Отходы производства в строительстве
1. Анализ твердыхотходов промышленныхстройматериалови машиностроения.
-виды
-токсичность
-объемы
Основныевиды строительныхотходовэто
Бой бетона,остающийсяпосле сносазданий
Бой асфальта
Стальнойшлак
В соответствиис классификаторомМинздрава 1989года при сносе,реконструкциии новом строительствезданий и сооруженийобразуютсяследующие видыотходов :
отходы бетонаи железобетона
сколы асфальта
отходыкерамзитбетона
отходы древесины
лом черныхметаллов
отходы рубероида
отходы битума(мастика)
отходы линолеума,обрезь
минватаиспользованная
асбошифер,бой асбестовыеизделия
мукулатура(в т.ч. оргалит)
стеклобой
сафаянсиспользованный
кирпич (бой)
растворцементно –известковыйотработанный
отходылакокрасочныеразные
шлаки, зола
керамическаяплитка, бой
тара бумажная,загрязненая
тара металлическая,использованная
Основные видыотходов машиностроения:
ТПО из черныхметаллов, т.е.металлов наоснове железа,подверженныхвлиянию светопогодыи природныхфакторов.
ТПО из нержавеющейстали.
ТПО из полиметаллов.
ТПО из цветныхметаллов.
ТПО из черныхметаллов.
Преобладающимивидами строительныхотходов в городеявляются кирпич,асфальт, и каменныематериалы,бетон и железобетон,картон, бумага.
Сучетом опытастроительныхфирм (ЗАО «АРМСТРОЙ»)реальный объемвывоза строительноголома послесноса одного пятиэтажного4-подъездногодома составляет4,5 – 5 тысяч тонн.
Характеристики исходногоматериала дляпереработки
Строительныепанели и блоки,разрушенныепри разборкедомов.
| Толщинапанели | 160-350 мм |
| Максимальныегабариты | 5830-2780мм |
| Видпанелей | Трехслойныеж\б, однослойные Керамзитобетонные,шлакобетонныеи др. |
| Максимальнаяпрочностьбетона не более | 250 кг/см3 |
| Плотность | 1,3-2,5 г/см3 |
| Влажность | До 16% |
| Абразивность | Свойственнаябетонным изделиям |
Специальные бетонные изделия– фундаметныеплиты и блоки,трубы, тюбинги,элементы коллекторов,колодцев, ломмонолитногобетона и др.
Обломкикирпичных стени блоков снесенныхсооружений
| Размер,не более | 1000х800х2000 мм(без предварительногоизмельчения) |
| Максимальнаяпрочностькирпичногофрагмента | 25кг/см2 |
| Металлическаяарматура | КлассА1, А III по ГОСТ5781-75 |
| Максимальнаяпрочностьарматуры | R0= 3400 кг/см2 |
| Диаметрарматурныхпрутков | До 32 мм |
| Теплоизоляционныематериалы –газопенобетон или щлакогазопенобетон(обломки) | |
| размер | Не более1000х800х2000 мм |
| Плотность | До0,7 г/см2 |
| Влажность | До20% |
| Смешанныйстроительныймусор | Ткань,бумага, картон,пластмасса,дерево. |
1.ТПО металлов
Металлоперерабатывающиепроизводственныеподразделенияимеют даже принеполной загрузкебольшое количествометаллическойстружки и пыли.Металлическаястружка иметаллическаяпыль образуетсяпри механическойобработке,заготовке, призаточке, шлифовкеизделий. Зачастуюна одном и томже оборудовании,на одном и томже станке могутобразовыватьсяотходы разныхметаллов, таккак обрабатываютсязаготовки изразных металлов.Для отделенияотходов разныхметаллов можноиспользоватьмагнитныесвойства отходовжелеза. Притягиваяськ магниту стальныеопилки отделяютсяот другихметаллическихотходов и собираютсяотдельно всоответствующейтаре. Далее онинаправляютсяна переработку.