В онлайне: 4 (гостей - 4, участников - 0)  Вход | Регистрация

 

УДК 691:004

Перспективное направление утилизации промышленных отходов

 

Калинихин О.Н., доцент

Донецкий национальный технический университет

Югова А.Ю., магистрант

Донбасская национальная академия строительства и архитектуры

 

Представлены результаты экспериментального обоснования использования в качестве заполнителей строительных блоков смесей обожжённой доломитовой мелочи и отвального доменного гранулированного шлака. На основе данных испытаний опытной серии образцов, содержащих вышеуказанные смеси оценена потенциальная возможность получения на их основе брусчатки. Определен оптимальный состав строительной смеси, соответствующий максимуму прочностных характеристик полученных образцов. Дана оценка потенциальной ресурсной базы процесса производства строительных изделий.

 

Введение. Важными лимитирующими параметрами, определяющими пригодность использования ресурсосберегающих технологий в процессах производства строительных материалов и конструкций, являются факторы количественной достаточности и экономической доступности сырья, выступающего в качестве материалов, замещающих природные ресурсы. Металлургическая отрасль как источник образования крупнотоннажных отходов является потенциальным источником вовлечения в процессы производства строительных материалов целого ряда различных типов отходов. Одним из которых является доломитовая мелочь, образующаяся в процессах обжига доломитовой массы при производстве обожженного доломита [1].

Доломит используемый для получения металлургического сырья, получают путём обжига сухим методом во вращающихся печах при температурах ≥ 1800 °С. Обжиг ведут таким образом, что при измельчении и классификации минерала доломита выделяют фракцию 5-25 мм и подвергают обжигу, а фракцию с размером частиц менее 5 мм используют в мелиоративных работах, либо для тушения пожаров в шахтах [2].

Унос доломитовой мелочи как побочный продукт обжига, образуется при обжиге доломита в печах различного типа. Часть мелочи из печи в виде обожжённого доломита с крупностью 0-1 мм уносится с отходящими дымовыми газами и продуктами декарбонизации и улавливается в процессе двухступенчатой очистки отходящих газов в инерционных камерах осаждения, циклонах и электрофильтрах. Уловленная на газоочистных установках мелочь транспортируется в отгрузочные бункеры либо на отвалы [3].

Анализ статистической информации по состоянию на 2020 год показывает, что крупнейшим производителем обожженного металлургического доломита, флюсов и огнеупоров на территории Донецкого региона является, Докучаевский флюсо-доломитный комбинат [4]. Согласно данным, предоставленным «Докучаевский флюсо - доломитный комбинат» ЗАО «Внешторгсервис», в процессе измельчения сырого доломита до нужных фракций ежегодно образуется порядка 250000 - 260000 тонн товарной продукции, а отходов в виде доломитовой мелочи 10000 - 12000 т/год [5]. Ввиду роста производственной активности данного предприятия до довоенного уровня производства, а также условий экономической блокады исключающих реализацию доломитовой мелочи в качестве товарной продукции для нужд сельского хозяйства, целесообразным выглядит вовлечение потенциальной ресурсной базы доломитовой мелочи, данного предприятия, в процессы производства строительных изделий.

Цель работы – обоснование использования в качестве заполнителей строительных блоков смесей обожжённой доломитовой мелочи.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи исследования:

1) на основе анализа сложившейся в регионе практики использования и утилизации доломитовой мелочи оценить потенциальную ресурсную базу данного вида отходов;

2) предложить рациональные составы смесей, сочетающих в своём составе различные типы отходов металлургического производства;

3) исходя из данных экспериментальных исследований механических свойств опытной серии брикетов, предложить оптимальный состав смеси для производства строительных блоков.

Методы исследования. Сравнительный химический состав доломита и доломитной мелочи, используемых в экспериментальных исследованиях представлен в таблице 1 [6].

 

Таблица 1 - Сравнительная характеристика химического состава

доломитного сырья используемого в исследованиях

 

Тип сырья

Процентное содержание, %

Оксид кальция

Оксид магния

Оксид кремния

Оксид железа (III)

Оксид алюминия

Доломитная мелочь

12,14

24,66

12,00

12,00

10

Доломит

29,83

20,53

2,15

0,60

0,52

 

Гранулометрический состав доломитной мелочи, используемой в экспериментальных исследованиях представлен в таблице 2.

 

Таблица 2 - Характеристика гранулометрического состава

доломитного сырья используемого в исследованиях

 

Гранулометрический состав доломитовой мелочи при просеивании

Размер сита, мм

Остаток на сите, %

10

2,2

5

40

3

45

1

66

0,63

67

> 0,63

33

 

Фракция дробления варьировалась от 3 до 70 мм. Чистый материал был бесцветен либо имел белый цвет. Теплые, желтоватые оттенки свидетельствовали о наличии примесей гидроксида железа и глины. На гранях имелся стеклянный, матовый или перламутровый блеск.

