сеткой № 0,16 мм 0,16, % по массе

Частный

30

9

16

13

15

17

Полный

30

39

55

68

83

-

44

Далее было установлено содержание пылевидных и глинистых частиц и насыпная плотность. Насыпную плотность определяют путем взвешивания песка в мерных сосудах. Песок испытывают в состоянии естественной влажности. Результаты испытаний отсева приведены в таблице 2.7 Таблица 2.7 Основные физико-механические свойства песка-отсева, используемые при приготовлении бетонной смеси для изготовления тротуарной плитки № п/п 1 2 3

4

5

6 7 8

Наименование показателя Модуль крупности Группа крупности Насыпная плотность, кг/м3 Зерновой состав: частные остатки на ситах, % - 2,5 -1,25 -0,63 -0,315 -0,16 проход через сито 0,16 полные остатки на ситах, % - 2,5 -1,25 -0,63 -0,315 -0,16 проход через сито 0,16 Содержание пылевидных и глинистых частиц, % Содержание зерен крупностью, % > 5 мм > 10 мм Плотность, г/см3 Пустотность, % 45

Нормативные требования –

Данные испытаний 2,75 крупный 1600

– – – – – 15

30 9 16 13 15 17

0–20 5–45 20–70 35–90 90–100 –

30 39 55 68 83 –

10,0

5,0

15,0 5,0 – –

17,0 0,3 2,77 42,0

Исходя из результатов испытаний, можно сделать следующие выводы: - отсев карьера Ангасольский по модулю крупности и полному остатку на сите 0,63 относится к группе крупных песков (далее песок); - по содержанию пылевидных частиц песок соответствует требованиям ГОСТ; - содержание зерен фракций 5–10 мм превышает требуемые ГОСТ; - по зерновому составу кривая рассеивания песка выходит за границу области, допустимой для бетона песков, ввиду повышенного содержания зерен фракции 2,5 мм и прохода сквозь сита 0,16 мм. Неоптимальный зерновой состав песка-отсева при применении его в бетонной смеси повлечет повышенный расход цемента. Зерновой состав заполнителей решающим образом влияет на получение бетона заданной прочности при минимальном расходе цемента. В бетоне вяжущее тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен заполнителя, пустот между ними. В идеальном случае наименьший расход вяжущего теста достигается в том случае, когда и удельная поверхность и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Тем не менее, ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» [33] допускает применение заполнителей, не отвечающих нормативным требованиям. В этом случае необходимо подобрать состав бетонной смеси, учитывая техникоэкономическую целесообразность получения бетонов с нормируемыми показателями качества. Получаемая бетонная смесь должна отвечать требованиям ГОСТ (прочность, морозостойкость, долговечность). Для решения вопроса о целесообразности применения Ангасольского песка-отсева проводится исследование его в бетонной смеси. Портландцемент, получаемый на заводах из различных видов природного сырья по неодинаковой технологии, отличается как по химико-минералогическому составу, так и по физико-механическим свойствам. Испытания портландцемента Тимлюйского цементного завода проводилось согласно ГОСТ 310.1-76; 310.3-76; 310.4-81 «Цементы. Методы, испытаний» [34]. По своим физико46

механическим свойствам портландцемент Тимлюйского цементного завода марки ПЦ 500-ДО удовлетворяет требованиям ГОСТ 10178-85 [25] и пригоден для приготовления мелкозернистого бетона класса В 30 (М 400). Качество цемента оценивают, исходя из необходимости получения бетона заданной прочности и долговечности. Для изготовления бетонной смеси необходимо применять цемент такой марки, чтобы его количество в бетоне, по возможности, было минимальным. Снижение расхода цемента важно не только по экономическим показателям. При сокращении количества цемента уменьшается усадка бетона, возрастает его трещиностойкость. Прочность портландцемента характеризуется пределами прочности при сжатии и изгибе. Результаты приведены в таблице 2.8. Таблица 2.8 Основные физико-механические свойства портландцемента, используемые при изготовлении бетонной смеси для изготовления тротуарной плитки Наименование показателя

Нормативные требования

Марка цемента

ПЦ 500- ДО

Данные испытаний 500 __

Нормальная густота цементного теста, %

24,5

Равномерность изменения объема

выдержать

выдержал

Предел прочности при изгибе, МПа

5,9

6,1

Предел прочности при сжатии, МПа

49,0

52,0

Подбор состава мелкозернистого бетона производился по ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава» [17]. Проектирование состава бетона имеет цель установить такой расход материалов на 1 м3 бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение заданной прочности и морозостойкости бетона. 47

Состав бетона рассчитывался, исходя из среднего уровня прочности (Rт). Так как в период лабораторных подборов данные о фактической однородности бетона отсутствовали, то средний уровень прочности принимался равным требуемой прочности (RT) по ГОСТ 18105-86 «Бетоны. Правила контроля прочности» [36]. Прочность – свойство материала сопротивляться, не разрушаясь, под действием нагрузки или других факторов. Требуемая прочность рассчитывается по формуле: RT = 1,1× (Bнорм/Kб),

(2.5.)

где Внорм – нормируемое значение прочности бетона, МПа. Для данной работы Внорм = 40,0 МПа. Кб – коэффициент, принимаемый в зависимости от вида бетона. Для данной работы Кб – 0,78. RT= 1,1×х(400/0,78)= 56,4 МПа. То есть, в данной работе требуемая прочность бетонной смеси должна стремиться к 56,4 МПа. Далее, подбор состава бетонной смеси проводился согласно методу, предложенному Ю. М. Баженовым [37]. Одной из самых важных характеристик бетонной смеси является удобоукладываемость, то есть способность смеси заполнять форму, образуя в результате уплотнения плотную, однородную массу. Для оценки удобоукладываемости используют три показателя: подвижность, жесткость и связность (нерасслаиваемость) смеси. Подвижность определяют по осадке стандартного конуса. Удобоукладываемость мелкозернистых бетонных смесей определялась показателем растекаемости конуса на встряхивающем столике. Контрольные образцы-кубы испытывались на сжатие после 3 и 28 суток. Удобоукладываемость бетонной смеси должна соответствовать типу изготавливаемых из неё изделий и применяемым средствам уплотнения. Для этого необходимо знать факторы, под влиянием которых удобоукладываемость изменяется: расход воды в бетонной смеси, объем цементного теста, объем растворной части, вид цемента и заполнителя, наличие пластифицирующих добавок. Вода в смеси с цементом образует цементное тесто. Количество воды, адсорбируемой заполнителями, зависит от характера поверхности частиц и суммарной площади 48

поверхности. Следовательно, чем меньше крупность заполнителя, тем больше потребуется воды для получения бетонной смеси заданной удобоукладываемости. Подбор состава бетонной смеси, где в качестве заполнителя использовался Ангасольский отсев щебня, производился с использованием марки цемента М500. Образцы были испытаны через трое суток после замеса. Необходимо подобрать количество цемента, песка и воды таким образом, чтобы выполнялось условие по требуемой прочности (56, 4 МПа). При благоприятных условиях температуры и влажности происходит быстрое непрерывное нарастание прочности бетона. В первые 3–7 суток прочность бетона растет быстро, затем к 28 суткам рост её замедляется и постепенно прекращается. При нормальных условиях хранения бетонных образцов их средняя прочность в 3-суточном состоянии составляет 0,3–0,4 прочности 28-суточных образцов. Результаты подборов бетонной смеси приведены в таблицах 2.9, 2.10. С целью получения требуемой марки бетона по морозостойкости F-300 в состав бетонной смеси при втором подборе вводилась химическая добавка суперпластификатора С-3 и комплексная добавка С-З+СНВ (смолонейтрализованная воздухововлекающая). Таблица 2.9 Результаты первого подбора состава бетонной смеси для формирования тротуарной плитки Расход материалов на 1 м3 Плотность Прочность Цементно- Подвижность бетонной смеси, кг бетонной бетона на № водное бетонной смеси, сжатие, п/п Цемент Вода Песок отношение смеси, см кг/м3 МПа 3 сут. М 500

1 2 3

485 559 600

278 281 286

1527 1440 1414

1,74 1,99 2,1

21–22 21–22 21–22

2290 2280 2280

14,2 25,8 26,3

4

543∗ 527 490 487 530

286

1471

1,9

21

2320

21,5

278 283 255 278

1496 1521 1609 1524

1,9 1,73 1,9 1,9

18 20 18,5 21,5–22,5

2300 2320 2351 2340

30,7 21,6 18,1 13,9

5 6 7 8

49

9 10

558 508

295 267

1447 1524

1,9 1,9

25–26 20,5

2290 21

∗ Состав изготовлен для испытаний на морозостойкость

50

13,8 13,4

Таблица 2.10 Результаты второго подбора состава бетонной смеси для формирования тротуарной плитки № Расход материалов на 1 Плотность Прочность Цементно- Подвижность п/п м3 бетонной смеси, кг бетонной бетона на водное бетонной смеси, сжатие, Цемент Вода Песок отношение смеси, см кг/м3 МПа 3 сут. М 500 1 557 267 1524 2,1 23–26,5 2320 – 2 543 250 1527 2,2 24–27 2330 – 3 512 244 1595 2,1 22–24 2350 –

Из четвертого состава бетонной смеси первого подбора было отформовано изделие (тротуарная плитка). Поверхность полученного изделия гладкая без крупных включений. Через 28 суток после отформования изделия проведены его испытания на прочность, морозостойкость, водонепроницаемость и долговечность. Таким образом, можно сделать вывод, что Ангасольский отсев щебня можно использовать для изготовления тротуарной плитки, как одного из материалов дорожного покрытия. Составы бетона с химическими добавками, через 28 суток после замеса контрольных образцов, испытываются на морозостойкость и водонепроницаемость.

2.5. Технология изготовления стеновых пустотелых блоков 2.5.1. Характеристика сырьевых материалов Разрабатываемая технология предназначена для отработки технологических параметров изготовления стеновых пустотелых блоков с использованием сырьевых материалов: цемента ПЦ-500ДО-Н Ангарского цементного завода и отсева щебня Ангасольского карьера на промышленной установке «Рифей-5». Так как сырьевые материалы, получаемые на заводах из различных видов природного сырья по определенным технологиям, отличаются по химико-минералогическому составу и физикомеханическим свойствам, то перед изготовлением блоков необходимо проводить испытания свойств используемых материалов. 51

Предварительно перед изготовлением блоков были проведены испытания используемых сырьевых материалов. Пробы № 1 и № 2, отобранные из нового отвала, проба № 3 из старого отвала (разрушенный конус), проба № 4, из свежего отвала свидетельствуют, что в отсеве щебня токсичные концентрации элементов не обнаружены и содержание их соответствует кларковым значениям для диоритов (табл. 2.2.). Спектрорадиометрические исследования отсева, выполненные ранее (табл. 2.4), констатируют, что содержания радионуклидов в пробах близки к фоновым. Определение эколого-токсикологических свойств отсева щебня проведено по токсичности смыва со свежего нового и старого лежалого отвалов. В результате проведенных исследований установлено, что Ангасольский отсев щебня нетоксичен, нерадиоактивен, минеральный, химический и гранулометрический состав отсева позволяет использовать его в соответствии с разработанной технологией в качестве заполнителя для бетонной смеси при изготовлении стеновых пустотелых блоков. Как было показано ранее, портландцемент, получаемый на заводах из различных видов природного сырья по определенным технологиям, отличается как по химико-минералогическому составу, так и по физико-механическим свойствам. Испытания портландцемента Ангарского цементного завода проводилось в соответствии с ГОСТ 310.1-76; 310.3-76; 310.4-81 «Цементы. Методы испытаний» [34] и ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» [35]. Настоящие стандарты распространяются на все виды цемента и устанавливают общие положения при испытании цементов для определения следующих показателей: тонкости помола цемента; нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста; равномерности изменения объема цемента; предела прочности при изгибе и сжатии образцов, изготовленных с использованием заданного цемента. Качество цемента оценивали исходя из необходимости получения бетона заданной прочности и долговечности. Для изготовления бетонной смеси применяли цемент такой марки, чтобы его количество в бетоне, по возможности, было 52

минимальным. При сокращении количества цемента уменьшалась усадка бетона и возрастала его трещиностойкость. Прочность портландцемента характеризуется пределами прочности при сжатии и изгибе. Основные физико-механические свойства портландцемента определялись по ГОСТ 310.1-76; 310.3-76; 310.4-81 «Цементы. Методы испытаний». Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 2.11. В результате испытаний установлено, что портландцемент Ангарского цементного завода по своим физико-механическим свойствам отвечает требованиям ГОСТ 10178-85 и пригоден для изготовления бетона. Таблица 2.11 Основные физико-механические свойства портландцемента, используемые при приготовлении бетонной смеси для изготовления стеновых пустотелых блоков № п/п

Наименование показателей

Нормативные Данные испытаний требования

1

Марка цемента

ПЦ 500-ДО-Н

ПЦ 500-ДО-Н

2

Нормативная густота цементного теста, %

-

25,1

3

Сроки схватывания: начало (ч-мин), конец (ч-мин)

не ранее 0-45 не позднее 10-00

2-15 3-45

4

Равномерность изменения объема

выдержать

выдержал

5

Предел прочности при изгибе, МПа (через 28 сут.)

5,9

6,2

6

Предел прочности при сжатии, МПа (через 28 сут.)

49,0

52,1

7

Насыпная плотность, кг/м3

-

1080

53

Испытание отсева щебня проводилось в соответствии с ГОСТ 8735-85 «Песок для строительных работ. Методы испытаний» [32], согласно которому Ангасольский отсев щебня с модулем крупности 2,5 классифицируется как песок-отсев. Первоначально были определены зерновой состав (на строительных ситах) и модуль крупности, так как на качество бетона большое влияние оказывает зерновой состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, глинистых и органических. Зерновой состав определяли методом просеивания отсева на стандартном наборе сит. Аналитическую пробу песка высушивали до постоянной массы, затем пробу просеивали через сита с диаметрами 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивали и вычисляли содержание в отсеве фракций с размером зерен от 5 до 10 мм (в процентах по массе) по формулам (2.1, 2.2.). Из части пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отобрали навеску массой 1000 г для определения зернового состава отсева. Подготовленную навеску отсева просеяли через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и с сетками № 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Просеивание производилось ручным способом. По результатам просеивания вычислили частный остаток на каждом сите (ai) в процентах по формуле 2.3. Полный остаток на каждом сите Ai вычисляют, как сумму частных остатков в процентах по формуле 2.4. Результаты вычисления оформлены на графике (рис. 2.12) в виде кривой просеивания. Далее было установлено содержание пылевидных и глинистых частиц и насыпная плотность. Насыпную плотность определяли путем взвешивания песка в мерных сосудах. Песок испытывали в состоянии естественной влажности. Данные физико-механических испытаний отсева Ангасольского щебеночного завода приведены в таблице 2.12. Оценка результатов испытаний песка-отсева карьера Ангасольский осуществлялась по ГОСТ 8736-93 «Песок для строительных работ. Технические условия» и ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые. Технические условия». 54

Материал по своим основным физико-механическим свойствам отвечает предъявляемым требованиям.

55

Таблица 2.12 Основные физико-механические свойства песка-отсева, используемые при приготовлении бетонной смеси для изготовления стеновых пустотелых блоков № п/п

Наименование показателя

Нормативные требования

Данные испытаний

1

Модуль крупности

–

2,51

2

Группа крупности

3

–

крупный

3

–

1550

3

–

2,77

–

44,0

Насыпная плотность, кг/м

4

Истинная плотность, г/см

5

Пустотность, %

6

Содержание пылевидных и глинистых частиц %

7,9

7

Класс песка

2

Зерновой состав: частные остатки на ситах, %

8

- 2,5

–

18,0

-1,25

–

12,0

-0,63

–

21,0

-0,315

–

16,0

-0,16

–

18,0

проход через сито 0,16

не более 15,0

15,0

- 2,5

0–20

18,0

-1,25

5–45

30,0

-0,63

20–70

51,0

-0,315

35–90

67,0

-0,16

90–100

85,0

> 10 мм, %

не более 5,0

0,2

> 5 мм, %

не более 15,0

15,0

полные остатки на ситах, %

9

Содержание зерен крупностью, %

56

Ï î ëí û å î ñòàòêè í à ñèòàõ, %

100 80 60 40 20 0 2,5

1,25

0,63

0,315

0,16

отверстийí сит, мм û å äàí í û å ðåçóëüòàòû èñï û òàíРазмеры èé î ðì àòèâí

Рис. 2.12. Кривая просеивания

Неоптимальный зерновой состав песка-отсева при применении его в бетонной смеси, повлечет повышенный расход цемента. Зерновой состав заполнителей решающим образом влияет на получение бетона заданной прочности при минимальном расходе цемента. В бетоне вяжущее тесто расходуется на обволакивание поверхности зерен заполнителя, пустот между ними. В идеальном случае наименьший расход вяжущего достигается в том случае, когда и удельная поверхность и пустотность зерен заполнителя стремятся к минимуму. Тем не менее, ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» допускает применение заполнителей, не отвечающих нормативным требованиям. В этом случае необходимо подобрать состав бетонной смеси, учитывая технико-экономическую целесообразность получения бетонов с нормируемыми показателями качества. Получаемая бетонная смесь должна отвечать требованиям ГОСТ (прочность, морозостойкость, долговечность). Для решения вопроса о целесообразности применения Ангасольского пескаотсева проводилось исследование его в бетонной смеси.

