Другие файлы / УСР №3-3

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

УО «БАРАНОВИЧСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ФАКУЛЬТЕТ ПЕДАГОГИКИ И ПСИХОЛОГИИ

УСР №3

по дисциплине «Основы природопользования»

на тему «Воздействие на окружающую среду

производства строительных материалов»

Подготовила

студентка 4 курса

группы ГЭ-41

Бордюк Я.В.

Барановичи, 2018 г.

Производство цемента и асбеста

Экономический потенциал государства во многом зависит от уровня развития цементной отрасли. Высококачественный бетон, выпускаемый специализированными заводами, используется при строительстве жилых домов и объектов промышленного назначения, дорог, гидротехнических и других сооружений. Однако в процессе его производства вырабатывается большое количество жидких, газообразных и твердых отходов, оказывающих негативное воздействие на состояние окружающей среды и здоровье человека. Справиться с этой проблемой позволяют только современные технологии утилизации и рекуперации отходов. Поэтому в штате каждого современного цементного завода состоят профессиональные экологи.

Цемент не является природным материалом. Его изготовление – процесс дорогостоящий и энергоемкий, однако результат стоит того – на выходе получают один из самых популярных строительных материалов, который используется как самостоятельно, так и в качестве составляющего компонента других строительных материалов (например, бетона и железобетона). Цементные заводы, как правило, находятся сразу же на месте добычи сырьевых материалов для производства цемента.

Производство цемента включает две ступени: первая – получение клинкера, вторая – доведение клинкера до порошкообразного состояния с добавлением к нему гипса или других добавок. Первый этап самый дорогостоящий, именно на него приходится 70% себестоимости цемента. А происходит это следующим образом: первая стадия – это добыча сырьевых материалов. Разработка известняковых месторождений ведется обычно сносом, т. е. часть горы «сносят вниз», открывая тем самым слой желтовато-зеленого известняка, который используется для производства цемента. Этот слой находится, как правило, на глубине до 10 м (до этой глубины он встречается четыре раза), и по толщине достигает 0,7 м. Затем этот материал отправляется по транспортеру на измельчение до кусков равных 10 см в диаметре. После этого известняк подсушивается, и идет процесс помола и смешивания его с другими компонентами. Далее эта сырьевая смесь подвергается обжигу. Так получают клинкер. Вторая стадия тоже состоит из нескольких этапов. Это: дробление клинкера, сушка минеральных добавок, дробление гипсового камня, помол клинкера совместно с гипсом и активными минеральными добавками. Однако надо учитывать, что сырьевой материал не бывает всегда одинаковым, да и физико-технические характеристики (такие как прочность, влажность и т. д.) у сырья различные. Поэтому для каждого вида сырья был разработан свой способ производства. К тому же это помогает обеспечить хороший однородный помол и полное перемешивание компонентов. В цементной промышленности используют три способа производства, в основе которых лежат различные технологические приемы подготовки сырьевого материала: мокрый, сухой и комбинированный.

Мокрый способ производства используют при изготовлении цемента из мела (карбонатный компонент), глины (силикатный компонент) и железосодержащих добавок (конверторный шлам, железистый продукт, пиритные огарки). Влажность глины при этом не должна превышать 20%, а влажность мела – 29%. Мокрым этот способ назван потому, что измельчение сырьевой смеси производится в водной среде, на выходе получается шихта в виде водной суспензии – шлама влажностью 30-50%. Далее шлам поступает в печь для обжига, диаметр которой достигает 7 м, а длина – 200 м и более. При обжиге из сырья выделяются углекислоты. После этого шарики-клинкеры, которые образуются на выходе из печи, растирают в тонкий порошок, который и является цементом.

Сухой способ заключается в том, что сырьевые материалы перед помолом или в его процессе высушиваются. И сырьевая шихта выходит в виде тонкоизмельченного сухого порошка.

