Энерго- и ресурсосберегающие технологии производства строительных изделий на основе отходов промышленности. Методические указания для самостоятельной

УДК 666 ББК 38.3 Б 14

Рассмотрено на заседании кафедры технологии строительного про-

Рецензент: Кятов Н.Х. – канд. техн. наук, доцент, директор института Строительства и электроэнергетики СевКавГГТА.

Б 14 Багдасаров, А.С. Энерго- и ресурсосберегающие технологии производства строительных изделий на основе отходов промышленности: методические указания для самостоятельной работы студентов, обучающихся по направлению подготовки 27080.62 Строительство. Профиль «Промышленное и гражданское строительство» / А.С. Багдасаров. – Черкесск: БИЦ СевКавГГТА, 2013. – 20с.

Данные методические указания содержат основные теоретические и практические результаты научных исследований по утилизации промышленных отходов в России и за рубежом. Приводится практика утилизации промышленных отходов и эффективное направление решения данной проблемы. Предназначено для литературного обзора актуальности проблемы для выполнения исследовательских работ при подготовке бакалавров и для ИТР научно-исследовательских институтов и лабораторий предприятий промышленности строительных материалов, работающих в данном направлении.

УДК 666 ББК 38.3

© Багдасаров А.С., 2013 © ФГБОУ ВПО СевКавГГТА, 2013

2

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение………………………………………………………………4

1.Классификация отходов……………………………………………6

2.Пути образования промышленных отходов………………………9

3.Исследования по утилизации фосфогипсовых отходов в технике и строительстве……………………………………………………….11

4.Практика утилизации фосфогипса в нашей стране и за рубежом Литература…………………………………………………………….15

3

В В Е Д Е Н И Е Утилизация многотоннажных отходов промышленности и умень-

шение экологического воздействия на окружающую среду - важнейшая задача современного материаловедения. Одно из направлений решения данной задачи - использование отходов химических заводов, производя-

щих фосфорную кислоту полугидратным режимом экстракции - фос-

фополугидрата (ФПГ). По содержанию основного вещества ( -форма СаS04*0,5H 20) ФПГ соответствует автоклавным гипсовым вяжущим марок Г-10 - Г-19 по ГОСТ 125-79**, но из-за содержания вредных при-

месей практически не используется и полностью вывозится в отвал.

По данным НИУИФа в отвалах химических заводов страны на-

копилось около 150 млн. т фосфогипсовых отходов, что приводит к за-

грязнению окружающей среды, отчуждению пахотных угодий и затратам на хранение отвалов.

Утилизация фосфогипса, как сырья для производства гипсового вя-

жущего, а также изделий из него без переработки в вяжущее является ак-

туальной задачей. Следует отметить, что проблема утилизации этого крупнотоннажного отхода весьма актуальна не только в отдельном реги-

оне, но и в целом по стране, а также и в республиках СНГ, о чём свиде-

тельствует "география" образования фосфогипса на химических заводах стран СНГ, приведённая по данным НИУИФа (таблица 1).

4

Таблица 1 -Годовой выход фосфогипса и его количество в отвалах химических заводов стран СНГ

Примечания: I. ФГД - фосфогипс-дигидрат (CaSO4 2H 2 O ) ФПГ - фосфополугидрат (CaSO4 0,5H 2O)

2. Все заводы, за исключением заводов Узбекистана и Туркменистана (работающих на фоссырье Каратау) работают на Кольском апатите.

5

1. Классификация отходов

Отходы различаются:

по происхождению:

отходы производства (промышленные отходы)

отходы потребления (коммунально-бытовые)

по агрегатному состоянию:

твёрдые

жидкие

газообразные

по классу опасности (для человека и / или для окружающей природной среды)

В Российской Федерации выделяют следующие классы опасности для окружающей природной среды:

1й — чрезвычайно опасные

2й — высоко опасные

3й — умеренно опасные

4й — малоопасные

5й — практически неопасные

В России существует Федеральный классификатор отходов, в котором каждому виду отходов в зависимости от источника его происхождения присваивается идентификационный код.

Отходы производства Промышленные отходы — твёрдые, жидкие и газообразные отхо-

ды производства, полученные в результате химических, термических, механических и других преобразований материалов природного и антропогенного происхождения.[1]

Отходы определённой продукции — неупотребимые остатки сырья и/или возникающие в ходе технологических процессов вещества и энергия, не подвергающиеся утилизации.