57

2.5.2. Подбор состава бетонной смеси Подбор состава мелкозернистого бетона производился по ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава» [17]. Проектирование состава бетона имеет цель установить расход материалов на 1 м3 бетонной смеси, при котором наиболее экономично обеспечивается получение заданной прочности и морозостойкости бетона. Подбор состава бетонной смеси, где в качестве заполнителя использовался Ангасольский песок-отсев щебня, производился с использованием марки цемента М500. Образцы были испытаны через трое суток после замеса. Нарастание прочности бетона в благоприятных условиях температуры и влажности происходит непрерывно. В первые 3–7 суток прочность бетона быстро увеличивается, затем рост прочности к 28 суткам замедляется и постепенно прекращается. При нормальных условиях хранения бетонных образцов их средняя прочность в 3-суточном состоянии составляет 0,3–0,4 прочности 28-суточных образцов. Результаты подборов бетонной смеси приведены в таблице 2.13. Таблица 2.13 Результаты подбора состава бетона для изготовления стеновых пустотелых блоков Прочность Расход материалов Жесткост Плотност бетона на 3 на 1 м бетона, кг Цементн ь ь сжатие, МПа № о-водное бетонной бетонной п/п Цемен отношесмеси, смеси, ние т М Вода Песок 3 сут. 28 сут. см/сек кг/м3 500 1

381

210

1668

1,81

20

2260

19,2

39,9

2

356

205

1699

1,73

20

2260

17,6

35,2

3

291

205

1764

1,41

20

2260

14,4

27,3

4

345

210

1445

1,64

20

1987

58

28,7

В результате испытаний установлено, что наиболее оптимальным вариантом, учитывающим цементно-водное отношение бетонной смеси и прочность получаемого бетона на сжатие, является четвертый состав. После подбора оптимального состава бетонной смеси, была изготовлена опытная партия стеновых блоков для определения морозостойкости и теплопроводности. Под морозостойкостью бетона понимают его способность сохранять или изменять в ограниченных пределах свои свойства под действием попеременного замораживания и оттаивания. Определение морозостойкости проводилось в соответствии с ГОСТ 10060.4-95 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» [38]. Марку бетона по морозостойкости принимают за соответствующую требуемой, если среднее значение прочности на сжатие основных образцов после установленных для данной марки числа циклов переменного замораживания и оттаивания уменьшилось не более чем на 5 % по сравнению со средней прочностью на сжатие контрольных образцов. После проведения испытаний, установлено, что марка по морозостойкости отформованных блоков F 35 соответствует ГОСТ 10060.4-95 «Бетоны. Методы определения морозостойкости» (табл. 2.14). Необходимо учесть тот факт, что требования к марке по морозостойкости строительных изделий предъявляются в зависимости от требований, заложенных в проекте производства работ, который разрабатывается заказчиком, исходя из условий, в которых будет осуществляться строительство того или иного объекта. Испытание отформованных образцов на теплопроводность осуществлялось согласно ГОСТ 7076-99 «Материалы и строительные изделия» [18] (табл. 2.15). Сущность метода испытаний заключается в создании стационарного теплового потока, проходящего через плоский образец определенной толщины и направленного перпендикулярно к лицевым граням образца, измерении плотности этого теплового потока, температуры противоположных лицевых граней и толщины образца. Число образцов, необходимое для определения эффективной теплопроводности или термического сопротивления, а также 59

порядок отбора образцов должны быть указаны в стандарте на конкретный материал или изделие. Так как, в стандарте на необходимое изделие (камни стеновые бетонные) число образцов, подлежащих испытанию, не указано, то в соответствии с ГОСТ 7776-99 [39] эффективную теплопроводность определяли на пяти образцах. Температура и относительная влажность воздуха в помещении, в котором проводят испытания должны быть (295±5) К или (50 ±10) %. Коэффициент теплопроводности λ = 0,308 Вт/м °С (табл. 2.15) В результате проведенных испытаний подобран оптимальный состав бетонной смеси для изготовления пустотелых строительных блоков размером 390× 190×188 на высокопроизводительной механизированной линии «Рифей-5» с использованием цемента Ангарского цементного завода ПО 500-ДО-Н и Ангасольского отсева щебня с модулем крупности 2,5. По настоящей технологии рекомендуется изготавливать пустотелые стеновые блоки, удовлетворяющие ГОСТ 7076-99 «Материалы и строительные изделия» со следующими показателями: 1. Марка бетона – М 250; 2. Марка по морозостойкости F-35; 3. Коэффициент теплопроводности Я= 0,308 Вт/м °С; 4. Водопоглощение 2,1%; 5. Масса блока – 24 кг: 6. Номинальные размеры блока, мм: 390×190×188. Технология производства стеновых блоков на установке «Рифей-5» состоит из следующих этапов: дозирование вяжущего, заполнителя и воды; приготовление в смесителе раствора; загрузка смеси в пуансон-матрицу; уплотнение, с последующим выдавливанием блоков из матрицы; сушка изделий при температуре 50–60 ºС в течение 24 часов; отправка изделий на склад готовой продукции; чистка и смазка форм для последующего применения. Прием и хранение сырьевых компонентов производят на складе. В зимнее время отсев необходимо разморозить. В формовочном отделении необходимо организовать участок для утилизации некондиционных сырых массивов, промывочных вод от смесителя. При проектировании цеха для производства стеновых пустотелых блоков и др. изделий необходимо применять следующие нормативные документы: 60

− Санитарные нормы проектирования промышленных предприятий (СН 254-7). − Правила техники безопасности взрывной и пожарной безопасности в промышленности строительных материалов. − В помещениях, где производятся работы, должна быть предусмотрена вентиляция.

61

62

Результаты испытаний бетона на теплопроводность по ГОСТ 7076-99 методом теплового потока

Результаты ускоренного определения морозостойкости бетона по ГОСТ 10060.4-95

Таблица 2.15

Таблица 2.14

Кроме этого, необходимо осуществлять контроль качества изделий и следовать правилам их приемки, согласно которым при использовании в разработанной технологии другой марки цемента, проверять все его физико-механические свойства, указанные в соответствующих ГОСТ, а также следить за модулем крупности и зерновым составом отсева. Приемка и отгрузка готовых изделий Заказчику производится при прочности согласованной с ним, но не менее 50 % в летнее время и 70 % – в зимнее. Как показывает практика, блоки после сушки уже набирают необходимую транспортную прочность. Перевозку готовой продукции осуществляют любым транспортом. Производить погрузку блоков навалом и разгрузку сбрасыванием запрещается.

2.6. Технология изготовления предварительно напряженных многоступенчатых плит перекрытия 2.6.1. Основные физико-механические свойства исходных материалов Так как сырьевые материалы, получаемые на заводах из различных видов природного сырья по определенным технологиям, отличаются по химико-минералогическому составу и физикомеханическим свойствам, то перед разработкой способов изготовления предварительно напряженных плит перекрытия на производственной линии «Тэнсиланд» были изучены необходимые физико-механические свойства используемых материалов. В качестве исходных материалов использовались: - портландцемент Ангарского цементного завода марки ПЦ 500-ДО-Н; - песок природный карьера Боково; - песок – отсев после дробления гранодиоритов Ангасольского щебеночного завода; - щебень карьера Боково. Основные физико-механические свойства портландцемента определялись в соответствии с ГОСТ 310.1-76; 310.3-76; 310.4-81 «Цементы. Методы испытаний» [34] и ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» [35]. Настоящие стандарты распространяются на все виды цемента и устанавливают общие положения при испытании цементов для 63

определения следующих показателей: тонкости помола цемента; нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста; равномерности изменения объема цемента; предела прочности при изгибе и сжатии образцов, изготовленных с использованием заданного цемента. Качество цемента оценивали, исходя из необходимости получения бетона заданной прочности и долговечности. Для изготовления бетонной смеси применяли цемент такой марки, чтобы его количество в бетоне по возможности было минимальным. При сокращении количества цемента уменьшалась усадка бетона и возрастала его трещиностойкость. Прочность портландцемента характеризуется пределами прочности при сжатии и изгибе. Результаты проведенных испытаний приведены в таблице 2.16 Таблица 2.16 Основные физико-механические свойства портландцемента, используемые для изготовления предварительно напряженных плит перекрытия № п/п

Наименование показателей

Нормативные требования

Данные испытаний

1

Марка цемента

ПЦ 500-ДО-Н

ПЦ 500-ДО-Н

2

Нормативная густота цементного теста, %

-

25,8

- начало, ч-мин

не ранее 0-45

2–35

- конец, ч-мин

не позднее 10-00

3–15

4

Равномерность изменения объема

выдержать

выдержал

5

Предел прочности при изгибе, МПа

5,9

6,1

6

Предел прочности при сжатии, МПа

49,0

50,9

Сроки схватывания: 3

64

В результате испытаний установлено, что портландцемент Ангарского цементного завода по своим физико-механическим свойствам удовлетворяет требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» [35] и пригоден для использования в бетонах. Проведенными исследованиями было установлено, что отсев щебня Ангасольского щебеночного завода нетоксичен, нерадиоактивен, минеральный, химический и гранулометрический состав отсева позволяет использовать его в качестве заполнителя для бетонной смеси в соответствии с разработанными способами изготовления тротуарной плитки и стеновых пустотелых блоков. Таким образом, повторно эти показатели не определялись. Физико-механические свойства песков определялись по ГОСТ 8735-85 «Песок для строительных работ. Методы испытаний» [32]. Первоначально были определены зерновой состав (на строительных ситах) и модуль крупности, так как на качество бетона большое влияние оказывает зерновой состав песка и количественное содержание в нем различных примесей: пылевидных, глинистых и органических. Зерновой состав определяли методом просеивания отсева на стандартном наборе сит. Аналитическую пробу песка высушивали до постоянной массы, затем пробу просеивали через сита с диаметрами 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивали и вычисляли содержание в отсеве фракций с размером зерен от 5 до 10 мм в процентах по массе и по формулам. Из части пробы песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отобрали навеску массой 1000 г для определения зернового состава отсева. Подготовленную навеску отсева просеяли через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и с сетками № 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Просеивание производилось ручным способом. Далее было установлено содержание пылевидных и глинистых частиц и насыпная плотность. Насыпную плотность определяли путем взвешивания песка в мерных сосудах. Пески испытывали в состоянии естественной влажности. Данные физико-механических испытаний песка – отсева Ангасольского карьера и природного песка карьера Боково приведены в таблице 2.17.

65

Таблица 2.17 Основные физико-механические свойства используемых песков для изготовления предварительно напряженных плит перекрытий № п/п

Наименование показателя

1

Модуль крупности

2

Группа крупности

Насыпная плотность, кг/м3 Истинная плотность, г/см3 Пустотность, % Зерновой состав: частные остатки на ситах, % - 2,5 -1,25 -0,63 -0,315 -0,16 проход через сито 0,16 полные остатки на ситах, % - 2,5 -1,25 -0,63 -0,315 -0,16 проход через сито 0,16 для песков повышенной крупности для крупных песков Содержание пылевидных и глинистых частиц, % 7 в природном песке в песках из отсевов дробления Содержание зерен, % крупностью свыше 5 мм, 9 зерен гравия до 10 мм (требования тех. карты) 3 4 5 6

Данные испытаний Нормативные к. требования к. Боково Ангасольский 2,0–2,5 3,13 2,93 – повыш. крупный круп. – 1420 1470 – 2,62 2,77 – 45,8 46,9

– – – – – –

24,0 13,0 28,0 25,0 7,0 3,0

30,0 11,0 19,0 14,0 14,0 12,0

0–20 5–45 20–70 35–90 90–100

24,0 37,0 65,0 90,0 97,0

30,0 41,0 60,0 74,0 88,0

не более 10

3,0

–

не более 15

–

12,0

не более 3 не более 10

3,0 –

– 6,8

не более 5,0

16,5

17,5

не более 15,0

16,5

–

66

Как видно из результатов испытаний песок- отсев карьера Ангасольский по сравнению с песком карьера Боково содержит повышенные содержание фракции 0,16 мм, пустотность и удельную поверхность. Вследствие чего данный песок несколько понизит прочность бетона и уменьшит подвижность бетонной смеси, что вызовет увеличение расхода цемента для получения равнопрочных и равноподвижных бетонов. По модулю крупности оба материала не соответствуют требованиям ГОСТ. Повышенное содержание в песках зерен фракции 2,5 мм не является нарушением ГОСТ 26633-91 «Бетоны тяжелые и мелкозернистые» [33], так как согласно требованиям типовой технологической карты на изготовление предварительно напряженных многопустотных плит перекрытия по непрерывной технологии «Тэнсиланд» уменьшен размер используемого щебня карьера Боково до 3 мм для создания более плотного каркаса. 2.6.2. Описание технологического процесса изготовления плит Технологическая линия предназначена для производства железобетонных изделий методом непрерывного формования. В номенклатуру выпускаемых изделий входят предварительно напряженные многопустотные плиты перекрытий шириной 1200 мм, высотой до 300 мм, плиты сплошного сечения; балки различного сечения и конфигурации, а также другие длинномерные изделия. Армирование всех изделий производится высокопрочной проволокой класса ВП диаметром 5 мм. Производственная зона для линии «Тэнсиланд» представляет собой бетонное поле с металлическим листовым покрытием, разделенное на 4 формовочные дорожки, ограниченные рельсами для перемещения технологического оборудования. Каждая формовочная дорожка служит поддоном для непрерывного формования плитных и балочных железобетонных изделий. Рабочая длина дорожек 60 м. Под металлическим полом дорожек размещены нагревательные элементы, предназначенные для подогрева поддона и передачи тепла к свежеотформованному изделию, что ускоряет процесс набора прочности бетона. По обоим торцам дорожек расположены упоры (анкера) для крепления концов высокопрочной проволоки, применяемой для армирования железобетонных изделий. За упорами, 67

расположенными в начале дорожек, установлены кассеты для бухт проволоки, а также располагаются гидравлические устройства для натяжения и снятия натяжения проволоки. За упорами, расположенными в конце дорожек, имеется зона для выхода оборудования, его мойки и технического обслуживания. Там же устроены каналы и отстойник для сбора отходов производства и очистки воды перед сбросом в канализацию. Подача бетона на линию осуществляется с бетонного узла. Готовая продукция вывозится на склад на самоходной тележке. Технологический процесс начинается с чистки и смазки одной из формовочных дорожек». Затем машиной для раскладки проволоки, производится разматывание проволоки из бухт и её предварительное раскладывание по все длине дорожки. После раскладывания необходимого количества проволок производится их поочередное натяжение с помощью гидравлического натяжителя пистолетного типа. Концы проволоки фиксируются в упорах цанговыми зажимами. После натяжения арматурной проволоки начинается процесс формовки железобетонных изделий. С помощью мостового крана формовочная машина «Тэнсиланд» устанавливается у начала дорожки. С барабана тяговой лебедки, находящейся на машине, сматывается трос и закрепляется за анкерный якорь, расположенный на другом конце дорожки. В бункер формующей машины загружается бетон, включаются тяговая лебёдка и вибратор, и начинается процесс непрерывного формования изделия на всю длину дорожки. После окончания формовки машина устанавливается краном на пост мойки, где производится тщательная мойка бункера и пресс-форм машины струей воды под высоким давлением. Дорожка со свежеотформованными изделиями накрывается специальным защитным покрытием. После достижения бетоном требуемой прочности производится резка на изделия нужной длины. Резка выполняется резательной машиной, оснащенной высокопрочным отрезным диском. Техническая характеристика основного технологического оборудования: 1. Механизм для раскладки проволоки, тип «S» Т-9: - вес – 1 600 кг; - установленная мощность – 3,7 кВт; 68