Комбинированный способ, как уже следует из названия, предполагает использование и сухого и мокрого способа. Комбинированный способ имеет две разновидности. Первая предполагает, что сырьевую смесь готовят по мокрому способу в виде шлама, потом её обезвоживают на фильтрах до влажности 16-18% и отправляют в печи для обжига в виде полусухой массы. Второй вариант приготовления является прямо противоположным первому: сначала используют сухой способ для изготовления сырьевой смеси, а затем, добавляя 10-14% воды, гранулируют, размер гранул составляет 10-15 мм и подают на обжиг.

Для каждого способа используется определенный вид оборудования и строго определенная последовательность операций.

Далее цемент фасуется в бумажные мешки по 50 кг. Отправка производится на автомобилях или по железнодорожной дороге.

Без цемента не обходится ни одно строительство, а это лучший показатель его высоких эксплуатационных характеристик.

Главные воздействия на окружающую среду при производстве цемента связанны со следующими факторами:

- Пыль (выбросы из дымовых труб и быстроиспаряющиеся компоненты);

- Газообразные выбросы в атмосферу (NO_x, SO₂, CO₂, другие);

- Другие выбросы (шум и колебания, запах, техническая вода, отходы производства и т.д.);

- Потребление ресурсов (энергия, сырье).

Пыль. Исторически, выбросы пыли (особенно от печей), как загрязняющий окружающую среду фактор цементного производства, вызывают наибольшее беспокойство.

В основном причиной выбросов пыли являются сырьевые заводы, печи для обжига, клинкерные холодильники, цементные мельницы. Основная особенность этих процессов, это то, горячий отработанный газ или отработанный воздух проходит через измельченный до состояния пыли материал, что приводит к образованию дисперсионной смеси газа и пыли. Основные свойства частиц зависят от исходного материала, а именно сырьевого материала, клинкера или цемента.

На данный момент доступны современные технические методы снижения пыли (электростатические осадители, фильтры), что снизило пылеобразование в цементной промышленности за последние 20 лет приблизительно на 90 %.

Пылеобразование из рассредоточенных источников на территории завода («сдуваемая пыль»), может происходить в результате хранения и погрузки, то есть в транспортной системе, складских запасах, во время движения подъемного крана, упаковки в мешки, и т.д., и в процессе транспортировки, во время движения транспорта по грунтовым дорогам.

Поскольку химический и минералогический состав цементной пыли подобен природному камню, ее воздействие на здоровье человека считается вредным, но не токсичным.

Снижение и контроль за пылеобразованием на современном цементном заводе нуждается в инвестировании и компетентных методах управления, но это уже не технические проблемы.

Выделение газов в атмосферу. Газообразные выделения от системы печей, выбрасываемые в атмосферу, являются проблемой номер один в борьбе с загрязнением окружающей среды при производстве цемента сегодня.

Основные газы, которые выбрасываються в атмосферу это – NO_x и SO₂. Другие менее вредные соединения – VOCs (летучие органические соединения), CO, аммиак, HCl, и тяжелые металлы.

CO₂ – газ, который в значительных количествах используется для отопления оранжерей, теплиц.

Формирование NO_x является неизбежным следствием высоко температурных процессов горения.

Сера, поступающая в печи вместе с сырьем и топливом, в значительной степени поглощается продуктами печи.

Однако, сера, содержавшаяся в сырье как сульфиды (или органические сернистые вещества) - легко улетучивается при низких температурах (то есть 400-600 °C), что может привести к значительным испарениям SO₂ через дымовые трубы. Другие легко испаряющиеся нежелательные вещества, поступающие в систему печей или эффективно разрушаются при высоко температурном горении, или почти полностью поглощаются продуктом.

Таким образом, неотъемлемой частью процесса в печах для обжига цемента есть незначительные выделения газов, таких как VOCs, HCl, HF, NH₃ или тяжелые металлы.

Наличие органических компонентов в природном сырье может существенно повысить уровень углеводорода и выбросы СО.

Выделение хлорсодержащих углеводородов типа диоксинов и фуранов обычно значительно ниже существующих предельных норм.