Часть отходов, которая может быть использована в том же производстве, называется возвратными отходами. Сюда входят остатки сырья и других видов материальных ресурсов, образовавшиеся в процессе производства товаров (выполнения работ, оказания услуг). Из-за частичной утраты некоторых потребительских свойств возвратные отходы могут использоваться в условиях со сниженными требованиями к продукту, или с повышенным расходом, иногда они не используются по прямому назначению, а лишь в подсобном производстве (например, автомобильные отработанные масла — для смазки неответственных узлов техники). При этом остатки сырья и др. материальных ценностей, которые передаются в другие подразделения в качестве полноценного сырья, в соответствии с

6

технологическим процессом, а также попутная продукция, получаемая в результате осуществления технологического процесса, к возвратным отходам не относятся.

Отходы, которые в рамках данного производства не могут быть использованы, но могут применяться в других производствах, име-

нуются вторичным сырьём.

Отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно. Они образуют безвозвратные потери, их предварительно обезвреживают в случае опасности и захоранивают на спецполигонах.

Отходы потребления

Отходы потребления образуются в промышленности и в быту. Бытовые отходы — твердые отходы, образованные в результате

бытовой деятельности человека.

Законодательные акты Нормативно-правовые документы, регламентирующие обращение с

отходами в Российской Федерации подразделяются на:

Федеральные законы, Кодексы и Постановления Правительства;

санитарные нормы и правила;

строительные нормы и правила;

стандарты и технические условия;

нормы и правила по обращению с опасными веществами и по работе на опасных объектах.

Нормирование образования, использования и размещения отходов:

Проект нормативов образования отходов и лимитов на их размеще-

ние

Сбор, вывоз, использование, обезвреживание, размещение отхо-

дов

Сбор отходов - процесс перемещения отходов от мусорообразователя до процесса вывоза отходов.

Методы сбора отходов:

1.Поквартирный - мусорообразователь с мусором подходит в установленные часы к мусоровозу и в его контейнер бросает мусор. Поквартирный метод менее затратный, поскольку не требует оборудованных контейнерных площадок и контейнеров. Но в свою очередь не удобный для мусорообразователей, т.к. мусорообразователь может воспользоваться данным методом сбора в определённое время.

2.Контейнерный - на специально оборудованных контейнерных площадках устанавливаются контейнеры, мусорообразователи несут му-

7

сор в эти контейнеры. Контейнерный метод, удобный для мусорообразователей, но затратный. Высокая стоимость строительства контейнерной площадки, контейнеров, а также требуются постоянные затраты на ремонт, содержание и обслуживание контейнеров и площадок.

Мусорообразователь - физическое или юридическое лицо, в процессе своей жизнедеятельности или хозяйственной деятельности образующее отходы. Мусорообразователь обременён затратами на содержание процессов сбора, вывоза мусора и его утилизации.

Вывоз - процесс перемещения отходов от места сбора до полигона бытовых отходов. Вывоз может быть двух этапным. Если полигон находится далеко от места сбора и экономически не целесообразно чтоб мусоровоз ездил на полигон, то как правило размещают мусоро-перегрузочные станции.

Обезвреживание отходов

Некоторые отходы требуют обезвреживания перед размещением на свалках, полигонах или в отвалах. Так, отходы титанового производства, содержащие летучий и токсичный безводный хлорид алюминия, перед вывозом обрабатывают известью.

Одни из самых объёмных промышленных отходов – это отходы углесодержащие. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность, угледобывающая и другие виды промышленности являются источниками опасных углеродсодержащих отходов. Для их обезвреживания используют различные методы и технологии. Современные научные разработки позволяют обезвреживать большую часть промышленных отходов, уменьшать их объем и обеспечить максимальную безопасность. Сегодня обезвреживание опасных отходов можно провести термическими, физико-химическими, химическими и другими способами. Так, например, при помощи методов, окислительно-восстановительных реакций, реакций замещения происходит перевод различных токсичных и опасных соединений в нерастворимую форму.

Использование отходов

В ХХ веке количество отходов производства и потребления росло так быстро, что образование отходов стало важной проблемой больших городов и крупных производств. Наряду с большим количеством отходов стал остро вставать вопрос о нехватке природных ресурсов. Селективный сбор и последующее использование вторичных ресурсов частично помогает снизить нагрузку на окружающую среду и решить вопрос с дополнительным получением сырья.

8

Опасность отходов Опасность отходов определяется их физико-химическими свой-

ствами, а также условиями их хранения или размещения в окружающей среде.

