Утилізація промислових відходів

У зв'язку з більшою різноманітністю промислових відходів для систематизованого розгляду, у даному розділі відходи згруповані по промислових комплексах і джерелам утвору.

8.10.1. Утилізація відходів паливно-енергетичного комплексу

Основними видами твердого палива є кам'яні і бурі вугілля. Переважна частина вугілля в Україні добувається підземним способом. Відходи утворюються при видобутку, збагаченні і спалюванні вугілля.

Відходи видобутку називають розкривними або шахтними містами залежно від способу розробки. При підземному способі видобутку вилучається менше попутних порід, чому при відкритому, але і вони становлять значні обсяги. Так, наприклад, на 1 т вугілля при відкритому видобутку утворюється до 3-5 т розкривних порід, при підземної - до 0,2-0,3 т шахтних.

Розкривні і шахтні породи мають неоднорідний хімічний і мінералогічний склад і представляють осадові породи - глини, суглинки, супесей, аргиліти, алевроліти, піщаники, глинисті і піщанисті сланці, вапняки. Довше всього в їхньому складі аргилітів (до 60%). Крім того, вони містять у своєму складі вугілля до 20%, сірку, зміст якої пропорційно змісту вугілля, у невеликих кількостях кольорові, рідкі метали, у незначних кількостях радіонукліди - уран, торій.

Відвали займають більші площі земель, зазнають водної і вітрової ерозії, забруднюючи прилягаючу територію. Значна втрата природному середовищу приносить самозаймання териконів. Основною причиною самозаймання є окиснення вугілля, що супроводжується виділенням великої кількості тепла, яка акумулюється в порах порід і забезпечує загоряння горючих матеріалів. В окремих відвалах ці процеси проходять настільки інтенсивно, що відвальні породи розігріваються до високих температур і горять із виділенням значної кількості вуглеводнів, сажі, оксидів азоту, сірки, вуглецю і ін. Тому навколо відвалів улаштовують захисні зони, що приводить до збільшення площі відчужуваних земель. Основними заходами щодо попередження самозаймання породних відвалів є обмеження припливу кисню і зменшення кількості горючих компонентів у складованій породі.

Із цією метою в деяких країнах проводять додатковий витяг вугілля за допомогою спеціальних установок на групових відвалах. Для зниження припливу кисню відвали ущільнюють. Цього можна досягтися шляхом дроблення породи, ущільненням її при складуванні за допомогою автотранспорту, ковзанок, вібраторів, затопленням водою, обладнанням глинистих екранів, обробкою порід суспензіями перевести, вапняку, глини. Такі відвали рекомендується влаштовувати плоскими. Породи в них ущільнюють шарами товщиною 1,0-1,5 м, а по периметру влаштовують дамби з інертних матеріалів або перегорілих порід.

Тверді відходи вуглевидобутку використовують як низькосортного палива (при певному змісті горючих складових), як компоненти, що підвищують родючість ґрунтів, і як сировина при виробництві будівельних матеріалів. Однак через неоднорідність складу утилізація їх складна і не завжди економічно виправдана.

Перспективним напрямком утилізації порід, що містять вуглецеву речовину, є їхня газифікація. Газифікації доцільно піддавати свіжу породу, що містить 20% і більш горючих речовин. При цьому додатково одержують енергетичне паливо, а зольний залишок можна використовувати для виробництва будівельних матеріалів.

У світовій практиці відходи вуглевидобутку використовують для закладки вироблених шахтних просторів. Розроблені технології закладки без підйому породи наверх.

Особливу групу відходів вуглевидобутку представляють горілі породи, обпалені в надрах землі при природніх підземних пожежах у вугільних шарах і аналогічні їм перегорілі відвальні шахтні породи. По основних фізико-хімічних властивостях вони близькі до глин, обпалених при температурі 800-1000° С, дійсна щільність їх становить 2400- 2700 кг/м³, щільність шматка - 1300-2500 кг/м³. Зміст палива в природніх горілих породах досягає 2-3%, у відвальних горілих породах його може бути значно більше. Горілі породи можуть широко використовуватися при виробництві будівельних матеріалів. Вони, як і інші обпалені глинисті матеріали, мають гідравлічну активність і можуть використовуватися як активні мінеральні добавки для безклінкерних вапняково-глинистих і сульфатно-глинистих в’язках. Вапняково-глинисті в'язкі одержують спільним тонким мливом горілих порід і перевести з невеликою добавкою гіпсу. Вони містять у своєму складі 10-30% перевести залежно від активності горілої породи, до 5% гіпсу, решта - горіла порода.