- скорость перемещения 50–100 м/мин. 2. Формовочная машина «Тэнсиланд», тип Т-90: - вес – 6 300 кг; - установленная мощность – 15 кВт; - скорость перемещения 0,65–3 м/мин. 3. Машина для поперечной резки: - вес – 1 670 кг; - установленная мощность – 45 кВт; - скорость перемещения 0–13 м/мин. 4. Машина для чистки дорожек: - вес – 2 300 кг; - установленная мощность – 28 кВт; - скорость перемещения 6–8 м/мин. 5. Гидравлическая группа для натяжения проволоки: - вес – 260 кг; - установленная мощность – 2,2 кВт; - усилие натяжения до 6 тонн Перед каждой формовкой поверхность пола формовочных дорожек должна быть тщательно очищена от остатков бетона, пыли, грязи и смазана. В качестве смазки можно применять чистое веретенное масло и технические растительные масла, например, рапсовое. Хорошие показатели обеспечивает применение эмульсионных смазок, в том числе обратной эмульсии на основе эмульсола. При недостаточном качестве поверхности получаемых изделий, наличии воздушных пор и каверн целесообразно на уже смазанную поверхность формовочной дорожки наносить тонкий слой воды (0,1–0,2 мм). Это способствует разжижению бетонного слоя, прилегающего к поддону, его уплотнению и, следовательно, повышению качества лицевой поверхности изделий. После подробного изучения физико-механических характеристик исходных материалов, были выполнены работы по подбору бетонной смеси, которые заключались в расчете оптимальных составов бетона для опытных замесов, с использованием в качестве заполнителей наряду с крупным щебнем к. Боково, песка к. Боково и Ангасольского песка-отсева в количестве 50 и 100 % от объемного веса песка к. Боково и испытаниях полученных образцов на прочность. После достижения необходимой прочности в контрольных образцах бетонов было произведено формование плиты 69

перекрытия марки ПБ 60-12-8 из состава бетонной смеси с использованием в качестве заполнителя 50 % песка-отсева к. Ангасольский и 50 % песка к. Боково. Полученное изделие соответствует требованиям ГОСТ по прочности, но при этом имеет большой объемный вес, в связи, с чем на сегодняшний день продолжаются работы по облегчению веса плиты с помощью применения различных добавок, а также ведутся работы по подбору состава бетона с 100 % использованием Ангасольского отсева щебня в качестве заполнителя без применения песка карьера Боково.

2.7. Проект производственного участка для организации работ по переработке отходов в условиях щебеночного завода После разработки технологии изготовления строительных блоков с применением в качестве заполнителя для бетонной смеси отсева щебня был разработан проект производственного участка работ по переработке отходов в условиях Ангасольского щебеночного завода. Технология разработана для изготовления стеновых пустотелых блоков методом полусухого вибропресования на установке «Рифей-5» (рис. 2.13), которая представляет из себя высокопроизводительную компактную механизированную линию. На линии помимо стеновых пустотелых блоков можно изготавливать полнотелые и перегородочные стеновые камни, элементы благоустройства, тротуарную плитку различной конфигурации, облицовочные и бордюрные камни и др. строительные изделия для чего необходимо лишь заменить пуансон-матрицу. Технические характеристики линии «Рифей-5»: Производительность линии при изготовлении: - стеновых блоков размером 390×190×88 - перегородочных блоков размером 390×120×188 - тротуарной плитки - высота формируемых изделий - установленная мощность - масса. - обслуживающий персонал 70

150–190 шт./ч; 220 шт./ч; 7,5–10 м2/ч; 65, 120, 188, 230 мм; 18,7 кВт; 2,5 т; 5–7 чел.

Конструктивные преимущества линии «Рифей-5»: она содержит все агрегаты, необходимые для автономного производства строительных изделий; простое управление и обслуживание, не требующее высокой квалификации; имеет хорошую ремонтопригодность за счет удобного доступа и простоты разборки каждого агрегата; высокую компактность линии (длина 8,5 м, ширина 2 м, высота 2,7 м): возможность быстрой, до 1 часа, переналадки линии на производство другого вида изделий за счет смены матрицы; автономность, возможность эксплуатации непосредственно на строительной площадке, необходимость подачи электроэнергии 380 вольт и воды и короткий срок ввода (2–5 дней) в эксплуатацию. В комплект линии входят также 4 поддона (рис. 2.14) и один набор ремонтного оборудования. На один поддон помещается 4 блока, таким образом, при организации работ на линии в 1 смену необходимо около 250 поддонов (при 8-часовом рабочем дне в смену производится в среднем до 1000 шт. блоков). Поддоны можно изготовить как из металлических листов, так и из деревянных размером 450×900 мм толщиной 30 мм. Кроме поддонов потребуются стеллажи (рис. 2.15) в количестве 40 штук, которые также можно изготовить, используя металлические листы и уголки. Работают на линии 7 человек в смену (один – на пульте управления вибропресса; один – на пульте управления смесителя; два на раздаточной линии, один механизатор для работы на кране; кладовщик и бригадир). В условиях щебеночного завода можно использовать два варианта организации производства с использованием механизированной линии «Рифей-5»: Вариант 1. Линия устанавливается на открытом воздухе под навесом. В данном случае необходимо соблюдать следующие требования: 1. Линию располагают под навесом, таким образом, чтобы на установку не попадала вода (атмосферные осадки); 2. На участке производства работ имеются источники бесперебойной подачи электроэнергии (380 В) и воды; 3. Прием и хранение сырьевых материалов (цемента и отсева) производят в сухом помещении; 71

4. Отформованные изделия помещают на поддоны и хранят на складе при температуре выше 5 °С; 5. Сушку изделий осуществляют горячим воздухом при температуре 50–60 °С в течение суток.

72

73

Рис. 2.13. Схема поточной линии «Рифей-5»: 1– объемный дозатор; 2 – смеситель на 100 л; 3 – транспортер для смеси; 4 – вибропресс; 5 – пульт управления; 6-насосная установка; 7 – электрошкаф; 8 – стеллаж

Рис. 2.14. Схематичный чертеж поддона 1. Сварка в среде защитного газа. Шов № 2 прерывистый 20/100. 2. На поверхности Б не допускаются уступы на стыках деталей и наплывы сварных швов. Перед сваркой обеспечить прилегание листа к каркасу. 3. Покрытие: грунтовки ГФ-021, АК-69,АК-10; олифа и другие влагостойкие покрытия 74

Рис. 2.15. Схематичный чертеж стеллажа: 1. Сварка ручная электродуговая. 2. Покрытие грунтовка АК-069 (АК-070), нитроэмаль НЦ-132

Предварительно необходимо выполнить подготовительные работы, которые включают в себя: 1. Бетонирование площадки размером 8,5×2,5 м, для установки линии, выполнение колодцев под фундаментные болты 75

вибропресса (6 колодцев), под фундаментную опору пульта управления вибропрессом (1 колодец), под опорную раму накопителя (4 колодца), и для приямка под вибростолом. Негоризонтальность площадки допускается не более 5 мм/м. 2. Установку линии на площадке. Схема и последовательность расположения основных устройств линии прилагается к инструкции по эксплуатации при приобретении оборудования. 3. Подведение 3-фазной сети 380 В и источников подачи воды. Воду на площадку можно подводить с помощью резиновых шлангов с внутренним диаметром 15 мм или металлических труб, прикрепленных к источнику бесперебойной подачи. После выполнения подготовительных работ можно приступать к основным работам, заключающимся в приготовлении бетонного раствора, формовании, выдержки и сушке блоков. Кратко данный процесс можно описать следующим образом: дозирование цемента, отсева и воды; приготовление бетонной смеси для чего в дозатор подают заполнитель, вяжущее тесто и воду уровень которых контролируется оператором; после приготовления раствора оператор открывает люк на дне смесителя и готовая смесь подается на транспортер, который доставляет её в бункер вибропресса, далее происходит загрузка матрицы до её верхнего уровня, затем смесь уплотняется с помощью вибростола и готовые блоки выдавливаются из матрицы на поддон и тележкой пресса передвигаются к накопителю. Установленный на накопителе стеллаж загружается поддонами с готовыми изделиями и, после его полной загрузки, снимается с накопителя. Затем на накопитель устанавливается следующий стеллаж и цикл повторяется. Стеллаж после заполнения подается в пропарочную камеру или на склад для вылеживания изделий. Транспортировка стеллажей на склад осуществляется с помощью мостового крана. Сушку изделий производят в условиях сухого помещения следующим образом: готовые блоки укладывают на поддоны, затем между поддонами устанавливают электронагревательные приборы, после чего блоки сверху накрывают полиэтиленовой пленкой. Вместо электронагревательных приборов можно использовать трубы, по которым подается горячая вода. 76

Необходимо и в том и в другом случае соблюдать следующее условие: теплый поток воздуха должен поступать снизу вверх. При таком варианте установки линии работы могут осуществляться только в течение 5 месяцев (май–октябрь). Вариант 2. Линию устанавливают в сухом помещении площадью 40–60 м2 высотой 2,7–3 м, в котором имеются источники бесперебойной подачи воды и электроэнергии, предварительно выполнив подготовительные работы. Температура в помещении должна быть выше 5 °С. Основные работы будут происходить в той же последовательности, что и в первом варианте. Сушку готовых изделий выполняют либо в пропарочной камере, либо как в первом варианте. Пропарочная камера располагается следующим образом, вдоль одной стены помещения, в котором будут выполняться работы, отступив 1–1,5 м, устанавливается бокс, где помещают бак для воды объемом 200 л и электронагревательные приборы (трамвайный тэн). Сушка изделий происходит при температуре 50–60 °С и максимальной влажности в течение суток, после чего можно осуществлять реализацию продукции, так как блоки к этому времени набирают необходимую транспортную прочность. Для долгой безотказной работы линии необходимо в конце каждого рабочего дня выделять время на техническое обслуживание, в процессе которого следует не допускать схватывания бетонной смеси, и очищать от неё все узлы и механизмы линии. На линии помимо стеновых пустотелых блоков можно изготавливать полнотелые и перегородочные стеновые камни, элементы благоустройства, тротуарную плитку различной конфигурации, облицовочные и бордюрные камни и другие строительные изделия для чего необходимо лишь заменить пуансон-матрицу.

77

3. ОТХОДЫ ЛОКОМОТИВОВАГОНОРЕМОНТНОГО ЗАВОДА И МЕТОДЫ ИХ УТИЛИЗАЦИИ 3.1. Систематизация основных отходов и схема обращения с ними Для того чтобы определить, какие из образовавшихся отходов на предприятиях, расположенных в бассейне озера Байкал, необходимо утилизировать, в первую очередь следует провести инвентаризацию отходов, взяв за основу один из крупнейших объектов Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод. Только на базе его сегодня можно наглядно показать развернутую схему обращения с отходами в зависимости от установления класса опасности, который они представляют, и наметить поэтапные пути их движения (утилизацию, переработку, захоронение...). Разработать оптимальные и экономически эффективные для предприятия технологии переработки отходов с целью получения вторичного продукта. Улан-Удэнский локомотивовагоноремонтный завод – сложное и универсальное предприятие, которое оказывается одним из крупных загрязнителей окружающей природной среды. Источниками загрязнения являются: локомотивный комбинат, вагоноремонтный корпус, дизельный, механический, электромашинный, сталелитейный, меднолитейный, чугунолитейный, ремонтно-механический, газокислородный и автотранспортный цеха. В результате работы завода от различных источников образуется более 30 видов отходов производства. На предприятии, согласно его паспорту, зафиксировано более 10 тыс. тонн отходов [40]. Количество их с каждым годом увеличивается. Они подразделяются на два типа: промышленные и бытовые (рис. 3.1.). Промышленные отходы в зависимости от степени вредного воздействия на окружающую природную среду следует 78

рассматривать в соответствии с классами опасности [47, 27], которые они представляют. ОБЩЕЕ КОЛИЧЕСТВО В ГОД ТИПЫ

Промышленные

Бытовые КЛАССЫ

1-й класс чрезвычайно опасные

2-й класс высокоопасные

3-й класс умеренно опасные

4-й класс малоопасные

5-й класс практически неопасные

ВИДЫ ОТХОДОВ Ртутьсодержащие лампы

Отработанные нефтепродукты

Шламы от гальванических ванн

Отходы химчистки

Лакокрасочные материалы

Карбидный ил Отходы асбоцементные Шлак металлургический Осадок очистных сооружений Резинотехнические отходы Древесные отходы

Отходы стекла Твердые отходы оболочковых форм Горелая формовочная земля Мусор производственный Золошлаковые отходы Металлолом

Полимерные отходы Отходы электроизоляционных материалов

Отходы пылеулавливающих установок

Рис. 3.1. Классификация видов отходов по типам и классам опасности 79

1. Чрезвычайно опасные отходы. К ним относятся ртутьсодержащие лампы, поступающие со всех цехов завода в количестве до 2 тыс. в год. Высокой токсичностью обладают и шламы от гальванических ванн (вагоноколёсный цех). После очистки сточных и промывных вод гальванического производства на гальванокоагуляторах образуется до 3 тонн шлама. В шламе (проба взята из цинкового отстойника) отмечаются (%): цинк 35, железо 30, кремний 8, фосфор 4, олово 1,5, алюминий 0,6, магний 0,4, свинец 0,3, никель 0,3, кадмий 0,05. В настоящее время гальваношлам используется в качестве добавок к шпатлевке в вагоноремонтном цехе. 2. Высокоопасные отходы. На долю их приходится около 8 % всех токсичных веществ, к которым относятся отработанные нефтепродукты, горючесмазочные материалы и масла (из автотранспортного, локомотивосборочного, дизельного цехов, нефтебазы и очистных сооружений). Ежегодно образуется около 60 тонн отходов: часть их сдаётся на нефтебазу, а часть повторно используется на заводе. Источником трихлорэтилена в количестве около 3 тонн является корпус быта (отделение химчистки). Прорабатывается вопрос по его утилизации в локомотивном депо. 3. Умеренно опасные отходы. В результате обдирки корпусов в локомотивосборочном и вагоноремонтном цехах образуется свыше 3 тонн сухих отходов лакокрасочных материалов, которые вывозятся на полигон промотходов в пос. Матросова, расположенный вблизи реки Уды, правого притока реки Селенги. 4. Малоопасные отходы. На заводе выделяют до 10 разновидностей отходов. Они составляют 82 % и в большом количестве вывозятся на свалку. К ним относятся карбидный ил с ацетиленовой станции (который используется как строительный материал); отходы асбоцементные от локомотивои вагоноремонтных цехов; шлак металлургический от сталелитейного и чугунолитейного цехов; осадок очистных сооружений от цеха водотеплоснабжения; резинотехнические отходы вагоноколёсного и автотранспортного цехов; древесные отходы модельного, вагоноремонтного и деревообрабатывающих цехов, которые реализуются населению для изготовления брикетов; полимерные отходы вагоно- и локомотиворемонтных 80

производств, отходы электроизоляционных материалов от электрических машин аппаратного, вагоноремонтного, локомотивосборочного цехов; отходы пылеулавливающих установок. Все эти отходы в количестве 95–96 % (за исключением карбидного ила и древесных отходов, которые используются повторно) вывозятся на свалку. Наибольший интерес из отходов представляют шлаки литейнометаллургического производства. Источниками их являются чугунолитейный, сталелитейный и меднолитейные цеха. 5. Практически неопасные отходы. От всего количества отходов они составляют 96 %. В настоящее время на заводе к нетоксичным отходам относятся: осколки стекла от вагоноремонтного и локомотивосборочных цехов, твёрдые отходы оболочковых форм, формовочной смеси и горелой земли литейнометаллургического производства, мусор производственный от всех цехов завода, металлолом, который перерабатывается на заводе, бытовые отходы от цеха питания, жилищно-эксплуатационого и административно-хозяйственного цехов. Наибольший с практической точки зрения интерес, среди всех практически неопасных отходов, кроме металлолома, который перерабатывается на заводе, представляет горелая формовочная земля. Спектральный анализ земли, взятой из чугунолитейного и меднолитейного цехов, показывает, что 95 % земли состоит из кварца SiO2 и 5 % из каолинита Al4(Si4О10)(OH)8, в виде незначительной примеси отмечается железо до 1,5 %, алюминий 0,8 %, магний до 0,3 %, кальций 0,1 %, натрий 0,2 % и титан 0,1 %. Схема обращения с отходами разрабатывается индивидуально для каждого предприятия. Главная её задача заключается в том, чтобы постоянно контролировать образование отходов и направлять их соответственно предназначению: на переработку, реализацию, захоронение, вывоз на свалку (рис. 3.2) и в соответствии с этим определять размер платы за загрязнение окружающей среды при размещении отходов [42, 43]. В настоящее время количество отходов, которое ежегодно отправляются на свалку (на Улан-Удэнском локомотивовагоноремонтном заводе), значительно превышает все 81

