Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Иркутский государственный университет» Иркутский государственный университ...
39 downloads
157 Views
3MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
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
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 2 0,4 – 30 150 1 2 0,3 – 20 100