В частностииз однотипнойстружки можноспособом горячейштамповки приt=+1000-1200°С получатьмонолитнуюдеталь не требующуюдальнейшейобработки. Преимуществогорячей штамповки:работа приболее низкихтемпературах(огромная экономияэнергетики),отсутствиепотерь, 100% использованиеТПО. ТПО изнержавеющейстали собираютсяв отдельнуютару и ни в коемслучае их нельзясмешивать сдругими металлическимиотходами. Послесбора такиеТПО направляютсяна переработку.Во ВНИИ твердыхсплавов разработанспособ утилизацииметаллическойстружки, которыйзаключаетсяв том, что стружкане перерабатываетсяв порошковуюсталь. Это исключаетдорогостоящийпроцесс литья,который длясвоего проведениятребует значительногоколичестваэнергетики.Этот способможет бытьиспользованна любомметаллоперерабатывающемпроизводстве. Согласно этогоспособа металлическаястружка, отмытаяот масел в бензинеили в керосинезагружаетсяв шаровую илив вибромельницув среду этанолаи размалываетсядо заданнойстепени помола.Полученныйтаким способомпорошок замешиваетсяв смесителена растворесинтетическогокаучука в бензинеи прессуетсяна 500-тоном прессе.Полученныйтаким образомполуфабрикат,обладающийзначительнойпористостью(около 30%), далееспекается взащитной атмосфереили в вакууме.С целью получениязаданной формызаготовкуподвергаютгорячей ковкеили прокатке.Таким способомполучают порошковуюсталь с мелкимизернами. Этопозволяетвводить в такуюсталь практическилюбые легирующиедобавки . Следуетотметить, чтостойкость истабильностьрезцов , полученныхвышеописаннымспособом большеобычных в трираза. Болеетого предварительноевведение всмесь небольшихколичествтитана (Ti) повышаеттвердостьинструмента,уменьшаеткоэффициенттрения, увеличиваетсрок службырезцов. Болеетого, добавкатитана позволяетинтенсифицироватьряд технологическихопераций: размол,прессование,спекание. В80-х годах разработанытехнологическиеприемы переработкиТПО сверхтвердыхсталей, которыеоснованы навакуумной иэлектрошлаковойпереплавкев специальномпульсирующеммагнитном поле. Проведенныев то времяспециальныеисследованияпоказали, чтоэлектрошлаковыйпереплав ТПОсверхтвердыхсталей в пульсирующеммагнитном поле- эффективныйспособ восстановленияизношенногоинструментадля горячейштамповки.
Брак, литники,металлическаястружка послемеханическойобработкиявляются хорошимматериаломдля приготовленияшихты. В то жевремя применениедля плавкиодних отходовне рекомендуется,так как приэтом можетповыситсягазонасыщенностьметалла и увеличитсясодержаниеокислов. Приэтом количественноесодержаниеотходов, вводимыхв плавку недолжно превышать35-40% от общей массышихты. Еслитребуетсяпроведениенесколькихлитейных сплавов,то нужно строгоследить, чтобыне производилосьсмешиваниеТПО металларазличногосостава. Поэтомувозврат (ТПОметалла) следуетхранить строгопо сплавам, нив коем случаене допускаядаже ошибочногоразового смешения,в четко замаркированнойтаре и в разныхместах дляразного сплаватак, чтобы случайноесмешение свестик минимуму.
Для литейногопроизводствахарактерноодновременноедвижение большогоколичестваметалла, пескаи вспомогательныхматериалов.Важным этапомлитейногопроизводстваявляется регенерацияотработанныхформовочныхсмесей. Этарегенерациявключает следующиестадии технологическогопроцесса:
Дроблениекусковойиспользованнойформовочноймассы.
Очистка отметаллическихвключений.
Просев содновременнымпродуваниемвоздухом иотсосом пыли.