то, что реализуется и используется на месте или собирается и отправляется на переработку в другие организации. Анализируя ситуацию, которая складывается с отправкой отходов в другие организации, становится не совсем понятно, почему отходы, которые можно перерабатывать непосредственно на заводе, отправляются через всю Россию в центр (в частности шлаки от бронзового литья литейнометаллур-

82

СХЕМА ОБРАЩЕНИЯ С ОТХОДАМИ Отправляется на переработку Ртутьсодержащие и люминисцентные лампы

Шлаки литейнометаллургического производства от бронзового литья Отработанные нефтепродукты

Реализуется и используется на месте Карбидный ил (ацетиленовой станции используется, как строительный материал)

Трихлорэтилен (отдел химчистки) используется в локомотивном депо

Древесные отходы реализуются населению

Вывозятся на свалку

Лакокрасочные материалы (сухие от обдирки корпусов) Отходы от вагоноремонтных и локомотиворемонтных цехов Шлак металлургический от чугунно- и сталелитейного цехов Осадок очистных сооружений (от цеха водотеплоснабжения) Резинотехнические отходы от автотранспортного цеха Полимерные отходы вагоноремонтного и локомотиворемонтного цехов Отходы электроизоляционных материалов локомотивосборочного, электромеханического цехов Отходы стекла Отходы покрышек, автомобильный цех

Рис. 3.2. Схема обращения с отходами

Горелая земля от цехов литейнометаллургического производства

Золошлаковые отходы от ТЭС завода

83

гического производства на Урал). На возможности и способах переработки этой разновидности металлургических шлаков остановимся в следующей главе. Продолжим разбор схемы обращения с отходами, которые вывозятся на свалку. Рассматривая данные, приведённые в таблице, становится очевидным, что 80 % вывозимых на свалку отходов могут быть переработаны на заводе. Возникает вопрос: «А что этому мешает?». Сейчас на заводе отсутствуют схемы, способы и технологии переработки этих отходов. До тех пор, пока не будет решена проблема их утилизации, они будут накапливаться, и количество их из года в год будет расти. Следовательно, отходы как можно скорее надо вовлекать в производство. Лакокрасочные сухие материалы от обдирки корпусов следовало подвергнуть регенерации и использовать для окраски различных изделий с пониженными требованиями к декоративным характеристикам. Шлаки металлосодержащие от чугуно- и сталелитейного цеха можно использовать для получения строительных блоков [44, 45]. В год при односменной работе бригада из четырех человек способна изготовить от 500 тыс. до 1 млн блоков. Это существенно снизит загрязнение р. Селенги отходами литейнометаллургического производства, складируемых на полигонах, расположенных в борту ее долины. Кусковой шлак пригоден и как наполнитель бетона, а из дроблёного и измельченного целесообразно получать шлаковый щебень, используя его в дорожном строительстве. Резинотехнические отходы от автотранспортного и вагоноремонтного цеха следует сортировать на отходы, вулканизированные и невулканизированные и после этого использовать. Вулканизированные после измельчения применяют в качестве добавок при производстве шифера и бытовых товаров (надувных лодок, фартуков), невулканизированные используют как компоненты при производстве амортизационных досок, передников, рукавиц [3, 46]. Полимерные отходы вагоноремонтного и локомотивосборочного цеха – пластмассовые, подлежат переплавке. Из них получают «синтетическую древесину», которая устойчива к биодеградации и применяется в качестве материала 84

для различных ограждений, настилов, столбов и других сооружений. Отходы паронита, поливинилхлорида, полиэтилена, фенопласта, полиамида и полистирола перерабатываются в элементы строительных конструкций. Из них изготавливаются прокладки, вёдра, каркасы светильников. Из полипропиленовых отходов – текстильные шпули, детали сантехники, дверные ручки, ручки чемоданов, ящики для растений и бутылок. Отходы стекла можно передавать на стеклозавод, который имеется в г. Улан-Удэ, а также дробить, переплавлять, делать из него новую стеклянную тару или же после дробления использовать вместо песка и гравия при производстве бетона. Отходы покрышек (изношенные шины) автомобильного цеха, если их измельчать, пользуются значительным спросом. Из них при добавлении специального полимера можно получить материал, способный конкурировать, как с исходной резиной, так и с пластмассами. Основным направлением комплексной переработки резиновых покрышек является производство регенерата и резиновой крошки для строительства дорог с усовершенствованным покрытием. Использование резиновой крошки в асфальтобетоне повышает долговечность и морозостойкость. Сжигая покрышки в специализированных установках, можно получать технический углерод, а из отходов покрышек изготавливать шифер, резинокордные плиты для покрытия полов животноводческих помещений, рулонную кровлю, технические пластины, скребки для контейнерных лент и резиновые прокладки под рельсы. В г. Эбенхаузене (Германия) пиролизом в год перерабатывается до 10 тыс. тонн изношенных покрышек, где из каждых 100 т покрышек получается до 40 т технического углерода для лакокрасочной промышленности, 25 т масел, 25 т энергетических газов (метана и этилена) и до 10 стали [46]. Горелую землю от цехов литейнометаллургического производства необходимо подвергнуть регенерации (мокрой и сухой) для получения песка и опробовать на местном стекольном заводе возможность её повторного использования в качестве сырья при производстве темного стекла для изготовления бутылок под пиво и шампанское. Рассмотрев, таким образом, реальную возможность утилизации и переработки отходов, вывозимых на свалку, 85

становится очевидным, что если 80 % их будет перерабатываться, то предприятия от этого получат определённую прибыль. Последовательность переработки отходов определяется их спросом на рынке сбыта и осуществляется в соответствии со схемой обращения с отходами. Поэтому, исходя из конъюнктурных соображений, необходимо постоянно отрабатывать и совершенствовать технологии переработки отходов, ориентируясь на передовые достижения в этой области, которые учитывают весь процесс преобразования отходов от начального момента его образования до конечной стадии, когда приходит время его утилизации. Таким образом, для отходов Улан-Удэнского локомотивовагоноремонтного производства, проведена систематизация отходов, получены их параметры (состав, свойства, токсичность и сохранность отходов при взаимодействии их с окружающей средой). Намечены основные схемы и способы переработки отходов с учетом целесообразности и экономической эффективности.

3.2. Металлосодержащие шлаки На локомотивовагоноремонтных заводах ежегодно в процессе литейно-металлургического производства образуются отходы (шлаки и горелая земля). Количество образующихся шлаков от каждого вида литья чугунного, стального и цветного можно прогнозировать. При чугунном литье количество шлаков от жидкого чугуна составляет 10–15 %; при стальном литье от жидкой стали – 12 % и при цветном литье от жидкого металла – 7 %. 3.2.1. Шлаки чугуно- и сталелитейного производства Чугунолитейный цех изготавливает фасонное литьё из серого чугуна. Основная номенклатура цеха – локомотивные и вагонные тормозные колодки. В качестве исходного материала используется шихта, состоящая из литейного и передельного чугуна, ферросилиция, феррофосфора, и ферромарганца, чугунного и стального лома, ферросиликокальция и ферросиликобария. Все компоненты шихты подобраны соответствующими ГОСТ. 86

Плавка происходит в пятитонных ваграночных печах при температуре 1385–1400 °С и атмосферном давлении. В результате машинного (фасонного) литья на каждые 500 тонн литья образуется около 100 тонн отходов (литейный возврат) и порядка 30 тонн безвозвратных отходов (включая угар). При отливке локомотивных колодок из модифицированного чугуна на 10 тыс. тонн литья получается более 1 тыс. тонн отходов (литейного возврата) и в пределах 500 тонн безвозвратных отходов, включая угар. Шлаки чугунолитейного цеха характеризуются присутствием техногенных силикатов (изоструктурных с природными минералами акерманитом Ca2MgSi2O7 , геленитом Ca2Al2SiО7 и параволластонитом CaSiO3) и рентгеноаморфной стекловидной массой. В составе шлака по результатам спектрального анализа (табл. 3.1.) обнаружены (%): кремний, алюминий, кальций, марганец, железо; десятые доли % составляют магний, натрий, никель, кобальт, титан, хром; другие элементы находятся в меньших количествах. Сталелитейный цех производит стальное фасонное литье. Основной продукцией его являются автосцепное устройство, корпуса тяговых двигателей, буксовые узлы локомотивных и вагонных пар. В качестве сырья используется металлическая шихта, приготовленная из отходов производства на капровом отделении завода, составными частями, которой являются стальной лом, железорудные окатыши и сплавы ферромарганца, ферросилиция, феррованадия и силикокальция. Для раскисления вводится алюминий. Плавка производится в электродуговых сталеплавильных печах марки ДС-5МТ и ДС-6Н1 ступенями по схеме расплав–плавление–доводка. Температура на выпуске составляет 1630±20 °С, давление постоянное – 1 атмосфера. При фасонном литье выход годного металла составляет 65 %, а 35 % идёт в шлак. При точном литье из высокомарганцевой стали, количество шлака составляет 52 %. Для анализа состава шлака были взяты пробы серого и чёрного шлака с ковша сталелитейного цеха, пористого и плотного шлака с печи сталелитейного цеха (табл. 3.3.). В шлаках серых с ковша сталелитейного цеха в условиях «кислого процесса» отмечается высокое содержание кремния и титана, в шлаках черных с ковша по сравнению с предыдущими 87

увеличивается количество железа и хрома, уменьшается количество кремния. Шлаки пористые с печи отличаются от вышеописанных повышенным содержанием хрома. Шлаки плотные с печи сталелитейного цеха по содержанию элементов близки к шлакам черным, взятым непосредственно с ковша сталелитейного цеха. В шлаках, полученных в условиях «основного процесса», взятых с печи, с ковша (шлаковни) и с ковша (со стенки), содержания элементов близки (табл. 3.2.), но по сравнению с предыдущими

88

Номер

с

с

с

Результаты полуколичественного спектрального анализа шлаков чугунолитейного и сталелитейного цехов (кислый процесс)

о

89

Таблица 3.1

№ п/п

Номер пробы

Таблица 3.2 Результаты полуколичественного спектрального анализа шлаков сталелитейного цеха (основной процесс) Элементы 10-3

%

Место отбора

10-2 10-6

Si Al Mg Ca Fe Na Mn Ni Co Ti V Cr Mo Zr Cu Cd Pb Zn Sn B

Шлак с 20 0,1 4 0,1 20 0,1 >1 4 0,6 10 20 200 <1 15 5 печи

3 0,6 20 0,2

–

Шлак с ковша 2 22 (со 30 0,1 2 0,3 10 0,1 >1 2 0,4 – 30 150 <1 20 6 шлаков ни)

–

1 10 0,2

3

Шлак с ковша 3 23 (со 30 0,1 1,5 0,2 8 0,4 >1 2 0,3 – 20 100 <1 15 8 стенки )

–

1 10 0,2

3

1 21

Таблица 3.3 Результаты количественного спектрального анализа шлаков сталелитейного цеха (кислый процесс) № Номер п/п пробы

Характеристика проб и места отбора

Содержание элементов, % Fe

Мn

Сг

1

4

Шлак черный массивный с ковша сталелитейного цеха

14±3,0

3,6±0,8

-

2

5

Шлак черный пористый с печи сталелитейного цеха

15±3

4,2+1

0,31

3

6

Шлак черный массивный плотный с печи сталелитейного цеха

15,5±3

3,0±0,6

0,32+0,05

90

шлаками (представляющими «кислый процесс») в них присутствуют: цинк, олово и бор. В двух анализах с ковша отсутствует титан, снижено количество кальция, магния, железа. В металлургических шлаках с ковша и печи сталелитейного цеха, полученных в условиях «кислого процесса» плавки, содержится до 3–4 % марганца и 14– 15 % железа (табл. 3.3.). Приводимые в таблице цифры близки к содержаниям марганца и железа в отдельных промышленных типах комплексных железомарганцевых месторождений. Шлаки сталелитейного цеха с более высокими 11–18 % содержаниями железа по минеральному составу разделяются на три группы. В первой группе преобладает техногенный минерал, изоструктурный с природным минералом гематитом Fe2O3, в небольшом количестве присутствуют техногенные минералы, изостуктурные с природным магнетитом Fe3O4 и железистым хлоритом (рис. 3.3.).

Рис. 3.3. Дифрактограмма минерального состава черного массивного шлака с печи сталелитейного цеха (кислый процесс). 91

Ге – гематит, Хл – хлорит, Мг – магнетит – 1-я группа

92

Для второй группы характерны техногенные минералы диопсид CaMgSi2O6, монтичеллит CaMgSiO4 (рис. 3.4) с гнездообразными, линзовидными включениями размером до 2–3 мм техногенного восстановленного железа (рис. 3.5.).

Рис. 3.4. Дифрактограмма минерального состава серого пористого шлака с ковша сталелитейного цеха (кислый процесс). Д – диопсид, Кв – кварц – 2-я группа 93

Рис. 3.5. Дифрактограмма минерального состава серого пористого шлака с ковша сталелитейного цеха (кислый процесс). Fe – железо – 2-я группа

В третьей группе большая часть железа сосредоточена в тугоплавких железомагний – марганецсодержащих силикатах, аналогичных природным минералам, монтичеллиту CaMgSiO4, кирштейниту CaFeSiO4, и глаукохроиту CaMnSiO4 (рис. 3.6, 3.7), с мелкими до 1 мм, редкими шариками восстановленного железа (рис. 3.8.), здесь же отмечаются также форстерит Mg2Si04, периклаз MgO, кварц (рис. 3.9.).

94

Рис. 3.6. Дифрактограмма минерального состава чёрного массивного шлака с ковша сталелитейного цеха (кислый процесс). М – минерал ряда монтичеллит–кирштейнит–глаукохроит – 3-я группа

95

Рис. 3.7. Дифрактограмма минерального состава чёрного пористого шлака с печи сталелитейного цеха (кислый процесс). М – монтичеллит (минерал ряда монтичеллит–кирштейнит–глаукохроит), МФ – магнезиоферрит – 3-я группа

96

Рис. 3.8. Дифрактограмма минерального состава шлака с печи сталелитейного цеха (основной процесс). α – Fe – самородное железо – 3-я группа

Рис. 3.9. Дифрактограмма минерального состава шлака с ковша (стенки) сталелитейного цеха (основной процесс). Ф – форстерит, Пр – периклаз, Кв – кварц – 3-я группа 97

3.2.2. Шлаки производства цветного литья Меднолитейный цех (или цех цветного литья) специализируется на выпуске деталей из алюминия первичного и вторичного, медных сплавов (бронза, латунь). Плавка производится в печи МЛЦ-0,08 и других при 50%-ном выходе годного, и 35–45%-ном литейном возврате и отходах. При латунном литье исходный состав шихты состоит из меди, латуни, лома латуни, литников и меди МФ-9. Когда отливаются вкладыши, выход годного равен 88 % и 12 % – литейный возврат и отходы, а когда – детали тепловозов и электровозов, выход годного уменьшается до 69 %, а количество отходов возрастает. При бронзовом литье сырьем является шихта, которая состоит из чушковой бронзы, лома и литников. При отливке вкладышей для дизеля в шихту добавляется стружка. Плавка производится в печах ИЛТ-1-М-1, ИЛТ-1, ИЛТ1/0,4, М 2. Выход годного составляет 86 %, остальное отходы и литейный возврат — 14 %. Шлаки меднолитейного цеха от бронзового литья содержат (табл. 3.4.): свыше 50 % меди, в пределах 10 % и выше цинка, от 3 до 5 % свинца, более 1 % олова, до 100 г/т серебра. В месяц количество таких шлаков, когда завод работал на полную мощность, составляло до 7–10 тонн. Эти шлаки состоят из латуни СuZn модификации 12Н, а также из техногенных минералов, изоструктурных с цинкитом ZnO, теноритом СuО, покрытыми белыми налетами, корочками, тонкими пленками техногенного виллемита Zn2SiO4 (рис. 3.10). В небольшом количестве присутствуют восстановленные металлы Рb, Сu изоструктурные с самородными свинцом и медью, отмечаются мелилит, кварц (рис. 3.11). Латунное литьё на заводе осуществляется в печах Л-21 и ИЛТЧ. Исходным материалом служит паспортная (чушковая) латунь, лом латуни (стружка возврат), фосфористая медь МФ-9 и медь M l К. Температура перегрева и скачивания шлака составляет 1115±15 °С. Шлак образуется здесь только с печи ИЛТ-1 (ёмкостью 1 тонна), элементный состав его (анализы У-30/ la и У-30/1б) приводится в таблице 3.5. Складируется он вместе со шлаком от бронзового литья. Алюминиевое литьё производится в печи САН ёмкостью 0,1 тонн. Исходным материалом для плавки алюминия являются 98

вторичные чушковые сплавы, возврат (брак, литники), отходы

99

100

Таблица 3.4 Результаты полуколичественного спектрального анализа шлаков меднолитейного цеха

механообработки цехов, стружка, по необходимости добавляют цинк, а для сплава АО-9 (алюминиевого) – олово. Температура рафинирования и температура образования шлака 710±20 °С. Количество рафинирующих флюсов составляет обычно 2–3 % от массы загрузки. По составу флюсы представлены (%): хлористым натрием – 37, хлористым калием – 50, криолитом Na3AlF6 – 6,6 и фтористым кальцием – 6,4.