Другие летучие компоненты, такие как ртуть – тщательно контролируются, чтобы предотвратить нежелательные выбросы в атмосферу.

Как результат обжига исходного сырья и сгорания ископаемого топлива выделяется углекислота.

Выделение углекислого газа, как результат потребления топлива, было прогрессивно снижено в результате воздействия сильного экономического стимула к минимизации потребления топливной энергии.

Возможные варианты решения проблемы. Существует немало наименований эффективного оборудования и технологий, которые могут использоваться в цементном производстве для очистки жидких и газообразных отходов. Сюда относятся всевозможные фильтры, циклоны, скрубберы и т.д. Применяются и более совершенные технологии очистки, предлагаемые ведущими специалистами в сфере экологии. Например, достаточно перспективным является внедрение вакуумного оборудования для пылеуборки и пылеулавливания. Оно может устанавливаться на конвейерах, элеваторах, применяться в элеваторных ямах и бассейнах. Кроме того, с помощью вакуумного оборудования осуществляется удаление влажных загрязнений из накопительных бункеров, силосов, сточных колодцев дробилок и т.д. И это только один вариант утилизации отходов – существует множество других, также весьма эффективных, технологий. Только благодаря их внедрению владелец современного цементного завода может минимизировать риск негативного воздействия на окружающую среду и здоровье людей.

Асбестом именуется группа волокнистых минералов, которые способны расщепляться на самые тонкие гибкие волокна. Асбест имеет различный химический состав, согласно которому он относится к классу водных силикатов магния, железа, частично кальция и натрия. Кроме того, асбест также классифицируется по минералогии, признакам и кристаллической структуре на хризотил-асбест и амфибол-асбест.

В природе самым распространенным является хризотил-асбест. Данный минерал относится к группе серпентина. На его долю приходится 95% производства во всем мире. Если хризотил-асбест поместить под микроскоп, то можно увидеть строение поперечных срезов элементарных волокон. Как правило, они имеют трубчатую форму с внешним диаметром 26 нм, внутренним – 13 нм, а также толщиной стенок 6,5 нм. Асбест имеет разнообразный окрас: золотисто-желтый, зеленый, черный, а также белый.

Является очень плохим проводником, а также подвержен влиянию кислой среды. Имеет плотность, равную 2500 кг/м³, плавится при температуре порядка 1500°С.

Асбест содержится в горных породах, из которых может быть получен путем механической обработки на технологических линиях промышленного масштаба. Такие горные породы называются асбестовыми рудами и являются источником добычи асбеста. Единые требования к асбестовым рудам отсутствуют – технологические схемы обогащения на предприятиях, а также заданный сортамент продукции напрямую влияет на технические условия, устанавливаемые на асбестовых месторождениях. Залежи асбеста представляют собой, так называемые, жилы. Материал легко распадается на волокна, если воздействовать на него силой (например, ударить молотком).

Содержание асбеста в руде, а также состав волокна предопределяет качество руды. Состав определяется путем механического ситового анализа. Стоит отметить, что сорт асбеста тем выше, чем большую длину имеет его волокно.

Для изъятия асбестовой руды из земных недр используют карьеры или тоннели. Во время ее добычи применяется, в большинстве случаев, открытый способ. Однако, метод последовательного дробления руды и отсасывания волокна потоком воздуха, после чего материал попадает на перечистку и классифицируется, также имеет право на существование. Обычно данный метод применяется на обогатительных предприятиях.

Первые сведения о вреде асбеста для здоровья стали поступать после обследования сотрудников горнодобывающих шахт, которые тоже использовали в своей работе этот материал. У многих рабочих были выявлены различные патологии, признаки онкологических заболеваний и особенно часто проявлялись нарушения в работе бронхолегочной системы.

После многочисленных исследований Международное агентство по изучению рака в 1987 году обнародовало результат: приносит вред для здоровья асбест. Рак легких, мезотелиома, различные фиброзы, асбестозы различной степени тяжести и другие виды онкологических новообразований в организме человека появляются именно из-за воздействия амфибола.