Оттирка зеренпеска от связующего.
Повторноеобеспыливание.
Дроблениеформовочнойсмеси производитсяв два этапа:
Предварительноедробление навалковых дробилках.
Окончательноедробление нароторных дробилках.
Очисткараздробленнойформовочноймассы от металлапроизводитсяс помощью магнитныхсепараторов.Наиболее удобнымспособомконструктивногоисполнениятакого сепаратораявляется установкаэлектромагнитнойочистки формовочных.Ее конструктивноеисполнениепозволяетполностьюизвлекатьметаллическиечастицы изотработаннойи хорошо раздробленнойформовочнойсмеси. При дроблении,магнитнойсепарации иобеспыливанииразрушаютсячастично глинистыекорки и пленкисвязующих споверхностичастиц песка.Для окончательнойочистки пескапроизводитсяего пневморегенерация(т.е. регенерацияструей воздуха).Весьма частодля очисткипеска используетсяспособ «кипящего»слоя. Для этогов движущийсяслой пескавводят вращающиесялопатки. Приэтом скоростьвоздуха рассчитываетсятак, чтобы частицыпеска не уносилисьс воздухом, анаходилисьв потоке вовзвешенномсостоянии, т.е.как бы кипели.Скорость движенияпеска регулируетсятак, чтобы периоднахождениячастицы пескабыл вполнедостаточнымдля ее полнойочистки. Сложнеепереводитсярегенерацияжидкостекольныхсамоотверждающихсясмесей. Длявосстановлениятаких смесейприменяетсяспособ химическоговосстановлениясвойств песка,который основываетсяна селективномрастворениив кипящем растворещелочи. Концентрациящелочи 1-15%; времяобработки = 1час, температура+100°С; степеньизвлеченияжидкого стеклане менее 70%. Эффективностьпроцесса регенерациина основеселективногорастворенияпозволяет егоиспользоватьне только собычными материаламитипа кварцит,но и с дефицитнымипродуктами,такими какнапримерэлектрокорундом.Способ селективногорастворенияобеспечиваетвысокое качестворегенерации.Содержаниепримесей врегенерированномпродукте составляет:SiO20,6%; FeO30,12%; Na2O0,04%. ПереработкаТПО основныхматериаловлитейногопроизводстване решает всехпроблем и вчастностииспользованиявспомогательныхматериалов. К таким материаламследует отнестизолу и шлак,которые образуютсяпри сжигании.Шлаки в зависимостиот места добычисодержат различныеценные компоненты.Известно, чтобурые угли,добываемыев Подмосковьедают шлаки свысоким содержаниемалюминия. Поэтому,мартеновскиешлаки применяютсяв качествефлюсов в доменныхпечах. Сварочныешлаки из нагревательныхпечей богатыжелезом. Поэтому,такие шлакидобавляютсяв шихту в доменныхпечах для частичнойзамены рудыс целью ее экономии.Шлаки, содержащиефосфор, могутиспользоватьсяв качествеминеральныхудобрений.Однако здесьследует обратитьпристальноевнимание нато, чтобы в такихпродуктах несодержалиськанцерогенныевещества иособенногалоидированныеДО и ДПВ. Какизвестно I и IIпредставительДО, как наиболееопасные (См. предыдущиеглавы) имеютвысокую температуруплавления икипения. А ДО,содержащиебром, синтезируютсяв качествепобочных продуктовпри t=+700-900°С и этоявляется оченьопасным фактором.Поэтому прииспользованиишлаков всехвидов необходимознать предысториюи экогеографиюдобычи исходноготоплива, котороеслужит сырьемдля полученияшлака. Бездумноиспользоватьлюбой практическипродукт, содержащийценный компонентни в коем случаенельзя. Особенноэто касаетсясырьевых материалов,где могут участвоватьгалогены хлор,бром. Опытподсказывает,что в некоторыхслучаях шлакис успехом могутприменятьсяв медицинскойпрактике. Доменныешлаки с учетомвышесказаннойоговорки содержатряд химическихсоединенийсеры, кальция,магния, железа.