Рис. 3.10. Дифрактограмма минерального состава шлака с ковша меднолитейного цеха от бронзового литья. ZnO – цинкит, W – виллемит Zn2SiO4 101

Рис. 3.11. Дифрактограмма минерального состава шлака с ковша меднолитейного цеха от бронзового литья. ZnO – цинкит, М – мелилит (Са, Na)2 [(Mg, Al)(Si,Al)2O7)]

102

В месяц образуется до 200 кг шлака (анализы У-32, У-32/1 табл. 3.4), 80 % в шлаке составляет алюминий, 1,5–2 % медь и 3–6 % цинк. Баббитовое литьё идёт от механического и локомотивосборочного цехов. Исходным материалом на 40–46 % от загрузки служит старый металл Б-16, выплавляемый из подшипниковых вкладышей. По химическому составу в нём преобладает (%): свинец – более 60, олово 15–17, сурьма 15–17, медь 1,5–2. Ежемесячно от баббитового литья на заводе образуется до 1 т шлака, который сдаётся во ВТОРЦВЕТМЕТ. По результатам полуколичественного спектрального анализа (проб У – 31/1, У-31/2, У- 31/3 табл. 3.4.) в составе шлака (%): более 50 составляет свинец, от 10 до 30 медь, свыше 10 – цинк и до 5 – олово.

3.3. Технические методы и средства утилизации шлаков 3.3.1. Способы утилизации шлаков При проведении плавок по результатам имитационного физико-химического термодинамического моделирования можно корректировать технологические процессы в чугуно-, стале- и меднолитейных цехах и снижать количество образующихся отходов. В случае невозможности изменения технологической схемы плавки в сталелитейном цехе, шлаки первой группы, состоящие из гематита, могут быть вовлечены в переработку вторично. Шлаки второй группы после предварительного дробления и магнитной сепарации (для отделения восстановленного железа от силикатов) также можно вводить во вторичную переработку. Шлаки третьей группы, содержащие тугоплавкие силикаты железа, магния; марганца, могут быть переработаны с извлечением полезных компонентов только с применением соответствующих флюсов. Шлаки меднолитейного производства на 90 % состоят из плотных неоднородных по составу кусков сплава, ковких, плохо поддающихся дроблению. Главными компонентами сплава являются медь, цинк, свинец, а также олово и серебро (в меньшей степени). В настоящее время на заводе имеются сталелитейный и меднолитейный цеха, где идёт плавка, гальванический цех, где осуществляется электролиз и производится цинкование, хромирование, меднение – всё это позволяет, при наличии технологии проводить переработку шлаков 103

от цветного литья и извлекать цветные металлы непосредственно на заводе. Сопоставление электрохимических констант, температур плавления и кипения, отмеченных в шлаках элементов, позволяет использовать методы пирометаллургического огневого рафинирования металлов и электролиза для их разделения. Исходя из этого, могут быть предложены следующие способы переработки металлургического шлака от бронзового литья меднолитейного производства [47, 48, 49, 50, 51, 52]: 1. Складывать отходы от каждой плавки в отдельные контейнеры и использовать их повторно при аналогичной плавке. 2. Перерабатывать отходы с помощью электротермической плавки в электродуговых или шахтных печах. 3. Проводить извлечение из отходов цветных металлов с помощью электролиза. Электротермическая плавка. Здесь предусмотрена следующая последовательность переработки. Собирается шлак от бронзового и латунного литья меднолитейного цеха и помещается в электродуговую или шахтную печь. Далее подаётся восстановитель (коксовая мелочь, отсев кокса и если есть, то нефтекокс) и температура поднимается до 1400 °С. В результате свинец и цинк отгоняются и переходят в возгоны с образованием ZnO и РbО. Для улавливания возгонов используются рукавные фильтры. Олово в этом случае идёт в шлак. Медь переходит в черновую медь, основа которой будет внизу. Её продувают, а оловянистый и частично цинксодержащий шлак собирают. Полученную черновую медь можно продать, подвергнуть последующему рафинированию и с помощью электролиза получить более чистую медь 98–99 %. Электролиз. В лабораторных условиях нами были испробованы и другие технологические схемы переработки. При растворении шлака (сплава) в кислотах установлено, что он растворяется полностью только в концентрированной азотной кислоте. По окончанию растворения, когда в растворе оказываются соединения меди, цинка, свинца, олова и др., чтобы осадить часть соединений к раствору необходимо небольшими порциями добавлять концентрированную серную кислоту до полного прекращения образования светло-серого осадка. В дальнейшем осадок промывается и анализируется. В результате 104

анализа в нём выявлены фазы CuSO4 и PbSO4. Разделение фаз проводилось водой комнатной температуры. При этом CuSO45H2O перешёл в раствор (образовался раствор медного купороса). В осадке, количество которого заметно уменьшилось, остался англезит – PbSO4. После этого отфильтрованный раствор медного купороса направлялся на электролиз (анод свинцовый, катод медный). Когда концентрация ионов Сu2+ в растворе мала, то на катоде разряжаются ионы Н+ и оседает чистая порошковая медь коричнево-красного цвета. Второй способ получения меди осуществлён в результате электрохимического растворения. Из шлака (сплава) были сделаны растворимые аноды, а катодами служили медные пластины. При изменении катодной плотности тока от 500 до 700 А/м2 и выше на катоде происходило бурное выделение черновой меди. Сделанный рентгеновский количественный фазовый анализ подтвердил наличие на катоде самородной меди при незначительном количестве куприта Сu2О. Дальнейшая очистка меди от гемиоксида осуществлялась за счёт рафинирования. После этого в лабораторных условиях был испробован и третий способ извлечения меди. Собранный шлак измельчался и рассеивался на ситах, отделялась металлизированная фаза. Эта фаза помещалась в капролактамовую или винипластовую кассету, которая являлась растворимым анодом, по двум узким стенкам и дну которой внутри проходил U-образный титановый электрод, обеспечивающий хорошую проводимость между частицами шлака. В двух широких стенках были насверлены отверстия диаметром 3 мм. Катодом служила медная пластина. Электролит состоял из разбавленной серной кислоты, ионов меди и тиомочевины. Плотность тока в процессе эксперимента изменялась от 240 до 300 А/м2 , сила тока – в пределах от 150 до 200 А, напряжение составляло 0,3–0,4 В, температура электролита от 40 до 50 °С. На катоде происходило осаждение металлической меди. 3.3.2. Технология переработки шлаков В результате проведенных работ установлено, что наиболее приемлемым способом переработки отходов от бронзового литья с получением катодной меди является электролиз. Предлагаемая технологическая схема переработки отходов (рис. 3.12.) включает несколько последовательных операций. Получаемые при разных 105

плавках отходы — шлаки, представленные совокупностью чёрного пористого материала с различными по величине выделениями металлизированной фазы, подлежат сортировке.

106

ОТХОДЫ

СОРТИРОВКА

ОТХОДЫ БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ

ОТХОДЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗОЙ

На промышленные полигоны для захоронения

ДРОБЛЕНИЕ ДО 5 мм

РАЗДЕЛЕНИЕ

ОТХОДЫ БЕЗ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗЫ

ОТХОДЫ С МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ФАЗОЙ

На промышленные полигоны для захоронения ГРАВИТАЦИОННОЕ РАЗДЕЛЕНИЕ

Цинковые соединения

Латунные, бронзовые и медные сплавы

В специальные ёмкости для переработки цинка H2SO4 ЭЛЕКТРОЛИЗ МЕДИ

Шлак содержащий PbSO4 собирается в емкости

тиомочевина

Катодная электролитическая медь (99,9 %)

Рис. 3.12. Технологическая схема переработки отходов литейнометаллургического производства от бронзового и латунного литья 107

В результате сортировки происходит отделение пористой серой и чёрной части отходов, не содержащих видимых металлизированных включений, от другой части отходов, где металлизированная фаза во включениях доминирует. После этого шлаки (отходы) с металлизированной фазой, размеры которой варьируют в широких пределах, подлежат дроблению до 5 мм. Из полученного от дробления материала выделяют шлаки (отходы) без видимой металлизированной фазы и шлаки преимущественно с металлизированной фазой. Шлаки с металлизированной фазой направляются на концентрационный стол, где в результате гравитационного обогащения осуществляется их дальнейшее разделение в зависимости от содержания в них меди, обладающей из присутствующих металлов наибольшим удельным весом. Латунные, бронзовые и медные сплавы, отделившиеся в процессе гравитационного обогащения от цинковых соединений, объединяются вместе и направляются на электролиз. Основные характеристики процесса электролиза приводятся ниже. Используемый материал. В качестве материала были выбраны шлаки меднолитейного цеха от бронзового литья из разных плавок. В этих шлаках (табл. 3.5, 3.6), в отличие от других, отмечаются самые высокие содержания цветных металлов (меди, свинца, цинка). В них также присутствуют редкие (олово) и благородные (серебро) металлы. Распределение металлов при плавке в ковше у стенок и в центре неоднородное. Пробы, взятые со стенок ковша (табл. 3.5), характеризуются высокими содержаниями меди до 80 %, свинца до 9 % и цинка до 6 %. А в пробах, взятых из пены с центра и сверху ковша (табл. 3.6.), отмечаются по сравнению с предыдущими повышенные содержания цинка до 46 % и пониженны до 8–10 % меди, до 2–3 % свинца. Рентгеновским количественным фазовым анализом в шлаках установлены латунь СuZn модификации 12Н, цинкит ZnO, свинец (рис. 3.13), сплавы меди с цинком (рис. 3.14), тенорит СuО (рис. 3.15), мелилит (Са,Na)2[(Mg,Al)(Si,Al)2O7] отмечавшийся ранее (рис. 3.11) и виллемит Zn2Si04 (рис. 3.10). Этот шлак после сортировки, проведенной в соответствии с технологической схемой, использовался в электролизе. 108

Таблица 3.5 Химические анализы шлаков от бронзового литья (со стенок ковша), % Элементы

Номера плавок

Cu

Pb

Zn

Sn

Sb

Ag

1

80,27

7,64

5,92

2,81

Не опр.

Не опр.

2

80,37

7,62

5,92

Не обн. Не опр.

Не опр.

3

80,31

8,39

6,00

Не обн Не опр.

Не опр.

4

78,20

9,20

5,90

1,90

0,06

0,026 Таблица 3.6

Химические анализы шлаков от бронзового литья (с верха ковша с пены), % Номер а плавок

Cu

1

8,13

2,69 39,80 0,71 0,018 4,19 17,39 2,00

0,26

6,43

2

10,08

3,2

46,10 0,79 0,0075 4,55

6,83

0,85

0,08

8,21

3

25,14 3,45 39,73 1,45 0,025 3,59

1,10

0,16 0,014 6,20

Pb

Zn

Sn

Sb

Fe

SiO2 Al2O3 CaO

P2O5

Параметры для проведения электролиза на опытной установке. Сила тока для проведения экспериментов определяется, исходя из принятой катодной плотности тока, применяемой на различных предприятиях [53, 54, 55] при электролизе меди и внутреннего объёма имеющейся у нас для опытов ванны. Зная формулу нахождения внутреннего объема ванны V (м3) [47] I V= Ппьб, , (3.1.) Dк f где V – объем ванны, 0,05 м3; I – сила тока, А; Dк – катодная плотность, А/м2 (из опыта работ отечественных и зарубежных предприятий при электролизе меди рекомендуется брать от 170 до 240 А/м2 [61]; f – коэффициент эффективности использования ванны (м2/м3), т. е. рабочая площадь катодов, приходящаяся на 1 м3 объёма ванны; при электрохимическом рафинировании меди, свинца и олова f = 10–13; (принимаем 13), определяем силу тока для всех используемых ниже катодных плотностей: 109

Рис. 3.13. Дифрактограмма латуни, цинкита и свинца. Ltn – латунь, ZnO – цинкит, Рb – свинец

Рис. 3.14. Дифрактограмма свинца и сплава меди с цинком

110

Рис. 3.15. Дифрактограмма цинкита, латуни и тенорита. СuО – тенорит, ZnO – цинкит, Ltn – латунь

111

I=V×Dк×f 1) I1= 0,05 (м3)×170 (А/м2)×13 (м2/м3)= 110,5 (A); U1 = 0,294 (В); 2) I 2= 0,05 (м3)×190 (А/м2)×13 (м2/м3)= 123,5 (A); U2 =0,328 (В); 3) I 3=0,05 (м3)×200 (А/м2)×13 (м2/м3)=130 (A); U3=0,346 (В); 4) I 4=0,05 (м3)×220 (А/м2)×13 (м2/м3)=143 (A); U4= 0,380 (В); 5) I5=0,05 (м3)×240 (А/м2)×13 (м2/м3)=156 (A); U5 =0,415 (В). Напряжение на ванне зависит от ряда факторов, в том числе от плотности тока, состава электролита, природы и содержания поверхностно активных добавок, температуры электролита межэлектродного расстояния, качества анодной меди и др. Количество электродов в ванне определяется в зависимости от применяемой силы тока и катодной плотности по формуле [47, 56, 57]:

n=

I ;??;lllllllll 2hbD к

llllllll (3.2.)

где, n – количество одноименных электродов; h и b высота и ширина электрода, м. Таким образом, выполнив предварительные расчеты по определению силы тока, находим n: 110 .5( A ) n1 = ≈ 9,02 = 9шт. 2 × 0.18м × 0,2м × 170 А / м 2

n2 =

123,5( A ) ≈ 9,02 = 9шт. 2 × 0.18м × 0,2м × 190 А / м 2

n3 =

130,0( A ) ≈ 9,02 = 9шт. 2 × 0.18м × 0,2м × 200 А / м 2

n4 =

110 ,5( A ) 2 × 0.18м × 0 ,2м × 170 А / м 2

n5 =

156,0( A ) ≈ 9,02 = 9шт. 2 × 0.18м × 0,2м × 240 А / м 2

112

≈ 9 ,02 = 9шт .

Внутренние размеры ванны определяются размерами электродов, их числом, расстоянием между одноименными электродами 1Э (м), а также зазорами между кромками электронов, стенками и днищем ванны. Длина ванны рассчитывается по формуле [47, 56, 57]:

L = nl э + 2l т , nmj,k,kk,k,,, mnmbjk (3.3) где L – длина ванны; n – количество одноимённых электродов 4 шт.; lэ– расстояние между одноименными электродами 0,1 м; 1т – расстояние между крайним электродом и торцовой стенкой ванны равно 0,1 м. L=4×0,1м +2×0,1м =0,6 м; Ширина ванны определяется по формуле: N=bк+2lб ,

(3.4.)

где N – ширина ванны; bк – ширина катода 0,2 м; lб – расстояние между катодом и боковой стенкой ванны – 0,05 м. Высота ванны рассчитывается исходя из формулы: H=hк+hв+hн ,

(3.5.)