В качестве второго компонента входящего в состав исходной шихты использовался гранулированный доменный шлак, хорошо зарекомендовавший себя компонент для изготовления строительных смесей на основе отходов промышленного производства [7]. Подготовка и дозирование сырьевых материалов в лабораторных условиях заключалась в измельчении, фракционировании и взвешивании. Гранулированный шлак делили на две части, первую часть использовали как заполнитель, брали крупностью не более 5-10 мм, а вторую часть размалывали в шаровой мельнице с мелющими телами до тонкости 3000 см2 /г, до полного прохода через сито 008. Доломитовый отсев оставили в первоначальном состоянии. Для обеспечения лучшей прочности добавили водный раствор порошкообразного MgCl2·6H2O [8]. Всего было изготовлено 9 смесей, по каждому составу смеси было спрессовано 6 образцов, всего 54 образца. Дозирование сырьевых материалов проводили на технических весах, исходя из следующего соотношения компонентов смесей (таблица 3).

 

Таблица 3 - Соотношение компонентов в рабочих смесях

 

№ образца

Доломитовый

отсев, %

Гранулированный

шлак, %

Тонкомолотый гранулированный

шлак, %

Вода + MgCl2·6H2O, %

1

20

50

30

6-7

2

20

40

40

6-7

3

20

30

50

6-7

4

30

30

40

6-7

5

30

40

30

6-7

6

30

50

20

6-7

7

40

10

50

6-7

8

40

30

30

6-7

9

40

20

40

6-7

 

 

Взвешенные исходные материалы помещали в металлическую емкость, тщательно перемешали в сухом виде и добавляли воду. Для обеспечения лучшей прочности добавляли бишофит, в количестве 1 % в пересчете на сухое вещество от исходной шихты. Далее перемешали до получения однородной массы.

Непосредственное прессование изделий осуществлялось в пресс-форме в виде цилиндра, размером 30×30. Перед прессованием пресс-форма была смазана маслом, для лучшего извлечения образца после прессования. Приготовленной однородной шихтой заполнили пресс-форму. Прессование осуществляли на ручном прессе.

После прохождения этапа прессования изделия, его оставляли на стеллаже на 24 ч. После этого для ускорения отвердевания, просохшие образцы помещали в специальную пропарочную камеру, которая нагревалась при помощи электрической печи. В несколько этапов подбирая нужную температуру остановились на 80 °С, во временном интервале 2, 4 и 6 ч. Завершающим этапом являлась допарка изделий. В пропарочной камере снизили температуру до 45 °С и оставили изделия еще на 1 ч. Каждый образец перед испытанием физических свойств был очищен от шероховатостей с помощью наждачной бумаги. Перед испытанием образцы выдерживали в течение суток в помещении с нормальной влажностью и температурой в пределах 18-20 °С. За это время образцы приобретали нормальную влажность и температуру.

Определение физических свойств полученных образцов. В лабораторных условиях готовые образцы испытывали на механическую прочность, а именно предела прочности на сжатие, истираемость, водопоглощение, морозостойкость.

Результаты и их обсуждение Результаты определения предела прочности на сжатие представлены в таблице 4.

 

Таблица 4 - Результаты испытаний предела прочности на сжатие

 

№ образца

Предел прочности, МПа

Время пропарки

2 ч

4 ч

6 ч

1

8

8,9

9,6

2

8,5

9,3

10,5

3

8,9

10,0

11,3

4

13,4

14,2

15,0

5

14,5

15,1

16,3

6

15,2

16,8

18,0

7

18,3

21,0

22,5

8

16,0

17,6

19,2

9

17,5

19,4

20,5

 

 

Исходя из данных таблицы 4, можно сделать вывод, что образец, № 7 и соответствующая ему смесь, содержащая 40 % доломитового отсева, 10 % гранулированного шлака, 50 % тонкомолотого гранулированного шлака, обладает максимальной величиной предела прочности на сжатие. При этом увеличение времени пропарки улучшает прочностные характеристики конечного изделия.

Таким образом, был определён оптимальный состав смеси, отвечающий максимуму предела прочности на сжатие. Дальнейшие испытания физических характеристик образцов проводились исключительно для образца № 7 как образца, обладающего оптимальными механическими свойствами.

Общий сравнительный анализ характеристик исследуемых образов с нормативными (ГОСТ 17608-2017) приведен в таблице 5.