Европейское сообщество было шокировано полученными результатами, поэтому сегодня во многих странах использование этого материала в производстве или строительстве категорически запрещено. Сразу после того, как информация о губительном для человека воздействии амфибола стала доступна общественности, в некоторых государствах начались всевозможные кампании по замене асбестосодержащих составляющих на конструкции из альтернативных материалов.

Для человеческого организма вредны не сами асбестовые изделия, а мелкие частицы этого минерала, находящиеся в воздухе в виде взвеси. Обычно взвешенное состояние мелкой асбестовой пыли можно наблюдать лишь на разработках месторождений, в некоторых технологических процессах различных производств или при разрушении старых построек. Чтобы получить зловредные частицы в бытовых условиях, потребуется целенаправленно измельчить асбестосодержащее изделие (тот же шифер). Тем не менее любые изделия с течением времени начинают разрушаться. В результате старения минеральные волокна расщепляются на мелкую пыль, она-то и может стать аллергеном для человеческого организма. Попадая в легкие, остается там навсегда губительный асбест. Вред для здоровья, врастая в ткани, он приносит колоссальный. Хотя первые признаки недомогания могут проявиться только через несколько лет. Известно, что у людей, входивших в контакт с такой пылью, различные онкологические образования в среднем возникали лишь через 7 лет, у многих больных проходил еще больший срок.

К сожалению, полностью исключить асбестосодержащие вещества из нашей жизни невозможно. Этот минерал в небольших количествах находится в почве, воздухе и воде. Сегодня по некоторым данным более миллиона рабочих разных отраслей промышленности все еще контактируют с вредоносным веществом вследствие невозможности его исключения из ведения технологического процесса.

Производство строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов

Получают керамические изделия путем спекания глины и смесей с органическими добавками. Иногда используют оксиды неорганических соединений. Первые такие изделия появились еще 5 000 лет назад. За это время технология производства существенно усовершенствовалась, и сегодня нам доступны высокопрочные керамические изделия. Они используются в строительстве для облицовки фасадов, полов, возведения стен и т. д.

Есть керамические изделия с плотным и пористым черепком. Ключевое отличие между ними заключается в том, что плотный черепок является водонепроницаемым. Это фарфоровые изделия, плитки для полов и т. п. Пористый черепок – черепица, керамический камень, дренажные трубы и другое.

Преимущества керамических материалов заключаются в том, что их запасы практически не ограничены. Наряду с простотой производства и высокой долговечностью такого изделия, сегодня оно является незаменимым в строительной сфере. Если брать стеновые материалы, то лидирующую позицию тут занимает именно глиняный кирпич.

Это же касается и керамической плитки, которая, несмотря на появление полимеров, не сдает позиции. Она все так же используется для оборудования помещений с повышенной влажностью и температурой. Среди облицовочных материалов первое место занимает керамзит.

За последние несколько лет на 4 % увеличилось производство пустотелого керамического блока и кирпича. Для их изготовления необходимы минимальные изменения на кирпичных заводах и фабриках, при этом затраты окупаются за первый год продаж. За рубежом пустотелая керамика уже давно заняла лидирующую позицию и продается гораздо лучше обычного кирпича.

Характеристика керамических материалов говорит о возможности использования глин в различных отраслях промышленности. Это привело к тому, что появился большой спрос, а, следовательно, выросло предложение. Заводы по производству в большинстве случаев работают по одной и той же схеме:

- добыча сырья;

- подготовка;

- формирование и сушка;

- обжиг и выпуск продукта.

Для минимизации затрат обычно фабрики возводят в непосредственной близости от месторождения глины. Добыча осуществляется открытым способом, то есть экскаватором. На следующем этапе выполняется подготовка массы. Сырье обогащается, дробится и перемешивается до однородной массы. Формирование будущего керамического изделия осуществляется мокрым и сухим способами. В первом случае массу увлажняют до 25 %, а во втором – не более 12 %.