где Н – высота ванны, м; hк– высота катода 0,18 м; hв – расстояние от катода до верхней кромки ванны 0,05 м; hн – расстояние от катода до нижней кромки ванны 0,07 м. Н=0,18м+0,05м+0,07м=0,3 м. Состав электролита определяется экспериментально из многочисленных опытов электролитического рафинирования меди за рубежом и на наших крупнейших предприятиях [37, 47, 48, 53, 55]. В результате проведения лабораторных экспериментов нами для электролиза был выбран следующий оптимальный состав электролита: H2SO4 – 120 г/л, Сu+ – 40 г/л, тиомочевины – 5 г. Температура электролита в процессе электролиза поддерживалась в интервале 50–60 °С. Её дальнейшее повышение в процессе электролиза ведет обычно к заметному снижению величины электродной поляризации. Увеличение концентрации серной кислоты хотя и 113

приводит к уменьшению расхода электроэнергии в результате повышения электропроводности раствора, но в то же время вызывает пассивацию анода. Количество осаженной на катоде меди определяется согласно первому закону Фарадея [56]: Q–kI τ ,

(3.6.)

где Q – количество металла осаждаемого на катоде; k – электрохимический эквивалент, который равен количеству вещества, образующегося при пропускании через электролит одного кулона или одного ампер-часа электричества (г/А.ч); I – сила тока (А); τ – время осаждения металла на электроде, ч; k=

A , z × 26,8

(3.7.)

где А – атомная масса; z – валентность восстанавливающего металла; 26,8 – постоянная Фарадея. Таким образом, k Cu =

63,546 = 1,18(г/ А⋅ч ). 2 × 26,8

Рассчитываем, какое количество металла будет осаждаться на катодах в зависимости от силы тока и продолжительности рабочего времени в ванне. Q1= 1,18 (г/А.ч)×110,5 (А)×20 (ч) = 2607,8 (г) ≈ 2,6 (кг); Q2 = 1,18 (г/А.ч)× 123,5 (А)×20 (ч) = 2914,6 (г) ≈ 2,6 (кг); Q3 = 1,18 (г/А.ч)× 130 (А)×20 (ч) = 3068 (г) ≈ 3 (кг); Q4 = 1,18 (г/А.ч)×143 (А)×20 (ч) = 3374,8 (г) ≈ 3,3 (кг); Q5 = 1,18 (г/А.ч)×143 (А)×8 (ч) = 1349,9 (г) ≈ 1,3 (кг); Q6 = 1,18 (г/А.ч)×156 (А)×20 (ч) =3681,6 (г) ≈ 3,6 (кг); Q7= 1,18 (г/А.ч)×156 (А)×8 (ч) = 1472,6 (г) ≈ 1,5 (кг); Q8 = 1,18 (г/А.ч)×156 (А)×24 (ч) = 4417,9 (г) ≈ 4,4 (кг); 114

Фактическое количество металла, полученное в результате экспериментов на опытной установке в зависимости от силы тока и продолжительности времени, приводится в таблице 3.8. Максимальное количество осажденного металла зависит от выхода по току и достигается при силе тока равной 156 А, и катодной плотности 240 А/м2. Удельный расход электроэнергии W (кВт·ч/т) затрачиваемый на электролиз, определяется по следующей формуле [47, 56, 57]: W = 10 3

Uв kη

,

(3.8.)

где Uв – напряжение на ванне, полученное в результате экспериментов (табл. 3.8.); k – электрохимический эквивалент для Сu2+ 1,18 (г/А ⋅ч) η – выход металла по току (табл. 3.8) 1. Для I=110,5 А, Uв=0,294 В, Dк=170 А/м2 W=103×0,294 В/1,18(г/А.ч)×0,91=273,7 (кВт·ч/т); 2. Для I=123,5 А, Uв=0,328 В, Dк=190 А/м2 W=103×0,328 В/1,18(г/А.ч)×0,93=298,8 (кВт·ч/т); 3. Для I=130 А, Uв=0,346 В, Dк=200 А/м2 W=103×0,346 В/1,18(г/А.ч)×0,94=311,9 (кВт·ч/т); 4. Для I=143 А, Uв=0,380 В, Dк=220 А/м2 W=103×0,380 В/1,18(г/А.ч)×0,94=342,5 (кВт·ч/т); 5. Для I=156 А, Uв=0,415 В, Dк=240 А/м2 W=103×0,415 В/1,18(г/А.ч)×0,94=374,1 (кВт·ч/т). Таким образом, в соответствии с проведенными расчетами и опытными данными получаем параметры электролиза на опытной установке (табл. 3.7). Повышение плотности тока в процессе электролиза позволяет увеличить количество осаждаемой на катоде меди, но ухудшает её качество за счет появления примесей и ведет к увеличению расхода энергии из-за возрастающего электросопротивления на участке между электродом и контактной шиной. 115

№ опыта

Таблица 3.7 Параметры для электролиза на экспериментальной установке Сила Напряжение Катодная Время тока U, В плотност осаждени I, А ь я Dк, A/м2 τ, ч

Кол-во осажденного металла Q, кг

1

110,5

0,294

170

20

2,6

2,3

91

2

123,5

0,328

190

20

2,9

2,7

93

3

130

0,346

200

20

3,0

2,8

94

4

143

0,380

220

20

3,3

3,1

94

5

156

0,415

240

20

3,6

3,3

94

теор.

практ.

Выход металла по току, %

Примечание: жирным шрифтом выделены оптимальные параметры.

Использование нестационарных режимов электролиза, в частности реверса тока, позволяет существенно снизить электродную поляризацию и опасность пассивации анодов и значительно повысить производительность труда. Характеристика основного технологического оборудования используемого при электролизе определяется исходя из возможностей завода. Электролизные ванны, опытные 0,05 м3 и производственные объёмом от 0,5 до 1,55 м3 изготовлены из нержавеющей стали, внутри футерованы винипластом, толщиной до 10 мм. Опытная ванная (рис. 3.16 и 3.17) имеет размеры: длина 600 мм, ширина 300 мм, высота 300 мм. Вдоль ванны по ее верхним краям на изоляторы укладывают медные шины (катодную и анодную) длиной 600 мм рассчитанные для силы тока 625 А. Количество медных шин на одну ванну составляет 4 (по две с каждой стороны). Между шинами для соединения используются медные прутки диаметром 6 мм и длиной 300 мм, по ширине ванны. Количество прутков на одну ванну составляет 9. На них подвешиваются аноды и катоды. Согласно расчётам, в опытной ванне необходимо иметь 4 анода и 5 катодов. 116

1

Рис. 3.16. Опытная электролизная ванна: 1 – Корпус ванны; 2 – Пластина медная – катод. ДПРЛТ 1×200×180 ГОСТ 495-02 «Листы и полосы медные»; 3 – Винилопластовая кассета – анод. ГОСТ 9639-71; 4 – Прутки медные диаметром 6 мм. ГОСТ 1535-91 «Прутки медные. Технические условия»; 5 – Изолятор ГОСТ 19797-85 «Изоляторы керамические опорные на напряжение свыше 1000 В. Для работы в помещении. Типы. Основные параметры и размеры»; 6 – Титановая пластина, изготовленная из титанового листа ГОСТ 22178-76Е «Листы из титана и титановых сплавов»; 7 – Шины медные (анод). ГОСТ 434-78 «Проволока прямоугольного сечения и шины медные для электротехнических работ»; 8 – Шины медные (катод). ГОСТ 434-78 «Проволока прямоугольного сечения и шины медные для электротехнических работ».

117

б)

Рис. 3.17. Виды опытной ванны: а) с торца; б) сверху

Рис. 3.18. Анодная кассета 118

Аноды представляют собой кассеты размером 170×150×15 мм, изготовленные из винипласта или капролактама толщиной 1,5–2 мм (рис. 3.18). По двум узким стенкам и дну кассеты проходит U-образный титановый электрод, в широких стенках кассеты размером (170×150 мм) по сети 20×20 мм в шахматном порядке высверливаются отверстия диаметром 3 мм. Кассеты заполняются раздробленным до 5 мм шлаком (сплавом), который сразу же и уплотняется. Катоды же представляют собой медные листы размером 180×180–200 мм, толщиной 1,5–2 мм, которые впоследствии в процессе электролиза наращиваются. Для того чтобы регулировать силу тока и снижать напряжение подбираются соответствующие амперметр и выпрямитель, имеющиеся на заводе. Электролит, при котором осуществляется электролиз, выбирается исходя из опытных работ и наших экспериментов, он учитывает скорость протекания процесса, время наращивания катодов и чистоту получаемого на катоде металла. Оптимальный состав электролита это сернокислый раствор (120 г/л H2SO4), в котором присутствуют ионы меди (до 40 г/л) и тиомочевины (3–5 г/л). Соотношение между ними рассматривались ранее. От подбора электролита в дальнейшем зависит чистота осажденной на катоде меди. Параметры для проведения промышленного электролиза на рабочей ванне объёмом 1,55 м3 Сила тока определяется исходя из выбранной в процессе наших экспериментов наиболее оптимальной катодной плотности тока (Dк= 190–220 А/м2), полученной при электролизе на опытной ванне (Vp–0,05 м3), межэлектродного расстояния, выхода по току и коэффициента использования ванны (f=13 м2/м3) и находится из формулы: I = D к ⋅f ⋅ V

I1=190 (A/м2) ×13 (м2/м3) ×1,55 (м3)=3828,5 (А), I2 =200 (A/м2) ×13 (м2/м3) ×1,55 (м3)=4030,0 (А), I3 =220 (A/м2) ×13 (м2/м3) ×1,55 (м3)=4433,0 (А). 119

Напряжение, зависит от плотности тока, состава рабочего электролита, межэлектродного расстояния между кассетой и пластиной и соответственно составляет (табл. 3.8): U1=0,33 В; U2= 0,35 В; U3= 0,38 В. Количество электродов в ванне определяется в зависимости от применяемой силы тока (I), катодной плотности (Dк), высоты (h) и ширины (b) одноименных электродов по формуле (3.2.): n= I/2h· b · Dк

n1 =

3828,5( A ) ≈ 23,9шт. 2 × 0,6м × 0,7м × 190А / м 2

n2 =

4030 ( A ) ≈ 23,9шт. 2 × 0,6м × 0,7м × 200 А / м 2

n3 =

4433( A ) ≈ 23,9шт. 2 × 0,6м × 0,7м × 220 А / м 2

Исходя из расчетов, принимаем 11 анодов, представляющие собой винилопластовые кассеты, заполненные шлаком, и 12 катодов, изготовленные из медных пластин. Внутренние размеры ванны (L – длина, N – ширина, Н – высота) определяются исходя из количества анодов (n), катодов, их размеров (b и h), расстояниями между одноименными электродами (lэ) и между крайним электродом и торцевой стенкой ванны (lт), между катодом и боковой стенкой ванны (lб), высоты катода (hк), расстояниями от катода до верхней кромки ванны (hв) и от катода до нижней кромки ванны (hн) по формулам (3.3, 3.4, 3.5): L=n· lэ+2lт L= 11×0,19м+2×0,1м=2,3 м ; N=bк+2lб N = 0,7 м+2× 0,1 м = 0,9 м; H=hк+hв+hн Н = 0,6м+0,05м+0,10м = 0,75 м. 120

В соответствии с опытными работами для производства промышленного электролиза подобрана оптимальная концентрация электролита: H2SO4 – 120 г/л, Сu – 40 г/л, тиомочевины – 5 г/т. Поэтому первоначально на одну рабочую ванну объемом 1,55 м необходимо 930 л воды, 80,6 л – концентрированной серной кислоты, 192,2 кг, медного купороса и 93 г тиомочевины. В процессе работы потребуется регенерация раствора и дополнительное количество реагентов. Расчетное количество осажденной за сутки на катодах ванны меди определяется по формуле (3.6.): Q=k·I·τ Q1= 1,18 (г/А.ч)×3228,5 (А)×24 (ч) = 108423 (г) ≈ 108 (кг); Q2= 1,18 (г/А.ч)×4030,0 (А)×24 (ч) = 114129 (г) ≈ 114 (кг); Q3= 1,18 (г/А.ч)×4433,0 (А)×24 (ч) = 125542 (г) ≈ 125 (кг); Таким образом, количество осажденной за сутки на одной ванне катодной электролитической меди с содержанием 99,99 % составит от 100 до 120 кг. Удельный расход электроэнергии W кВт·ч/т, затрачиваемый на электролиз, будет зависеть от внешнего напряжения на ванне, электрохимического эквивалента и выхода металла по току и согласно наших экспериментов оптимальный выход по току равен 93–94 % (табл. 3.7, 3.8). Исходя из этого удельный расход электроэнергии W на промышленной ванне согласно формуле (3,8) составит:

W = 10 3

U . k ⋅η

1) Для l=3828 A, U= 0,33 В, Dк = 190 А/м2 W=103×0,33/1,18(г/А.ч)×0,93=300,7 (кВт · ч/т) 2) Для l=4030 A, U= 0,35 В, Dк = 200 А/м2 W=103×0,33/1,18(г/А.ч)×0,94=315,5 (кВт·ч/т) 121

3) Для l=4433 A, U= 0,38 В, Dк=220 А/м2 W=103×0,38/1,18(г/А.ч)×0,93=346,2 (кВт·ч/т) В результате проведенных расчетов и опытных работ определены рабочие параметры промышленного электролиза для получения электролитической катодной меди из отходов, представляющих смесь спекшихся шлаков и сплавов от бронзового и латунного литья, образующихся на локомотивовагоноремонтном заводе (табл. 3.8). Таблица 3.8 Параметры промышленного электролиза на ванне 1,55 м3

Сила тока I, А

Расчетное ПрогнозиКатодная Напряжение количество руемый плотность металла в выход по U, В Dк, А/м2 год, кг току, %

Количество металла с учетом выхода по току, кг

3828

0,33

190

33 696

93

31 337

4030

0,35

200

35 568

94

33 433

4433

0,38

220

39 000

93

36 270

Выводы В процессе выполненных исследований на основе систематизации образующихся на локомотивовагоноремонтном заводе отходов, установлена схема обращения с отходами, которая позволяет регулировать утилизацию поступающих отходов и устанавливать их очередность в зависимости от спроса, на рынках сбыта. А также определять предельные размеры платы за загрязнение окружающей среды отходами в республике Бурятия [42]. Первоочередной утилизации подлежат отходы литейнометаллургического производства, для которых разработаны соответствующие способы и технологии. Из отходов 122

литейнометаллургического производства наибольшую ценность представляют шлаки-сплавы от бронзового и латунного литья, в которых отмечаются высокие содержания меди, цинка, свинца, олова и серебра. Установлено, что перерабатывать шлаки от бронзового и латунного литья с извлечением меди и других цветных металлов можно с помощью электролиза в гальваническом цехе завода, где для этого имеются все необходимые условия. Подобранные в результате экспериментальных работ оптимальные параметры электролиза (катодная плотность тока, состав электролита и др.), отработанная технология позволяют получить непосредственно на месте катодную электролитическую медь высокой чистоты (99,99 %) и рекомендовать её к использованию на заводе или экономически выгодно продавать.