Для отходов необходимо составление паспорта отходов, определение класса опасности и лимитов на размещение отхода в окружающей среде, лимитов на накопление на предприятии и др. документов.

Понятие «Опасные отходы» используется в следующих случаях: если отходы содержат вредные вещества, в том числе содержащие возбудителей инфекционных болезней, токсичные, взрывоопасные и пожароопасные, с высокой реакционной способностью, например, вызывающие коррозию, радиоактивные, отходы, представляющие опасность для здоровья людей, фауны и флоры.

2. Пути образования промышленных отходов.

Одним из массовых видов отходов являются отходы химической промышленности, которые относятся к гипсосодержащим отходам - фосфогипс, борогипс, хлорогипс, титаногипс и др. Наибольшее количество сульфата кальция содержится в фосфогипсе, ежегодный прирост объёма которого в странах СНГ составляет около 30 млн. т.

Фосфогипс образуется при получении экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на предприятиях, выпускающих фосфорные удобрения. ЭФК получают путём кислотной переработки апатитовых и фосфоритовых руд. Реакция сернофосфорнокислотного разложения фторапатита в общем случае имеет вид:

Ca5 (PO4 )3 F 5H 2 SO4 nH3 PO4 mH2 O (n 3)H3 PO4 5CaSO4 mH2 O HF

В зависимости от температурно-концентрационных условий процесса, качества сырья и образующегося сульфата кальция различают следующие режимы экстракции фосфорной кислоты: одноступенчатые - дигидратный, полугидратный и ангидридный; двухступенчатые - дигидратполугидратный и полугидрат-дигидратный. В нашей стране нашли применение только дигидратный и полугидратный режимы экстракции фосфорной кислоты.

При дигидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 70-80 °С, при этом образуется водный раствор ортофосфорной кислоты концентрацией 25-32 % в пересчёте на P2O5. При полугидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 95 -100 °С с получением водного раствора ортофосфорной кислоты концентрацией 35-50 % в

пересчёте на P2O5.

9

Следует отметить, что по данным авторов полугидратный процесс имеет ряд существенных преимуществ перед дигидратным:

-за счёт повышения концентрации ортофосфорной кислоты возрастает производительность оборудования в среднем на 35-40 %;

-скорость фильтрации жидкой фазы увеличивается в 1,8-2 раза, что связано с образованием крупных изотермических кристаллов полуводного гипса;

-себестоимость продукции снижается на 10-15 %.

Образующийся при полугидратном процессе попутный продукт состоит в основном из полуводного гипса - фосфополугидрата, который отличается меньшим по сравнению с фосфогипсом-дигидратом содержанием примесей.

В странах СНГ для производства ЭФК используют только Кольский апатитовый концентрат и рядовые Каратауские фосфориты. По данным НИУИФа около 85 % ЭФК из апатитового концентрата производится по дигидратному способу, около 15 % - по полугидратному. Из Каратауских фосфоритов ЭФК производят только дигидратным способом. На I т ЭФК в пересчёте на P2O5 образуется в среднем 4,5 т фосфогипса при переработке апатитовых концентратов и 6,3 т фосфогипса при разложении фосфоритов.

Точных данных о величине мировых отвалов фосфогипса и других видов "химического" гипса в литературе нет. В США (г. Майами) состоялся симпозиум по проблемам фосфогипса, на котором было отмечено, что из ежегодно образуемого в мире объёма фосфогипса 58 % складируется в шламонакопителях, 28 % сбрасывается в водоёмы и лишь 14 % утилизируется. В тоже время потребность в природном гипсе в мире достигла 80-85 млн. т в год, в том числе в странах СНГ - более 14 млн. т, В ближайшем будущем потребность стран СНГ в гипсовом камне достигнет 37 млн. т, а производство гипса в мире составит 125 млн. т в год.

По данным НИУИФа у нас в стране ежегодно образуется более 15 млн.т фосфогипса, в том числе более 3 млн. т фосфополугидрата. География образования этих отходов в России и СНГ довольно широка (приложение 1.), что делает ФПГ реальным резервом гипсовых вяжущих в строительном производстве и, кроме того это позволит предупредить дальнейшее загрязнение окружающей среды.

Кроме фосфогипса в относительно небольших количествах в качестве отходов получаются в производствах: плавиковой кислоты из плавикового шпата - фторогипс; борной кислоты - борогипс; лимонной - цитрогипс и других органических пищевых кислот. При технологической обработке целлюлозы получается гидролизный гипс; при обработке изве-

10