Раньше часто использовалась естественная сушка. Однако результат зависел по большей части от погоды. Следовательно, в дождь или холод завод стоит. Поэтому используют специальные сушилки (газовые). Наиболее ответственным этапом является обжиг. Крайне важно соблюдать технологию, которая довольно сложна. Многое зависит и от охлаждения керамики. Не допускается резкий перепад температур, который может привести к искривлению плоскости. Только после этого можно продавать керамические материалы.

Теплоизоляционными называют строительные материалы и изделия, предназначенные для тепловой изоляции конструкций зданий и сооружений, а также различных технических применений. Основной особенностью теплоизоляционных материалов является их высокая пористость и, следовательно, малая средняя плотность и низкая теплопроводность.

Использование теплоизоляционных материалов позволяет уменьшить толщину и массу стен и других ограждающих конструкций, снизить расход основных конструктивных материалов, уменьшить транспортные расходы и соответственно снизить стоимость строительства. Наряду с этим при сокращении потерь тепла отапливаемыми зданиями уменьшается расход топлива. Многие теплоизоляционные материалы вследствие высокой пористости обладают способностью поглощать звуки, что позволяет употреблять их также в качестве акустических материалов для борьбы с шумом.

Теплоизоляционные материалы классифицируют по виду основного сырья, форме и внешнему виду, структуре, плотности, жесткости и теплопроводности.

Теплоизоляционные материалы по виду основного сырья подразделяются на неорганические, изготовляемые на основе различных видов минерального сырья (горных пород, шлаков, стекла, асбеста), органические, сырьем для производства которых служат природные органические материалы (торфяные, древесноволокнистые) и материалы из пластических масс.

Метод создания волокнистых масс или каркасов может быть применен в нескольких вариантах. Наиболее простой способ получения волокнистых масс заключается в соответствующем дроблении и механическом распушивании природных волокнистых материалов, например, асбестовых руд, всевозможных древесных пород и отчасти отходов слюдяного производства. Измельчение и распушивание асбестовых пучков производят на бегунах и голендерах с последующим разделением по сортности продуктов дробления. Древесные породы в виде долготья, щепы, некондиционного горбыля и других отходов деревообрабатывающей промышленности сначала подвергаются мелкой рубке, затем просеву, после чего пропариваются под давлением нескольких атмосфер. Распаренная щепа распушивается на отдельные волокна на дефибраторах. Из полученной таким способом древесноволокнистой массы в дальнейшем изготовляются древесноволокнистые плиты требуемой степени пористости.

Понятие геоэкологических рисков в современной литературе используется довольно часто. Но применение такой терминологии, как правило, связано с экономическими потерями при разработке месторождений или устройстве трубопроводов. Если понимать под геоэкологическими рисками произведение вероятности наступления аварийной ситуации на производстве и величины ущерба от этой аварии, то необходимо проводить их анализ и оценку при проектировании, эксплуатации производств различных строительных материалов.

Среди негативных воздействий следует выделить: санитарно-гигиенические аспекты воздействия волокон на организм человека, возможные эмиссии из связующих веществ, энергозатраты и выделения при сжигании топлива, возможные выделения в окружающую среду побочных продуктов. Все перечисленные воздействия следует учитывать на разных стадиях производственного процесса.

Проблема звукоизоляции жилых, производственных и офисных помещений с каждым годом становится всё более актуальной, что связано, прежде всего, с ростом числа источников шума, особенно в крупных городах. Спрос рождает предложение, и на рынке появляются новые звукоизоляционные материалы, технологии и решения.

Специфические виды шумов, присущие отдельным видам деятельности, их частота и громкость требуют различного подхода к проблеме звукоизоляции помещений, в том числе использования различных звукоизоляционных материалов и технологий.

Существует множество звукоизоляционных решений, а также материалов, обладающих звукопоглощающими свойствами. По сфере применения их можно подразделить на следующие категории.

— Это звукопоглощающие материалы, применяемые в качестве внутренней облицовки помещений для обеспечения требуемой акустики внутри помещения.

