Веретельник С.П., Коробко Ю.В.
ОЦЕНКА АКТУАЛЬНОСТИ ПЕРЕРАБОТКИ УЛЬТРАДИСПЕРСНЫХ ОТХОДОВ ОГНЕУПОРНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ
статья для VIII Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы индустриальных мегаполисов» – Донецк, ДонНТУ
Рассматриваются вопросы актуальности переработки ультрадисперсных отходов огнеупорных предприятий, возможности использования их как вторичного сырья, а также оборудование, которое возможно использовать для его переработки.
Как известно, на многотоннажных производствах металлургической, огнеупорной, горнодобывающей и строительной проблема твердых отходов является одной из важнейших. В Украине накоплено уже большое количество твердых отходов, которые являются источником вторичного загрязнения атмосферы, поверхностных и подземных вод, почвенного слоя.
Особый интерес представляет переработка и утилизация ультрадисперсной пыли, которая образуется при производстве огнеупорного кирпича, так как она обладает уникальными свойствами и является превосходным вторичным сырьем при производстве штучных изделий (кирпича), а также неформованных огнеупоров (огнеупорных бетонов, торкрет-масс, набивных масс и сухих смесей, огнеупорных растворов и т.д.). Использование ультрадисперсных отходов от огнеупорных изделий эффективно, как с экономической, так и с экологической точек зрения, поскольку наряду с прямой выгодой применения вторичного сырья, решается ряд экологически значимых проблем – рационального использования природных ресурсов, вторичного загрязнения окружающей среды, сохранения земельного фонд и т.д.
Ультрадисперсная пыль улавливается электрофильтрами, пылеуловителями и циклонами. Возврат, уловленной воздухоочистными сооружениями пыли в карьеры с целью их рекультивации, является так же нецелесообразным, так как её количество мизерно по отношению к объёму извлеченных пород, автотранспортные расходы при этом велики. Кроме того, транспортируемая и выброшенная в карьер пыль раздувается ветром и воздушными потоками, дополнительно загрязняет окружающую среду. Это и отрицательное воздействие на организм человека цементной пыли свидетельствует о необходимости поиска новых направлений и методов утилизации её. Пыль представляет собой ценное сырье, поэтому необходимо возвращать её в технологический цикл как добавку к сырью либо как самостоятельные изделия.
Одним из перспективных методов переработки является компактирование. Как показывают исследования, это перспективный метод утилизации не только отходов силикатных производств, но и пыли аглофабрик, колошниковая пыль, прокатная окалина и др.
Как показывают исследования, используя один из указанных методов применительно к технологической схеме с вальцовыми прессами обычного типа (давление - 19.6-39.2 МПа) или с предварительной подпрессовкой материала (давление – до 100 МПа), были получены качественные формовки практически из всех мелких или сравнительно мелких отходов черной металлургии. По некоторым показателям процесс брикетирования может быть более рентабельным, чем процессы окомковывания этих же отходов с последующим обжигом сырых окатышей. Кроме того, процессы компактирования часто более технологичны, так как качество формовок в меньшей степени зависят от гранулометрического состава и влажности исходного материала (шихты).Анализ результатов исследований показывает, что крупность компонентов шихты в указанных пределах не оказывает существенного влияния на качество термобрикетов, однако при уменьшении крупности прочность формовок при сжатии возрастает. Увеличение содержания в шихте добавок повышает прочность.
Основным достоинством компактирования перед использованием других методов переработки отходов является:
• низкое потребление энергии;
• низкий нагрев субстанций;
• хорошие свойства сыпучести и, исходя из этого, дозировочные свойства;
• повышение насыпного веса;
• возможность выбора (отсева) размера гранул;
• отсутствие пыли в случае опциональной замкнутой системы;
• воспроизводимый масштабируемый процесс.
Но для грамотной реализации процесса компактирования необходимо изучить свойства материала и процессы, происходящие при уплотнении. Это важно, так как правильное управление процессом поможет снизить энергоёмкость и увеличить эффективность установок переработки отходов. Так, для обоснования конструктивных параметров и режимов работы машин и агрегатов определяющими являются данные о физико-механических характеристиках отходов, которые во многом зависят от характера, величины, способа приложения действующих на сырье механических нагрузок. При этом перерабатываемый материал будет приобретать на стадии предварительной подготовки соответствующую нагрузке структуру и свойства, изменяющиеся в широком диапазоне: от плохо сыпучей волокнистой рыхлой дисперсной массы до сплошных крупноразмерных квазиоднородных прессованных блоков, обладающих некоторой механической прочностью.
Все физико-механические характеристики могут быть установлены только экспериментальным путем, причем условия испытаний должны быть максимально приближены к производственным, т.е. учитывать весь возможный диапазон изменения влияющих факторов. Для определения значений определяющих характеристик ультрадисперсных материалов и анализа отличительных особенностей и степени их изменения при механическом воздействии были выполнены экспериментальные исследования по методикам [1], апробированным на различных дискретных материалах, в частности на силикатной пыли различного состава. Было проведено несколько десятков серий сдвиговых, компрессионных и прочностных испытаний в диапазоне давлений от 0,1 до 10 МПа со статистической обработкой данных. Смеси состояли из мелкодисперсных отходов силикатной пыли электрофильтров и циклонов Великоанадольского огнеупорного комбината с различными видами добавок. Степень измельчения шлама по содержанию класса <3 мм составляла 100%. Сдвиговые испытания позволили установить характер изменения коэффициентов внутреннего ƒ и внешнего ƒ0 трения в зависимости от влажности W и количества вносимых добавок. Для всех составов смесей влияние влажности на коэффициент внутреннего трения заметно больше, чем на коэффициент внешнего трения. Касательные напряжения адгезионного сдвига τо при этом имеют выраженную связь с коэффициентом трения: при наличии максимума у коэффициента внутреннего трения ƒвеличина τо имеет минимум и наоборот.
Результаты определения компрессионных и прочностных характеристик от соотношения различных компонентов в смесях позволяют сравнить свойства полученных формовок. А также, определить оптимальные составы смесей, диапазоны давлений и прочности.
В работе показана важность разработки технологии переработки отходов огнеупорных изделий и материалов, позволяющая снизить техногенное воздействие на окружающую среду, повысить экологическую безопасность и экономическую эффективность работы металлургических и энергетических тепловых агрегатов.
Список литературы
1.А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, И.В. Кутняшенко, А.А.Топоров, А.Г. Мельниченко Актуальность проблемы утилизации промышленных и бытовых отходов, взаимосвязь между физико-механическими свойствами отходов с параметрами перерабатывающей техники, закономерности происходящие при переработке отходов, журнал Кокс и химия. 1999., №3. С.40—44