Сульфатно-глинисті в'язкі одержують спільним зв’язуванням двуводного гіпсу (50-65%), горілої породи (15-40%) і портландцементного клінкера (10-20%). Такі в'язкі застосовують для виробництва низькосортних бетонів і розчинів.

У бетонах і розчинах горілі породи використовують у якості великих і дрібних заповнювачів. Горілі породи також використовують для виробництва щебенів, пористих заповнювачів (аглопоріта і керамзиту), асфальтобетону, для обладнання дорожніх підстав під покриття, насипів і т.д.

Аглопоріт - штучний пористий заповнювач, одержуваний спіканням глинистих порід або різних відходів на ґратах агломераційних машин і наступним дробленням спеченого коржа. Одержують аглопоріт у вигляді щебенів.

Керамзит - це штучний пористий заповнювач, одержуваний спучуванням і спіканням гранул, сформованих із глин, що спучуються, або різних відходів, в обертовій печі.

Широке використання горілих порід утрудняється їхньою неоднорідністю і змістом незгорілого палива.

Відходи вуглезбагачення утворюються при збагаченні вугілля для коксування, енергетичних і інших цілей і являють собою суміш осадових порід, часток вугілля і вугольно-мінеральних зростків. До їхнього складу входять у різних співвідношеннях залежно від району видобутку глини, аргіліти, сланці, алевроліти, піщаники, вапняки, кальцити. Зміст органічної маси може досягати 15% і більш. Крім того, у відходах утримуються сірка, мікроелементи - свинець, цинк, молібден, галій, германій і ін.

По зерновому складу відходи збагачення розділяють не породи збагачення крупністю від 200 до 0,5 мм, утворені при гравітаційнім збагаченні вугілля (переважний зміст фракцій 5-40 мм), і хвости флотації крупністю <0,5 мм, утворені при флотаційному збагаченні. Породи збагачення становлять основну масу відходів (до 90%). Складують їх у гідровідвали або механічним способом у відвали, відходи (хвости) флотації - у хвостохсховища.

Відходи вуглезбагачення використовують як енергетичну сировину шляхом спалювання або газифікації, направляють на перезбагачення, одержують сірку і її з'єднання, будівельні матеріали, сировина для кольорової і чорної металургії, використовують у сільськім господарстві, виробництві феросплавів, для витягу рідких неуважних елементів, при обладнанні насипів, закладці підземних вироблень, рекультивації земель.

Перспективним напрямком є застосування відходів вуглезбагачення в якості вигоряючої добавки, що охляне й, до сировини і у якості основної сировини при виробництві керамічних виробів (цегли, плитки, черепиці), пористих заповнювачів.

Хвости флотації в порівнянні з породами збагачення, вуглевидобутки більш однорідні по складу, містять до 20% органічної речовини, мікроелементи. Це дає можливість їх використовувати як добрив у сільськім господарстві.

Незважаючи на багаторічні дослідження, тривалі експерименти і економічні розрахунки, що підтверджують доцільність утилізації відходів вуглезбагачення, у нашій країні вони використовуються незначно.

Золошлакові відходи утворюються при спалюванні твердого палива в топленнях теплових електростанцій при температурі в топковій камері 1200- 1700° С. Вихід золошлакові відходів залежить від виду палива і становить у бурих вугіллях 10-15%, у кам'яних 3-40%, у горючих сланцях 50-80%, мазуті 0,15-0,20%. Паливо спалюють у вигляді дрібних шматків або в пилоподібному стані, відходи утворюються відповідно у вигляді шлаків або золи. Золу вловлюють за допомогою води в спеціальних бункерах і видаляють у вигляді пульпи гідротранспортом у золовідвали. Шлаки гранулюють шляхом швидкого охолодження водою і видаляють у відвали сухим або гідравлічним способом. Зола являє собою тонкодисперсний матеріал і складається із часток крупністю 0,1-0,005 мм. Крупність часток шлаків 20-30 мм.

При оцінці золошлакових відходів як сировини для будівельних матеріалів важливою характеристикою їх хімічного складу є співвідношення основних і кислотних оксидів - модуль основності.