— Во вторую группу включают материалы для изоляции от структурного, в том числе ударного шума. В их число входит изоляция из каменной ваты, техническая пробка, кремнезёмное волокно.

— И, наконец, третья категория – материалы на волокнистой основе для защиты от воздушного шума, к примеру, изоляция из каменной ваты или войлок.

Для каких зданий и помещений предназначен тот или иной звукоизоляционный материал?

Рассмотрим несколько продуктов и конструкций, в которых они применяются.

При строительстве жилых, промышленных и офисных помещений для возведения стен, перегородок, плоских и скатных крыш с небольшим углом наклона может применяться строительный материал фибролит. Он производится из древесного или синтетического волокна и цемента, обладает плотностью от 208 до 570 кг на метр. Фибролит служит материалом для производства несъёмной опалубки, применяемой для каркасного домостроения. Один из его видов – акустический фибролит с коэффициентом звукопоглощения не менее 40% при минимальной толщине плиты. Он, в частности, используется для создания акустических потолков.

Фибролит изготовляется из тонких древесных стружек длиной до 50 см, которые связываются цементным раствором. Отливается эта масса в формы, в них же она связывается и в виде плит толщиной 50-80 мм фибролит поставляется потребителям для применения в строительстве в качестве теплоизоляционного материала. В технологии фибролита выделяются процессы получения стружки из древесины хвойных пород методом строгания. Лиственные породы не используются, поскольку в их древесине много сахаров, препятствующих схватыванию цемента. Для строгания, которое производится на станках с возвратно-поступательно движущимися ножами, закрепленными в суппорте, подбираются бруски с прямолинейным расположением волокон. Это одна из причин, почему производство фибролита не развивается: читатель помнит, что прямослойная хвойная древесина становится все более дефицитной. Следующая технологическая операция – смешивание стружек с цементным раствором. Для ее выполнения применяются специальные смесители. Цементно-стружечная смесь заполняет формы, движущиеся на конвейере. Формы могут быть деревянными или металлическими. Формы с находящейся в них массой укладывают примерно на 20-30 ч для приобретения будущей плитой так называемой распалубочной прочности. Затем происходит извлечение из формы плиты, т. е. ее распалубка. Формы возвращаются на конвейер, а плиты укладываются в стопы на 7-10 дней для завершения схватывания цемента.

Благодаря высокому, до 99%, коэффициенту звукопоглощения, большое распространение получили материалы из каменной ваты. В виде плит различной толщины они применяются для звукоизоляции помещений всех типов. Среди них есть универсальные материалы для повышения звукоизоляции стен, пола и потолков. Размещённые между стоечными профилями каркаса гипсокартонных стен плиты заметно повышают индекс звукоизоляции межкомнатных перегородок в офисе или квартире. Они также применяются при создании пола на железобетонном или балочном перекрытии. Для звукоизоляции потолка материал может быть смонтирован непосредственно на перекрытие под поверхностью подвесных или натяжных потолков.

Производство минеральной (базальтовой) ваты заключается в плавке горных пород при температуре 1500°С. После чего, жидкая лавоподобная масса с помощью центрифуги, специальных фильтров на основе платины или других тяжело плавких металлов и сильных воздушных потоков вытягивается в каменные волокна. Далее в полученные волокна добавляются различные водоотталкивающие добавки и пластификаторы, после чего, при температуре порядка 200°С происходит процесс полимеризации в результате чего оборудование для производства минеральной ваты выпускает готовые базальтовые плиты, которые разрезаются в соответствии с необходимыми размерами.

Влияние полимерных строительных и отделочных материалов на качество окружающей среды в процессе их эксплуатации

В настоящее время, довольно часто возникает вопрос об экологическом состоянии окружающей среды. При этом считается, что опасность исходит, прежде всего, от загрязнения атмосферного воздуха, воды, почвы, продуктов питания. И, как правило, забывается о том, что большую часть времени человек проводит в помещениях различного назначения.