|
УДК 691.16: 662
Использование шламов нейтрализации сталепроволочно-канатных заводов
Мойсеенко С.В., магистрант, Самойлова Е.Э., доцент
Донбасская национальная академия строительства и архитектуры
Исследовано содержание шламов нейтрализации травильных растворов сталепроволочно-канатного завода г. Харцызска, и целесообразность их использования в качестве минеральных порошков в составе асфальтополимербетонных смесей.
В условиях нарастающей экологической напряженности в мире проблема рационального использования и эффективного сбережения природных ресурсов становится важнейшей задачей жизнедеятельности любого государства.
Исключительно важное значение имеет не только сбережение сырьевых ресурсов, но и их повторное использование. Значение вторичных сырьевых ресурсов для поддержания экологически безопасного уровня воздействия на окружающую среду весьма значительно, в частности, их использование является одним из необходимых условий внедрения малоотходных и безотходных технологий.
Важную роль в утилизации (использовании) вторичных сырьевых ресурсов играет строительство и промышленность строительных материалов. Как известно, эти отрасли промышленности используют два вида сырья: природное и техногенное (вторичное).
По примерным подсчётам, в мировой экономике при ежегодной добыче и переработке около 20 млрд. т различных видов сырья и материалов (включая топливо, руды, строительные материалы, продукты питания и др.) в виде готовой продукции используется менее 1 млрд. т, а всё остальное идёт в отходы [1]. При этом количество отходов производства имеет тенденцию, опережающую темпы роста их утилизации [2].
Большинство технологических схем, применяемых в отраслях, производящих материально-сырьевые ресурсы, ориентированы на извлечение из исходного сырья одного-двух компонентов. В результате даже при полном извлечении, например, из полиметаллических руд полезных компонентов более 80%, а иногда и 90-95% общей массы сырья попадает в отвалы [1].
Дорожное строительство характеризуется высокой материалоемкостью и может обеспечить утилизацию крупнообъёмных техногенных отходов, отвалы которых на территории Украины создают существенную экологическую напряженность.
Структура асфальто- и дёгтебетона рассматривается принципиально на двух уровнях: макро- и микро-. На макроуровне это структура минерального остова, представленного частицами песка и щебня. На микроуровне – структура асфальто-, дёгтевяжущего вещества [3-5]. Важнейшей составляющей обеих подструктур является контактная зона – зона взаимодействия органического вяжущего с поверхностью минеральных материалов. Это обусловлено тем, что в плотных бетонах контакты между структурообразующими частицами микро-, мезо- и макроструктуры представлены структурированным органическим вяжущим. Именно адгезионно-когезионно-эластические свойства адсорбционно-сольватных слоев органического вяжущего в значительной мере определяют физико-механические свойства асфальто- и дёгтебетона.
Минеральный порошок (МП) является основной структурообразующей составляющей бетонов на органических вяжущих.
В работах П.А. Ребиндера, Н.Н. Короткевича, И.М. Борща, Н.В. Горелышева, С.Я. Шалыт, У.Г. Ханиной, Л.М. Ястребовой, Я.А. Калужского, А.Ф. Моисеева, В.М. Смирнова, И.В. Королёва [3-7] установлено, что адсорбционная активность минерального порошка определяется величиной удельной поверхности, химическим и минералогическим составом, количеством активных центров на поверхности МП, топографией, микрорельефом и чистотой поверхности.
В ГОСТ 16557-90 сформулированы технические требования к минеральным порошкам. В частности, регламентируется их зерновой состав. Известно, что наибольшей структурирующей способностью обладают активные наполнители с размером частиц (10-100)·10-6 м.
При этом важно, чтобы в составе минерального порошка были частицы разных размеров, что определяется значением пустотности, которая должна быть не более 35% объёма после уплотнения порошка давлением 40 МПа. Чем меньше величина пустотности минерального порошка, тем меньше пустотность минерального остова бетона и меньший расход органического вяжущего.
О чистоте поверхности минерального порошка косвенно судят по величине набухания (не более 2,5%) и значению битумо-, дёгтеёмкости, которая не должна превышать 85%. Последняя регламентирует и значение интегральной поверхности МП. Порошок должен быть сухим (влажность не более 1% по массе), так как избыточная влажность снижает энергию взаимодействия между органическим вяжущим и поверхностью МП. В связи с этим асфальто- и дёгтебетоны не будут работать как единая система, теряется монолитность.
На сталепроволочно-канатных заводах Украины (гг. Днепропетровск, Запорожье, Одесса, Харцызск, Черновцы) в процессе нейтрализации отработанных сернокислых травильных растворов известковым молоком ежегодно образуются десятки тысяч тонн как исходных шламов, так и отходов из-под пресс-фильтров, которые вывозятся в отвалы. Шламы представляют собой гетерогенную систему, состоящую из жидкой (вода) и твёрдой фаз (обломки недожёга извести с размером частиц (0,5-15)·10-2 м; частицы гидроксида железа размером 1·10-5…1·10-6 м; кристаллики двуводного гипса, размер которых приближается к размерам частичек гидроксида железа). Ежегодный выход шламов нейтрализации сталепроволочно-канатных заводов в Украине составляет десятки тысяч тонн. В настоящей работе изучен состав шламов нейтрализации травильных растворов Харцызского сталепроволочно-канатного завода.