123

4. ЗОЛОШЛАКОВЫЕ ОТХОДЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ 4.1. Характеристика шлаков Байкальского региона Предприятия Байкальского региона ежегодно получают сотни тысяч тонн угля из Черемховского, Азейского и Канско-Ачинского разрезов. В процессе сжигания углей образуется свыше 100 тыс. тонн золошлаковых отходов, которые в процессе пыления также загрязняют бассейн озера Байкал. Эти отходы пока не утилизируются и предприятия вынуждены платить за их размещение. Золошлаковые отходы, образующиеся при сжигании углей из разных разрезов и горизонтов, отличаются по своим экологотоксикологическим свойствам. Это позволяет относить их к различным классам опасности для окружающей природной среды (4-му классу малоопасных и к 5-му классу практически неопасных). В ближайшее время необходимо проведение экологических исследований для возможного отнесения части золошлаковых отходов 4-го класса малоопасных к 5-му классу практически неопасных отходов. Как показывают расчеты, это позволит сократить плату за их размещение в 16,6 раз. В то же время, необходимо предпринимать меры для их утилизации. Прежде всего, возросшие требования к экологической безопасности предприятий топливной энергетики, работающих на угольном сырье, вызывают необходимость всесторонней и углубленной оценки золошлаков. Утилизация золошлаковых отходов в ряде случаев возможна как комплексная. Определенный интерес представляет использование золошлаков для извлечения алюминия. В Германии долгое время существовал Рюдерсдорфский завод по получению глинозёма из зол углей. В Польше путем 124

бактериального выщелачивания золошлаков от сжигания углей разреза Турошове извлекаются такие элементы, как Ti, Be, Cu, Mn, As, V, Ga. Известны угли с промышленным содержанием урана, германия, скандия, золота, редких земель, ниобия и других элементов. В настоящее время разработаны и опробованы технологии извлечения урана, скандия, германия, галия и золота из углей и отходов (шлаков). В перспективе намечается получение и других микро- и макроэлементов. Рентабельность такой переработки будет выше, если извлекаться будут не единичные элементы, а их комплекс, включающий наиболее дорогостоящие редкие, редкоземельные и благородные металлы. Дальневосточным институтом [58] разработана серия строительных материалов, изготовленная на основе зол уноса и отвальных зол ТЭС (смешанные цементы, зольный кирпич, черепица, бетоны различного назначения, пористые заполнители и др.). В настоящее время на территории золоотвала ТЭЦ-2 (г. Владивосток) строится предприятие по комплексному использованию зол в составе золоёмких материалов общестроительного назначения: цех по производству газозолобетонных блоков марок 35, 50 с объемной массой 750–800 кг/м при содержании золы 80–85 %; цех зольного керамического кирпича марок 150, 200 с содержанием золы до 85 %; цех смешанного золоцементного вяжущего с содержанием золы до 90 %; цех золокерамической черепицы; цех золобетонной брусчатки и плит для дорожных покрытий, а также цех аглопорита из припечных шлаков. Таким образом, золы ТЭС могут служить сырьем для производства большой номенклатуры изделий. Основные направления использования золы в производстве строительных материалов следующие: - производство стеновых полнотелых блоков; - производство вяжущих веществ (портландцемент, шлакопортландцемент, гипсопуццоланово-цементное вяжущее, пуццолановый цемент, известково-зольный цемент и др.); - производство легких заполнителей для бетонов, которые возможно использовать и в качестве насыпной гранулированной теплоизоляции; 125

- добавка в бетоны (взамен части цемента, части песка, как микронаполнитель). Плавка золы энергетических углей плазматроном при температуре 3000–5000 °С и выше позволяет получить минеральное волокно. Плазмотермическая технология дает возможность организовать малоотходное производство с превращением органической части угля в идеальный синтез-газ, а минеральной – в разнообразные ценные металлы и их соединения. Полученный синтез-газ можно использовать для нужд небольших поселков, городов, для предприятий металлургического профиля при восстановлении металла из руды (вместо кокса) и для других целей. Если использовать безотходную технологию фракционирования золы тепловых электростанций, то из золы с содержанием угля до 25–30 % можно попытаться получить золу с содержанием угля 4–6 %. Выделенный при этом уголь использовать для последующего сжигания, а очищенную от угля золу (4–6 %) применять в строительстве, как заменитель цемента (до 50 % по массе) в качестве вяжущего низкой водопотребности. В Иркутской области используются следующие виды топлива: бурые угли, каменные угли и антрацит. Нами был проанализирован состав энергетических шлаков, образующихся в результате сжигания углей Канско-Ачинского бассейна котельными Ангасольского щебеночного завода. При сжигании твердого топлива из его минеральной части образуются зола и шлак, количества которых для разных видов топлива различны. Шлаки имеют размеры от 0,2 до 30 мм. В бурых углях зола и шлак составляют 10–15 %, в каменных – 3– 40 %, в антраците 22–30 %. Мелкие и легкие частицы, содержащиеся в золе в количестве 80–85 %, уносятся из топок дымовыми газами, образуя так называемую золу-унос. Более крупные частицы оседают на дно топки, оплавляются в кусковые шлаки. Энергетические шлаки различаются по составу и свойствам в зависимости от вида топлива и способа его сжигания. По данным химического анализа (табл. 4.1) главными компонентами шлака являются SiO2 и Аl2О3, содержание которых составляет 45,65 и 14,36 % соответственно. Концентрация CaО3 + FeO значительно меньше, чем обычно фиксируется в шлаках и равна 6,09 %. Такие 126

компоненты, как CaO, MgO (1,96 и 2,82 %) количественно сопоставимы с химическим составом реликтов пород, вмещающих месторождения углей. Высокие значения потерь при прокаливании (26,20 %) обусловлены присутствием в значительных количествах свободного углерода (в виде сажистого налета) в шлаке. В результате полуколичественного спектрального анализа (табл. 4.2.) установлено, что в энергетических шлаках содержание кремния в 2 раза, а алюминия в 1,5 раза выше по сравнению с углем и алевролитом, в то время как железа ниже в 3-6 раз. Такие элементы как Mg, Ca, Co, Ti, Na, Mo, Ge, Sn, Be, Ga, Y, Yb, Li, P изменяются незначительно. В отдельных пробах в шлаке концентрируется серебро в количестве до 0,00008–0,0001%. Минеральный состав шлаков зависит от состава и количества реликтов вмещающих пород в угле. В составе углей присутствует более 60 минералов. Основная масса минеральных компонентов углей большинства месторождений представлена глинистым веществом. Главным образом это минералы группы каолинита, иллита, в меньшей мере – монтмориллонита и хлорита, сосуществующие в виде изоморфных смесей. Реже отмечаются галлуазит, серицит, монотермит. Сульфиды представлены пиритом. В значительных количествах в углях встречаются карбонаты: кальцит СаСО3, и сидерит CaСО3 с примесью магнезита MgСО3, арагонита СаСО3 и анкерита Ca(Mg, Fe) (СО3)2. В углях также зафиксированы кварц и фосфаты. Среди минералов присутствуют и органоминеральные соединения, в том числе и кремнийорганические. Главными породообразующими минералами во всех пробах шлака являются кварц SiO2 49 %, плагиоклаз 35 %, слюда KAl2(AlSi3О10)(OH)2 9 % и техногенный муллит Al6Si2O13, в меньших количествах присутствуют хлорит (Mg, Fe)5Al(AlSi3О10)(OH)8, каолинит Al4(Si4О10)(OH)8 и карбонаты, отмечается магнетит Fe3О4 (рис. 4.1.). Характерными компонентами в энергетических шлаках являются аморфизованные минералы и стеклофаза, состав которой представлен нестехиометрическими соединениями в виде твердых растворов. В шлаках отмечается пресыщение ортосиликатов кальцием, что связано с недосыщенностью зольного вещества кремнием, поскольку пресыщение свойственно не только высококальциевым, но и глинозёмистым расплавам. 127

Составы стекол в шлаках свидетельствуют о существовании вполне определенных условий их формирования. В расплавах с повышенным содержанием СаО весь кремнезём стремится перейти в ортосиликаты кальция, тогда как MgO и Fe3O4 находятся в виде периклаза и магнетита. При сгорании угля в золе остаются радиоизотопы уран-радиевого и ториевого рядов, первоначально содержащиеся в исходном угле.

128

129

Таблица 4.1

Таблица 4.2 Результаты полуколичественного спектрального анализа энергетических шлаков, углей и вмещающих пород

Примечание: * – не определилось; п.п.п. – потери при прокаливании

Номер

Химический анализ шлаков котельных

Рис. 4.1. Дифрактограмма энергетического шлака проба А-1. Кв. – кварц, Мл. – муллит, Кл. – кальцит, Мг – магнетит

Удельная активность естественных радионуклидов в золошлаковой смеси согласно ГОСТ 25592-91 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов» [59], используемой для строительства жилых и общественных зданий, должна соответствовать требованиям п. 1.4 ОСП-72/87 Основных санитарных правил Минздрава СССР. Для того чтобы проверить имеющуюся золошлаковую смесь на предмет соответствия требованиям п. 1. 4 ОСП -72/87 был выполнен спектрорадиометрический анализ в специализированной на радиоизотопы лаборатории ФГУП «Сосновгеология». Содержание урана составляет 0,0072 %, тория – 0,0145 %. 130

Радиоизотопы концентрируются в золе, и поэтому в Иркутской области в ряде случаев зола имеет повышенную радиоактивность и содержание токсичных элементов, что вызывает необходимость тщательного изучения состава энергетических шлаков перед использованием их в промышленности и строительстве. Средние содержания элементов в углях Восточно-Сибирского региона приведены в табл. 4.2, а редких элементов в углях мира в табл. 4.3.

Элемент

Таблица 4.3 Средние содержания редких элементов в углях мира (Ершов, 2000)

La Ce Pr Nd Sm Eu Cd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Sc Hf Ta Rb Cs U Th

г/т 11,6 19,7 2,8 9,4 2,1 0,59 2 0,43 1,96 0,36 0,98 0,2 1,32 0,31 3,6 1,6 0,32 14,3 1,98 3,6 4,2 № 44 45

5

14 45 45

8

45

9

12

6

6

45 45 54 37 26 42 42 43 43

Примечание: № – количество угольных бассейнов или отдельных месторождений учтенных при расчетах

4.2. Технология изготовления стеновых полнотелых блоков В производстве золошлакового бетона все более широкое применение находят золы, шлаки и золошлаковые смеси взамен тяжелых заполнителей природного происхождения (песка, гравия и щебня). С применением золы, золошлаковой смеси и шлака на цементном вяжущем заполнителе могут изготавливаться бетоны марок по прочности М 50, М 500 и по морозостойкости F-50, F-300 следующих видов: тяжелый или легкий с добавкой золы взамен части цемента, а также части цемента и части заполнителей; мелкозернистый на золошлаковй смеси (плотностью 1800–2200 кг/м2) взамен мелкого природного песка и др. 131

Введение оптимального количества золы или золошлаковой смеси в бетоны улучшает удобоукладываемость, снижает усадку и водопроницаемость, обеспечивает требуемую прочность и высокую морозостойкость. Золошлаковые бетоны применяют в различных областях строительства, за исключением сооружения верхнего слоя покрытия автомобильных дорог и аэродромов, пролетных строений мостов, оболочек градирен и отводов вытяжных труб, гидротехнических сооружений в частях, подвергающихся поперечному замораживанию и оттаиванию, а также для конструкций, армированных термически упрочненной сталью, склонной к коррозионному растрескиванию. Одной из целей нашей работы являлась разработка технологии изготовления полнотелых стеновых камней с использованием в качестве заполнителя шлаков котельных, включающая в себя подбор оптимального состава бетонной смеси; проведение испытаний с опытными образцами шлакоблоков на предмет прочности, теплопроводности, водопоглощения и морозостойкости. Под камнем полнотелым (далее блок полнотелый) понимают камень стеновой без пустот или с технологическими пустотами для захвата изделия. Подбор состава бетонной смеси выполнялся в соответствии с ГОСТ 27006-86 «Бетоны. Правила подбора состава» [17]. В качестве вяжущего использовался цемент Ангарского цементного завода марки ПЦ 500-ДО-Н. Основные физико-механические свойства портландцемента были определены ранее при разработке технологии изготовления стеновых пустотелых блоков с применением отсева щебня Ангасольского карьера. В результате проведенных испытаний установлено, что портландцемент ПЦ 500ДО-Н отвечает требованиям ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» [35] и может использоваться в бетонах. Все физико-механические характеристики шлаков котельных определялись в соответствии с ГОСТ 25592-91 «Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов» [58]. Настоящий стандарт распространяется на золошлаковые смеси (ЗШС), образующиеся на тепловых электростанциях при совместном гидроудалении золы и шлака в процессе сжигания 132

углей в пылевидном состоянии и применяемые в качестве компонента для изготовления строительных растворов. Зерновой состав ЗШС определяли в соответствии с ГОСТ 8735; насыпную плотность и плотность зерен шлаковой составляющей в сухом состоянии по ГОСТ 310.2; влажность ЗШС по ГОСТ 8735. Результаты испытаний приведены в таблице 4.4 Таблица 4.4 Основные свойства золошлаковой смеси № п/п

Наименование показателей

Нормативные требования

Фактически е результаты

1

Насыпная плотность, кг/м3

-

910

2

Влажность, %

< 15 % по массе

25

Зерновой состав: – максимальный размер зерен 10 мм для пустотелых шлака шлаковой сокамней, 20 мм для ставляющей, мм; полнотелых камней; 3

40

– содержание шлаковой составляющей, % по массе;

от 50 до 90

79

– содержание шлакового щебня в шлаковой составляющей, % по массе.

< 20

55

4

Тип золошлаковой смеси

-

крупнозерн истая

5

Плотность зерен шлаковой составляющей, кг/м3

640

Согласно ГОСТ 25592-91 золошлаковая смесь должна иметь влажность не более 15 %, но по согласованию с Заказчиком работ допускается ЗШС с большей влажностью, при условии, что готовые изделия отвечают нормативным требованиям. 133

В результате подбора составов бетонной смеси был выбран наилучший с расходом на 1 м3 бетонной смеси цемента – 300 кг; ЗШС – 990 кг; воды – 353 л, из которого в лабораторных условиях изготовили стеновые блоки размером 390 ×190×188 (мм). После изготовления были проведены определения прочности, теплопроводности, морозостойкости. Результаты испытаний приведены в таблицах 4.5–4.7. Таблица 4.5 Результаты определения прочности бетона по ГОСТ 10180-90 Возраст Площадь Дата Дата № Разрушающая образцо поперечного изготовления испытаний п/п 2 нагрузка, кгс в, сут. сечения, см образца

Прочность, МПа

Примечание

образ среднее ца

1

8.10.03

5.11.03

28

100

9387

9,1

2

8.10.03

5.11.03

28

100,3

10345

2 10,0 10,15 99,5 кг/см

3

8.10.03

5.11.03

28

99,5

10572

10,3

Заключение: Образцы бетона на золошлаковой смеси по прочности на сжатие соответствуют марке бетона 100

Таблица 4.6 Результаты ускоренного определения морозостойкости бетона по ГОСТ 10060.3-95 Объем Заданна Фактич № Дата Дата Возр Размеры Показатели еская п/п изготов испытан аст образца, см образц я морозостойкости а, марка ления ий обра марка см3 по образца зцов, по морозо сут. морозос a b h n, см Q M цикл стойко тойкост сти и

1 8.10.03 8.11.03

2 8.10.03 8.11.03

1 10,0 9,95 10 1000 мес. 5 1

9,95 10,08 10 1003

134

По факту По

4,044 4,044×10-3

-

-

4,044 4,044×10 4,044×10-3 F 75

мес.

3 8.10.03 8.11.03

1 9,97 9,98 10 мес.

факту

995

135

По факту

4,044 4,044×10

-

-

Таблица 4.7 Результаты испытаний бетона на теплопроводность по ГОСТ 7076-99 методом теплового потока Среднее значение

Частное Дата Плотность значение Дата Толщина № изготовлен коэффициен испытан образца, теплопровод Примечание п/п ия материала, та ности, ий мм 3 образца кг/м теплопрово Вт/м °С дности, Вт/м °С

1 2

8.10.03 5.11.03 8.10.03 5.11.03

23,8 24,2

1235 1200

0,299 0,180

0,226

3

8.10.03 5.11.03

25,0

1242

0,200

-

Для сравнения: бетон на доменных гранулиров анных шлаках λ=0,47 Вт/м °С

Таким образом, по результатам проведенных испытаний подобран оптимальный состав бетона для изготовления стеновых полнотелых блоков с применением золошлаков котельных, образующихся в результате сжигания Канско-Ачинского угля со следующими физико-механическими характеристиками: марка бетона М 100 (табл. 4.5); марка морозостойкости F-75 (табл. 4.6); коэффициент теплопроводности λ 0,226 Вт/м °С (табл. 4.7); водопоглощение 9,7 %. Широкое вовлечение золошлаковых отходов различных предприятий, рассредоточенных в бассейне озера Байкал, в производство, даже для изготовления стеновых полнотелых блоков, позволит значительно снизить антропогенное загрязнение озера от промышленных отходов.