Зола і шлаки є великотоннажними відходами. Так, наприклад, теплова електростанція потужністю 1 млн кВт за добу спалює близько 10 000 т вугілля, при цьому утворюється близько 1000 т золи і шлаків. Золошлакові відвали займають тисячі гектарів земель, придатних для використання в сільськім господарстві. Ними забруднюються ґрунти, поверхневі, підземні води і особливо повітряний басейн. Золошлакові відходи є коштовною вторинною мінеральною сировиною. Зола і шлаки мають гідравлічну активність і можуть використовуватися для виробництва бесклинкерних в'язких, у якості сировинних компонентів для одержання цементного клінкера і як добавки до цементів. З бесклинкерних в'язок найбільш відомий вапняно-зольний цемент, одержуваний спільним мливом золи і перевести. Склад вапняно-зольних цементів залежить від змісту в золі активного оксиду кальцію, оптимальна кількість перевести в цьому цементі становить 10-40%. Золи і шлаки використовують як добавки при виробництві портландцементу. Присутність у складі золи незгорілого палива приводить до зниження його витрати при виробництві цементу. У портландцемент додають до 15% золошлаку, у пуццолановий до 25-40%. Уведення золи в цемент знижує його міцність у початковий термін твердіння, а при тривалих строках твердіння міцність цементів із золою стає більш високою.

Одним з найбільш перспективних напрямків утилізації золошлакових відходів є виробництво з них пористих заповнювачів для легких бетонів. Дрібний заповнювач може бути замінений золою. У якості великих заповнювачів застосовують щебені з паливних шлаків, аглопорит на основі золи, зольний випалювальний і безвипалювальний гравій і глинозольний керамзит.

Шлаки, використовувані для виробництва щебенів, повинні бути стійкі проти розпаду. При повільнім охолодженні шлаків поряд з утвором мінералів можуть відбуватися поліморфні перетворення, що приводить до розпаду і мимовільному перетворенню шматків шлаків у порошок. Для запобігання розпаду паливні шлаки рекомендується застосовувати після тривалого (3-6 місяців) вилежування у відвалах, у результаті чого в них гаситься вільний оксид кальцію, частково вилуговуються солі і окисняться паливні залишки.

Паливні шлаки і зола є сировиною для виробництва штучного пористого заповнювача - аглопорит. При звичайній технології його одержують у вигляді щебенів. Розроблені також технології виробництва аглопоритового гравію із золи, глинозольного керамзиту і зольного гравію. Глино-зольний керамзит одержують спучуванням і спіканням у печах гранул, сформованих із суміші глини і золи. Розроблені технології виробництва випалювального і безвипалювального зольного гравію, що дозволяють використовувати практично будь-які золи, одержувані від спалювання різних видів вугіль. Установлена ефективність уведення золи до 20-30% замість цементу при виготовленні бетонів і розчинів. Особливо доцільне введення золи в бетон гідротехнічних споруджень. Наприклад, зола використовувалася при будівництві Дністровського гідровузла, Братньої ГЕС.

Золошлакові відходи використовують для виробництва силікатної цегли, замість перевести і піску, при цьому витрата перевести знижується на 10-50%, піску на 20-30%. Така цегла має більш низьку щільність, чому звичайний.

Паливні зола і шлаки застосовуються в якості, що охлянуть і вигоряючих добавок у виробництві керамічних виробів на основі глинистих матеріалів, а також у якості основної сировини для виготовлення зольної кераміки. Так, на звичайнім устаткуванні цегельних заводів може бути виготовлена зольна цегла з маси, що полягає із золи, шлаків, натрієвого рідкого скла в кількості 3% за обсягом. Зольна кераміка характеризується високою кислотостійкістю, низькою стиранністю, високою хімічною і термічною стійкістю.

З паливних золошлаків одержують плавлені матеріали: жужільну пемзу і вату. Розроблена технологія виробництва високотемпературної мінеральної вати методом плавки в електродуговій печі. Цей матеріал використовується для ізоляції поверхонь із температурою до 900-1000° С. Також можливе одержання стекол, архітектурно-будівельних виробів і лицювальних плиток.

Одним з основних споживачів золошлакових відходів є дорожнє будівництво, де їх використовують як засипання при обладнанні підстав, для готування асфальтобетонних покриттів. Золу використовують також у якості наповнювачів для виробництва мастик рулонних покрівельних матеріалів.

Незважаючи на очевидні вигоди і перспективи широкого застосування золошлакових відходів, обсяг їх використання в нашій країні не перевищує 10%. Утилізація зол і шлаків вимагає розв'язку цілого комплексу питань від розробки технічних умов на їхнє застосування, технологічних ліній по їхній переробці, транспортних і вантажно-розвантажувальних засобів до перебудови психології господарників у відношенні вторинних мінеральних ресурсів.

Поиск по сайту: