ТЕРМООБРАБОТКА ШЛАМОВ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИХ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ Суржко О.А.,Епишин В.В.,Оковитая К.О.

Южно-Российский государственный политехнический университет (Новочеркасский политехнический институт) имени М.И.Платова


Номер: 7-4
Год: 2015
Страницы: 176-180
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

гальваношламы, термообработка, ресурсосбережение, galvanic slimes, heat treatment, resource saving

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В статье приведены результаты анализа шламов, образующихся при очистке сточных вод гальванических производств и результаты их термографических исследований.

Текст научной статьи

Важной проблемой при производстве строительных материалов является дефицит природного сырья. В частности, для керамических и кирпичных заводов не хватает мощности месторождений легкоплавких глин, которые залегают слоями и имеют тенденции изменять зерновой и химический состав по горизонтам, изменяя содержание карбонатов и сульфатов кальция. В этом случае технология действующего завода оказывается непригодной. Для переработки такого сырья новые горизонты глины не используются. Такое неэффективное использование карьеров приводит к необходимости освоения новых месторождений и, вследствие этого, к значительному сокращению плодородных земельных площадей. В настоящее время во многих регионах РФ ощущается дефицит легкоплавких глин, доставка которых с новых карьеров на действующие заводы требует больших транспортных затрат, приводящих к существенному удорожанию продукции. Несмотря на большой объём исследований, выполненных по изучаемой теме, актуальность решения практических вопросов утилизации гальваношламов не уменьшается, т.к. в каждом конкретном случае имеем дело с различным по природе сырьём - глиной и гальваношламами со специфическим составом, а потому необходимо проведение дальнейших исследований [1-4]. Утилизация шламов, образующихся при очистке сточных вод гальванических производств, относится к приоритетному направлению развития, науки, технологий и техники РФ - «Рациональное природопользование», к критической технологии - «Технологии мониторинга и прогнозирования состояния окружающей среды, предотвращение и ликвидация её загрязнения». В связи с этим, а также с большим количеством токсичных гальваношламов, образующихся на машиностроительных заводах, проблема эффективной, экологически безопасной их утилизации является актуальной научно-технической задачей. Целью работы является проведение исследований по термической обработке шламов и их использования в качестве добавки к строительным материалам. Полученные результаты оценены по критериям наилучших доступных технологий, применяемых в промышленности. Поскольку вариантами утилизации шлама являются металлургия и строительные материалы, в этом случае происходят высокотемпературные процессы, то необходимо выяснить, какова динамика изменения массы образцов, какие при этом наблюдаются термоэффекты, образуются химические соединения, имеется ли вероятность улетучивания токсичных элементов. Термические свойства шлама изучали на дериватографе марки Q-1500 фирмы НОМ ВНР. Условия съёмки: навеска 10000 мг, пределы изменения массы - (500-200 мг), производная изменения массы во времени -500 MV, производная изменения температуры во времени 250 MV, скорость нагрева - 10°С/мин в интервале от 100 до 1000°С. На основе данных термического анализа определяли температуры термооэффектов и разложения шлама. Анализируемые пробы (10 г) подвергали термической обработке в сушильном шкафу и муфельной печи при температурах, °С: - 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1000. Продолжительность термообработки при каждой температуре составляла 3 часа (рис.1). Состав анализируемого гальваношлама следующий (масс.%): железо - 54; медь - 22; никель - 11; цинк - 2; хром - 11; влажность - 75%. Анализ полученных результатов показал, что потери массы шлама при термообработке, начинаются при 80 °С, завершаются при 600°С, дальнейшее нагревание не приводит к потере массы. Потеря массы происходит за счёт удаления гигроскопической влаги и влаги, связанной в химических соединениях, за счет выгорания органических добавок и разложения сульфатов. Химический и спектральный анализы шлама после прокаливания не обнаружили улетучивания из него ионов меди и хрома. После термообработки шлам приобрел тёмно-красную окраску, обусловленную оксидами железа Для установления оптимального времени термообработки шлама была изучена кинетика этого процесса. Три пробы параллельно нагревались до температуры 600°С в течение 0,5, 1, 2, 3, 4, 5 и 6 часов. При этом фик-сировалось изменение массы проб (рис.2). Приведённые результаты свидетельствуют, что стабильное состояние осадка в результате термообработки достигается после двух часов. Дифференциальный термический анализ выявил наличие нескольких эндотермических и экзотермических эффектов при нагревании. Эндотермические эффекты выявлены при 110 °С и 580 °С. Первый эндоэффект относится к интенсивному удалению гигроскопической влаги и связанному с этим поглощению энергии. Второй эндотермический эффект возникает при интенсивном удалении воды, связанной в химическом соединении. Экзотермические эффекты зафиксированы при температурах 250°С, 370°С и 800°С. Они возникают в результате перестройки и образования новых химических соединений. На заключительном этапе работы для определения критериев наилучших доступных технологий (НДТ) за рубежом и в Российской Федерации был проведён анализ и определены 6 важнейших блоков. Изучаемые технологии утилизации гальваношламов были классифицированы по выделяемым авторами критериям НДТ (рис.3). 1. Снижение уровня воздействия на окружающую среду достигается за счёт значительного сокращения потребления природного сырья (до 30%). Важно отметить, что в этом случае сокращается добыча глины, улучшается качество окружающей среды за счёт уменьшения площади карьеров и уменьшения объёма отвалов. Утилизация гальваношламов - отходов 3 и 4 классов опасности по ФККО позволяет снизить техногенную нагрузку на лито- и гидросферы. 2. Ресурсосбережение заключается в использовании отходов и сокращении потребления эквивалентного количества природного сырья. 3. При утилизации гальваношламов в производстве строительной керамики отходов не образуется. 4. Экономическая эффективность обеспечивается уменьшением платы за ресурсы, за транспортные расходы по их доставке на заводы, сокращением площадей, занимаемых карьерами и стоимостью освобождаемых земель. Исключается плата за утилизацию гальваношламов и их доставку на полигоны депонирования. 5. Малый период внедрения технологии утилизации гальваношламов достигается за счёт применения серийно выпускаемого оборудования. 6. Результаты исследования и последующие проектные решения могут быть внедрены на тех машиностроительных заводах, на которых образуются гальваношламы, содержащие ионы тяжёлых металлов. Таким образом, в результате исследования установлено, что термообработку гальваношламов следует проводить при температуре 600 °С в течение двух часов. Именно эти параметры являются оптимальными для проведения процесса спекания керамических образцов различных строительных материалов. В плане ресурсосбережения использование гальваношламов в качестве добавок в массы строительной керамики наиболее целесообразно, т.к. в этом случае уменьшается потребление до 30 мас.% природного сырья, при этом утилизируем токсичный отход и уменьшаем техногенную нагрузку на окружающую среду. Рис.3. Схема критериев наилучших доступных технологий

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.