136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ За счёт разработки экологически чистых способов переработки карьерных отходов и безопасности утилизации металлосодержащих шлаков, решена задача по снижению влияния антропогенных факторов на бассейн озера Байкал, что позволяет сделать следующие основные выводы: Проведенный нами комплексный эколого-токсикологический анализ отсева щебня одного из щебеночных заводов, расположенного вблизи озера Байкал, позволил отнести его к 5-му классу практически неопасному, снизить платежи за размещение отсева в 16,5 раз и рекомендовать его к широкому использованию в строительстве и промышленности без ограничения, что дает возможность сократить до 50 % отчуждаемых земель, занятых отходами в бассейне оз. Байкал. Выполненные исследования позволили дифференцированно подойти и к изучению отходов щебеночного завода. Из всех отходов наибольшую площадь на территории завода 12–15 га занимают отвалы отсева щебня, количество которых продолжает расти. Они постоянно пылят и требуют скорейшей утилизации и переработки. Детальное изучение состава отсева щебня, позволило установить, что содержания химических элементов в отсеве находятся в пределах фона и близки к средним «кларковым» значениям, преобладающих в районе пород – окварцованных гранодиоритов. Токсикологические эксперименты свидетельствуют о нетоксичности свежего отвала. Следовательно, данный отсев согласно требованиям ГОСТ 30108-94 может быть отнесен к строительному материалу 1-го класса, пригодному к широкому использованию во всех видах промышленного строительства. Предложено несколько способов переработки отсева. Отработана технология производства тротуарной плитки из подвижной бетонной смеси на виброплощадке СМЖ-539. Кроме тротуарной плитки на ней можно изготавливать облицовочные плиты для стен и пола. Разработана технология изготовления пустотелых строительных блоков методом полусухого вибропрессования на установке «Рифей-5», которая представляет собой компактную механизированную высокопроизводительную линию. На линии помимо стеновых пустотелых блоков можно изготавливать полнотелые и перегородочные стеновые камни, облицовочные 137

камни, элементы, благоустройства, тротуарную плитку различной конфигурации и др. На технологической линии «Тэнсиланд» с использованием в качестве заполнителя отсева отформованы железобетонные плиты перекрытия марки ПБ 60-12-8. Отходы горных пород (гранодиоритов), представляющие крупные блоки, образовавшиеся при взрыве в карьере, рекомендуется использовать в качестве облицовочного материала в строительстве. Отполированные породы микрогаббро пригодны для изготовления различных изделий (настольные письменные приборы, шкатулки и др.). Разработан проект производственного участка по переработке отходов для Ангасольского щебеночного завода. Изучен фазовый состав металлосодержащих шлаков литейнометаллургических производств, в результате которого выявлены группы техногенных фаз, существенно отличающиеся от природных ассоциаций, которые встречаются в рудных месторождениях. Шлаки чугунолитейного производства характеризуются присутствием техногенных силикатов (изоструктурных с природными минералами акерманитом, геленитом, параволластонитом и рентгеноаморфной стекловидной массой). Шлаки сталелитейного производства подразделяются на три группы: в первой группе шлаков преобладают минералы гематит, магнетит, железистый хлорит; во второй – диопсид, монтичеллит, восстановленное самородное железо; в третьей группе – монтичеллит, кирштейнит, глаукохроит, форстерит, восстановленное железо, периклаз и кварц. Шлаки первой группы могут быть вовлечены в переработку вторично, шлаки второй группы – только после предварительного дробления и магнитной сепарации (для отделения восстановленного железа от силикатов). Шлаки третьей группы, содержащие тугоплавкие силикаты Fe, Mn, Mg, направляются на переработку с извлечением полезных компонентов после введения соответствующих флюсов. Шлаки меднолитейного производства от бронзового литья состоят из латуни, цинкита, тенорита, виллемита, восстановленных самородных свинца и меди, мелилита и кварца. На 90 % они представлены плотными неоднородными по составу кусками сплавов, ковкими, плохо поддающимися дроблению. Их необходимо перерабатывать непосредственно на заводе, где имеются гальваническое отделение, электролизный цех и необходимые очистные сооружения. 138

Установлено, что оптимальным способом переработки металлосодержащих шлаков от бронзового литья с получением чистой электролитической меди является электролиз. Эффективность проведения его определяется подобранным составом электролита: 120 г/л H2SО4, 40 г/л Сu и 3–5 г/т NH2CSNH2; температурой электролита 50–60 °С, соответствующими электродами (анодами и катодами). Анод представляет собой винилопластовую или капролактамовую кассету, внутри которой по узким стенкам и дну проходит титановый электрод, в широких стенках диаметром 5 мм насверлены отверстия. Катодом являются медные листы, которые в процессе электролиза наращиваются. Электрические параметры для проведения электролиза зависят от размера ванны. Для ванны объемом 1,55 м при катодной плотности тока 190, 200 и 220 (А/м2), сила тока соответственно будет 3828, 4030 и 4433 (А), а напряжение на ванне 0,33; 0,35 и 0,38 (В). Количество осажденной или извлеченной меди за один год на одной ванне составит порядка 33 тонн. Предложены различные способы утилизации энергетических шлаков и разработана технология изготовления из них стеновых полнотелых блоков. Проведена оценка пылевой нагрузки в бассейне оз. Байкал, которая значительно превышает нагрузку в Иркутске и Ангарске. Чтобы сохранить Байкал в надлежащем состоянии для наших потомков, надо уже сегодня думать о том, как минимизировать антропогенное загрязнение окружающей среды предприятиями, расположенными в его бассейне. Сделать это можно лишь в том случае, если отходы предприятий своевременно утилизировать и перерабатывать.

139

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кальнер В. Д. Отходы или доходы // Экология и промышленность России. – 1997. – № 9. – С. 1. 2. Саркисов П. Д. Отходы различных производств – сырье для получения строительных материалов // Экология и промышленность России. – 2001. – № 3. –С. 4–6. 3. Молотов B. C., Хахинов В. В., Намсараев Б. Б. Техногенное загрязнение реки Селенги – основного притока озера Байкал // Экология и промышленность России. – 2003. – № 7. – С. 22–23. 4. Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию. Утверждена Указом Президента Российской Федерации от 4 апреля 1996 г. № 440, 1996. – 20 с. 5. Вторичные материальные ресурсы цветной металлургии : справочник. – М. : Экономика, 1984. – 151 с. 6. Вторичные материальные ресурсы чёрной металлургии : справочник : в 2 т. – М. : Экономика, 1986. Т. 1. – 228 с. ; Т. 2. – 343 с. 7. А. с. 106719 / Д. И. Лисовский, Л. Л. Чермак. Способ извлечения цветных металлов из шлаков // Бюл. Изобр., 1957, 5, 58. 8. А. с. 106 8522. СССР / В. А. Козлов, Н. В. Долганова, В. Т. Калита. Способ рафинирования черновой меди // Открытия. Изобретения, 1984, № 3. – С. 88. 9. А. с. 124 4201. СССР / В. А. Козлов, Н. В. Долганова, В. Т. Калита, Б. М. Тесленко // Способ рафинирования меди // Открытия. Изобретения, 1986, № 26. – С. 32. 10. Патент 2116366 РФ, МКИ 6 С 22 В 15/00. Способ извлечения меди пирометаллургическим методом / А. А. Филиппенков, В. Т. Цикарев, В. Н. Смирнов. – № 93039212/02; Заявл. 30.07.93; Опубл. 28.05.97. Бюл. № 21. 11. Патент 2081195 РФ, МПК 6 С 22 В 5/00. Способ непрерывной переработки смешенного медьсодержащего сырья / В. А. Генералов и др. – № 95113748/02; Заявл.16.08.95; Опубл. 10.06.97. Бюл. № 16.

140

12. Худяков И. Ф., Дорошкевич А. П., Карелов С. В. Металлургия вторичных цветных металлов. – М. : Металлургия, 1987. – 528 с. 13. Худяков И. Ф. и др. Электрохимическое разделение меди и олова из вторичных сплавов на медной основе // Цветные металлы. – 1989. – № 4. – С. 44. 14. Патент № 1245141 ФРГ, МКИ С 25 С1/16. Способ электролитического извлечения меди и цинка из отходов, содержащих олово / А. Г. Артемьева, Ю. П. Купряков, А. И. Артемьев. – № 4669564/27, Заявл. 01.01.72, Опубл. 30.03.89. 15. Баранов А. Н., Тимофеева С. С. Пирометаллургический способ извлечения металлов из отходов гальванического производства // Изв. ВУЗов. Цв. Металлургия. – 1995. – № 1. – С. 27–29. 16. Вандраш Д. В. Основные технологии обезвреживания отходов в Польше // Ресурсосберегающие технологии. ЭИ/ВИНИТИ. – 2000. № 23. – С. 18–21. 17. ГОСТ 27006-86 Бетоны. Правила подбора состава. 18. ГОСТ 7076-99 Материалы и строительные изделия. 19. Powder Diffraction Fill. Search Manual Hanawalt method. Inorganik, ICPDS. Swarthmore, Pennsylvania, USA, 1982. 20. Виноградов А. Л. Среднее содержание химических элементов в главных типах изверженных горных пород земной коры // Геохимия. – 1962. – № 7. – С. 555–571. 21. Лесников Л. А. Методика определения влияния вод из природных водоемов на Daphnia magna Straus // Методика биологических исследований по водной токсикологии. – М., 1971. – С. 12. 22. Теория металлургических процессов / под ред. Лопухова Г. А. Т. 4. – Л., 1978. – С. 27. 23. Трубицын Н. Б. Термическое обезвреживание промышленных отходов, содержащих токсичные вещества // Экология и пром. России. – 1999. – № 11. – С. 16–18. 24. Чурсин Д. А., Фёдорова Н. В., Рогова В. П., Скворцов В. А. Минеральный состав твердофазных частиц аэрозолей в городах Иркутской области // VII Рабочая группа : Тез. докл. – Томск : Изд-е Ин-та Оптики атмосферы СО РАН, 2000. – С. 34. 141

25. Чурсин Д. А., Фёдорова Н. В., Рогова В. П., Скворцов В. А. Минеральный состав твердофазных частиц аэрозолей в золоотвалах и отвалах отсева щебёночного завода // VII Рабочая группа : Тез. докл. – Томск : Изд-е Ин-та Оптики атмосферы СО РАН, 2000. – С. 34–35. 26. Рогова В. П., Киселев В. Я., Федорова Н. В., Чурсин Д. А., Скворцов В. А. Минералого-геохимический состав аэрозолей Южного Прибайкалья и дополнение к аналитической части методики снегогеохимической съемки. IX Рабочая группа : Тез. докл. – Томск : Изд-е Ин-та Оптики атмосферы СО РАН, 2002. – С. 36–37. 27. Приказ МПР РФ от 15 июня 2001 г. № 511 «Об утверждении критериев отнесения опасных отходов к классу опасности для окружающей природной среды». 28. Домокеев А. Г. Строительные материалы : учеб. пособие для строительных вузов. 2-е изд. перераб. и доп. – М. : Высш. шк., 1989. – 485 с. 29. Наназашвили И. Х. Строительные материалы, изделия и конструкции: Справочник. – М. : Высш. школа, 1990. – 495 с. 30. Паримбетов Б. П. Строительные материалы из минеральных отходов промышленности. – М. : Стройиздат, 1978. – 200 с. 31. Информационный журнал-каталог «Сделано в Москве». Вып. «Декоративный бетон. Оборудование для производства». – М. : Наука и промышленность, 2001. – 152 с. 32. ГОСТ 8735-88 Песок для строительных работ. Методы испытаний. 33. ГОСТ 26633-91 Бетоны тяжелые и мелкозернистые. 34. ГОСТ 310.1 -76; 310.3 -76; 310.4-81 Цементы. Методы испытаний. 35. ГОСТ 10178-85 Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия. 36. ГОСТ 18195-86 Бетоны. Правила контроля прочности. 37. Баженов Ю. М. Способы определения состава бетона различных видов. – М. : Стройиздат, 1975. – 272 с. 38. ГОСТ 10060.4 -95 Бетоны. Методы определения морозостойкости. 39. ГОСТ 6133-99 Камни бетонные стеновые. 142

40. Каковский И. А., Набойченко С. С. Термодинамика и кинетика гидрометаллургических процессов. – Алма-Ата : Наука АН Каз. ССР, 1986. – 267 с. 41. Предельно-допустимые концентрации химических элементов в окружающей среде : справочник / сост. Г. Л. Беспамятов, Н. А. Кротов. – Л. : Химия, 1985. – 528 с. 42. Постановление Правительства Республики Бурятии № 76 от 18.03.97 О взимании платы за загрязнение окружающей природной среды на территории Республики Бурятия. – Улан-Удэ, 1997. 43. Порядок определения платы и её предельных размеров за загрязнение окружающей природной среды, размещение отходов, другие виды вредного воздействия. Утвержден постановлением правительства Российской Федерации от 28 декабря 1992 г. № 632. 44. Аргучинцев В. К., Аргучинцева А. В., Макухин В. А. Численное моделирование распространения твердых взвесей от промышленных предприятий в Южном Прибайкалье // География и природные ресурсы. – Новосибирск : Наука, 1995. № 1. – C. 152– 158. 45. Попель С. И. Металлургические шлаки и их применение в строительстве. – М. : Гостройиздат, 1962. – 78 с. 46. Охрана окружающей среды и экологическая безопасность на железнодорожном транспорте: учеб. пособие // под ред. проф. Зубрева Н. И., Шарповой Н. А. – М. : УМК МПС России, 1999. – 592 с. 47. Баймаков Ю. В., Журин А. И. Электролиз в гидрометаллургии. – М. : Металлургиздат, 1963. – 616 с. 48. Баранов А. А. и др. Технология вторичных цветных металлов и сплавов. – Киев : Высш. шк., 1988. – 161 с. 49. Ванюков А. В. Металлургия цветных металлов. – Челябинск : Металлургия,1988. – 432 с. 50. Купряков Ю. П. Шлаки медеплавильного производства и их переработка. – М. : Металургия, 1987. – 200 с. 51. Переработка металлургических шлаков предприятий Уральского горнометаллургической компании с извлечением меди, железа, драгметаллов / Видуецкий М. Г., Клячин В. В., Корюкин Е. Б. и др. // Экологические проблемы промышленных регионов / 143

Правит. Свердл. Обл.; ОАО Урал. Ин-т металлов. – Екатеринбург, 2003. –С. 364–365. 52. Переработка металлургических шлаков и безотходная технология в металлургии / М. И. Панфилов, Я. Ш. Школьник, Н. В. Орнинский и др. – М. : Металлургия, 1987. – 238 с. 53. Мазурчук Э. Н., Макарова А. Н. Развитие процесса электролитического рафинирования меди за рубежом. – М. : Цветметинформация 1983. – 68 с. 54. Набойченко С. С., Смирнов В. И. Гидрометаллургия меди. – М. : Металлургия, 1974. – 232 с. 55. Набойченко С. С, Худяков И. Ф. О выборе условий сернокислотного растворения меди // Цветные металлы, 1982, № 11. – С. 32–34. 56. Набойченко С. С. Лобанов В. Г. Практикум по гидрометаллургии : учеб. пособие для ВУЗов по специальности «Металлургия цветных металлов». – М. : Металлургия, 1992. – 336 с. 57. Набойченко С. С., Юнь А. А. Расчеты гидрометаллургических процессов : учеб. пособие для вузов по направлению «Металлургия» и специальности «Металлургия цветных металлов». – М. : МИСИС, 1995. – 427 с. 58. Антропова В. А., Фалалеева Н. А., Ефименко Ю. В. Строительные материалы из отходов промышленности Дальнего Востока. Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности // Доклады и тезисы из докладов III Всероссийской научнопрактической конференции с международным участием. Т. 3. – СПб. 1998. – С. 56–59. 59. ГОСТ 25592-91 Смеси золошлаковые тепловых электростанций для бетонов.

144

Научное издание

В. А. Скворцов, Д. А. Чурсин, В. П. Рогова, Н. В. Федорова

СНИЖЕНИЕ ЗАГРЯЗНЕНИЯ БАССЕЙНА ОЗЕРА БАЙКАЛ ЗА СЧЕТ ПЕРЕРАБОТКИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

ISBN 978-5-9624-0198-0 Редактор Э. А. Невзорова Компьютерная верстка А. В. Врон Дизайн обложки: М. Г. Яскин Подписано в печать 29.08.07. Формат 60х90 1/16. Бумага Sveto Copy. Печать трафаретная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 7,4. Уч.-изд. л. 4,3. Заказ 68. Тираж 100. Издательство Иркутского государственного университета 664003, г. Иркутск, бульвар Гагарина, 36 Тел.: (8-3952) 241-436; e-mail: [email protected] 145