Шлам представляет собой продукт ярко-рыжего цвета. Твёрдая фаза жидкого шлама составляет около 10-30% и представлена обломками известняка, железистыми минералами и органической составляющей.
Исследование фазового состава показало, что в составе шлам - отхода присутствует двуводный гипс. Это подтверждается рентгенографическими отражениями: d=(7,53; 4,24; 3,05; 2,87; 2,69; 2,00)·10-10 м.
Двуводный гипс в составе шлам - отхода находится в виде тонких игл призматической формы длиной (8-9)·10-5 м (исследования выполнены на поляризационном оптическом микроскопе МП-7 и сканирующем микроскопе ИСИ-60А). Микроскопические исследования показывают, что иглы гипса соприкасаются одной из сторон с гелевидной фазой, представленной железосодержащими минералами гётитом (HFeO2), лепидокритом (FeO(OH)), лимонитом (Fe2O3·nH2O).
Как уже указывалось, в составе шлама обнаружен железосодержащий субстрат, что объясняет цвет отхода. Наличие этих соединений подтверждается методом рентгеноструктурного анализа. Линиями гидросульфоферрита кальция (9,99; 5,44; 3,87; 2,81; 2,49)·10-10 м, гематита (3,65; 2,65; 2,51; 2,16; 1,9)·10-10 м; гётита (4,16; 2,65; 2,42; 2,34; 1,70)·10-10 м; гидроферрита кальция (5,18; 4,50; 3,12; 2,75; 2,28; 2,04)·10-10 м.
Твёрдый отход из-под пресс - фильтров представляет собой плотную землистую массу буро-коричневого цвета, размокающую в воде. По данным рентгеновского анализа отход содержит и жидкий шлам нейтрализации двуводный гипс (7,49; 4,24; 2,86; 3,04)·10-10 м; из железосодержащих минералов выделяется гематит (3,67; 2,68; 2,21)·10-10 м и гётит (2,47; 2,13; 1,87)·10-10 м. Большое количество железистых минералов аморфны и рентгенографически не идентифицируются. К таким минералам относится лимонит. Следует также отметить исчезновение линий лепидокрита и гётита.
Таким образом, результаты исследований свидетельствуют о том, что в шламе присутствует ряд веществ, которые, предположительно, приведут как к снижению водостойкости дёгтебетона (сульфаты кальция), так и к снижению стабильности под действием атмосферных факторов (железистые минералы). Поэтому, минеральный порошок, полученный помолом шламов нейтрализации необходимо подвергать активации олигомерами, которые содержат в своём составе функциональные группы, в частности, полимерсодержащими отходами производства эпоксидных смол. При этом с целью снижения энергоёмкости получения минерального порошка в качестве исходного сырья наиболее рационально использовать шлам-отход из под пресс - фильтров [8]. Исследования будут продолжены.
Библиографический список
-
Семилетов В.П. Опыт эффективного использования вторичных ресурсов в народном хозяйстве УССР. – К.: УкрНИИНТИ, 1981. – 64 с.
-
Gragger F. Stand, Aussichten und Probleme der Wiederverwendung von Asfaltstoffen und Nebenprodukten im Strasenbau // Stal. Mischwerk. – 1981. – №1. – P.19-29.
-
Рыбьев И.А. Асфальтовые бетоны. – М.: Высшая шк., 1969. – 399 с.
-
Королёв И.В., Золотарёв В.А., Ступивцев В.А. Асфальтобетонные покрытия. – Донецк: Донбасс, 1970. – 161 с.
-
Сахаров П.В. Способы проектирования асфальтобетонных смесей // Транспорт и дороги города. – 1935. – вып. 12. – С. 22-26.
-
Базжин Л.И. Исследование влияния минералогического состава и структуры минеральных порошков на старение асфальтового бетона: Автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.23.05 / ХАДИ. – Харьков, 1974. – 24 с.
-
Короткевич Н.Н. Физико-химические основы применения минеральных порошкообразных материалов (заполнителей) для дорожных асфальтобетонов и методы их использования // Минеральные порошки для асфальтового бетона. – М.: Дориздат, 1940. – С.3-67.
-
Братчун В.И., Рыбалко И.Ф. Оптимизация состава комплексно - модифицированного дёгтевяжущего вещества дёгтеполимербетона // Вестник Донбасской государственной академии строительства и архитектуры. – Макеевка. – 1999. – вып.99-2(15). – С.66-71.
| |