 

Таблица 5 - Сравнительный анализ физических характеристик исследуемых образов с нормативами

 

Наименование

характеристики

Результаты испытаний опытных образцов

Требования стандарта

Наиболее близкий нормативный класс

Ед. изм.

Истираемость

0,10

≤ 0,7

G1

г/см2

Водопоглощение

12,0

≤ 6,0

-

процентов

Морозостойкость

20

20

F200

циклы

Прочность на сжатие

22,50

28,89

В22,5

МПа

 

Полученные результаты, показывают, что характеристики испытуемых образцов близки к требованиям норматива по таким параметрам как истираемость и морозостойкость.

При этом установлено, что показатели механической прочности на сжатие и водопоглощение изделий не являются достаточными. Данная проблема может быть решена путем внедрения комплекса мероприятий направленных на улучшение данных характеристик, а именно:

- использованием вибрационного перемешивания рабочей смеси, оказывающего положительное влияние на рост показателей прочности;

- введением в состав рабочих смесей воздухововлекающих добавок сульфатов железа и алюминия что, в свою очередь позволит снизить показатель водопоглощения.

Выводы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований были решены следующие задачи:

1. Обоснован выбор направления утилизации побочных продуктов доломитового и металлургического производства, которые по своему составу и характеристикам пригодны к использованию в производстве строительных материалов, а именно доломитовой мелочи и гранулированного доменного шлака.

2. Исходя из анализа сложившейся в регионе практики использования и утилизации доломитовой мелочи произведена оценка потенциальной ресурсной базы данного вида отходов. Установлено что наибольшую величину потенциальной ресурсной базы доломитовой мелочи 10000 - 12000 т/год составляют отходы флюсо-доломитного производства Докучаевского флюсо-доломитного комбината.

3. Экспериментальным путём доказана, возможность получения на основе доломитовой мелочи и доменного гранулированного шлака, выступающего в роли связующего, строительных изделий близких по своим характеристикам к тротуарной плитке.

4. Определен оптимальный шихтовой состав, содержащий 40 % доломитового отсева, 10 % гранулированного граншлака, 50 % тонкомолотого граншлака соответствующий максимальной величине прочности конечного образца на сжатие равной 22,50 МПа.

 

Библиографический список

  1. Bizhanov A., Chizhikova V. Agglomeration in Metallurgy. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – 454 p. – DOI: 10.1007/978-3-030-26025-5
  2. Mohammad Sh. Physical Chemistry of Metallurgical Processes. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – 590 p. – DOI: 10.1007/978-3-030-58069-8
  3. Lan Y., Liu Q., Wu G., et al. Recycling of Burned Dolomite Powder in Steelmaking. // Metallurgist. – 2014. – Vol. 57, № 9-10 – P. 862 -868. – DOI: 10.1007/s11015-014-9814-5
  4. Stavros S., Jerome J. Advanced Methods and Technologies in Metallurgy in Russia. – Cham: Springer International Publishing, 2018. – 214 p. – DOI: /10.1007/978-3-319-66354-8
  5. Половян А.В., Лепа Р.Н. Экономика Донецкой Народной Республики: состояние, проблемы, пути решения. – Донецк: ДИЭИ, 2017. – 59 c.
  6. Инвентаризация отходов производства «Докучаевского флюсо-доломитного комбината». Форма ОТ - 4 от 06.08.2020 г. № 208. – 201 c.
  7. Thomas B., Jerome D., Lawrence M., Boyd D., et al. Drying, Roasting, and Calcining of Minerals. – Cham: Springer International Publishing, 2020. – 292 p. – DOI: 10.1007/978-3-319-48245-3
  8. Сулименко Л.М. Пути снижения энергетических затрат на производство известково-кремнезёмистых вяжущих веществ // Строительные материалы. – 2006. – № 3. – С. 63-65.


23.12.20 15:08 | Ruslan_Ulyanov (участник)
Здравствуйте. Хотел бы задать вопрос касательно вашего доклада. Как вы считаете, в каком направлении стоит развивать технологии по утилизации промышленных отходов? Общими словами.

Все комментарии (1)

 

Разделы конференции »

  1. Единый государственный реестр недвижимости и земельно-имущественные отношения
  2. Мониторинг природных ресурсов и охрана окружающей среды
  3. Комплексное использование природных ресурсов
  4. Современные вопросы геологии
  5. Физика горных пород
  6. Новые технологии в природопользовании
  7. Применение современных информационных технологий
  8. Экономические аспекты недвижимости
  9. Мониторинг использования объектов недвижимости
  10. Топографо-геодезическое обеспечение кадастровых работ

 

Проекту Kadastr.ORG требуются средства на хостинг и развитие

Сумма: руб.