Растворяясьв воде и используятакую водупосле проведениятщательногоанализа, можноизлечиватьряд болезней:невралгическиезаболевания,различные формыкостно-суставныхзаболеваний.Но разумеемсяперед применениемдля лечениятакую водуследует проанализироватьна содержаниеканцерогеновв том числе ина супертоксиканты- галоидированныеДО и ДПВ. Дляпроведенияанализа на этиксенобиотикиДО и ДПВ требуетсяприменениеспециальныхметодов анализа:концентрированияи отделенияот фоновыхвеществ, и далеепроведениеанализа на ДОи ДПВ с помощьюгазовой хроматографиии масс-спектрографиис высокой разрешающейспособностьюи чувствительностью.Если проведениетаких анализовна месте невозможно, тонеобходимоих выполнятьпо договоренностив соответствующихорганизацияхв г.г. Москве,Санкт-Петербургеили Уфе. Безпроведениятаких анализовиспользоватьшлаки дляприготовленияминерализованнойлечебной водынельзя. Кромеданного примененияшлаки используютсяв качественаполнителяв строительнойиндустрии дляформованияиз цементнойсмеси шлакоблоков.Но это подробнорассматриваетсяв соответствующемпараграфе.
1.1. ТПО цветныхметаллов иполиметаллов
Под понятиемполиметаллапонимаетсямасса ТПО металла,которые состоятиз несколькихсортов различныхметаллов, нанесенныхэлектрохимическимпутем. Частоосновой изделияявляется железоили медь, а вкачестве покрытияиспользуютсяцветные и редкиеили даже драгоценныеметаллы: золото,платина, серебро.Это относитсяв первую очередьТПО от радиоэлектронныхизделий, некоторыхтипов контрольно-измерительныхприборов, некоторыхэлектротехническихагрегатов(например,выпрямителейтока и ТП). Собранныев зависимостиот вида ТПОтаких изделийподвергаютсяпереработкев гальваническомпроизводстве,где производитсяснятие металлическихпокрытий послойноэлектрохимическимспособом. Например,олово и егосплавы снимаютсяв растворе,содержащем50-100 г/л NaOH при температуре+60-70°С. Серебренноепокрытие удаляетсясмесью концентрированныхазотной и сернойкислот. Способыпереработкисолей серебраоснованы наполучениихлористогосеребра AgCl, которыйпри его образованиивсегда выпадаетв осадок. Этоявляется важнейшейкачественнойреакцией насеребро, точнеена катион серебраAg'. Металлическоесеребро снятоес тонких поверхностейполиметалловрастворяютсяв азотной кислотев виде азотнокислогосеребра - AgNO3 итакже осаждаетсядалее из раствораподачей солянойкислоты иобразованиемосадка хлористогосеребра AgCl. Далеепосле рядапрепараций(промывка водой,подкислениесоляной кислотойHCl) осадок кипятятс цинком. Послеокончанияреакции восстановлениясеребра, егоотделяют отцинка и послеряда химическихстадий очисткиполучаетсячистый готовыйпродукт. Снятиезолота с поверхностиполиметаллапроизводитсятакже определеннымхимико-техгнологическимприемом с применениемазотной кислоты.Работы выполняютсяпри эффективнойработающейтяге с вытяжкойвоздуха длятого, чтобысвести к минимумувыброс оксидовазота, которыедолжны улавливатьсясорбентом(активированнымуглем или другимпоглотителем).Другой способснятия золотазаключаетсяв обработкеполиметаллическихповерхностейрастворомщелочи. Дляэтого поверхностьполиметалланесколько разобливаетсягорячим растворомщелочи. Диффузияраствора щелочинарушает адгезию(прилипание)с другим основнымметаллом изолотое покрытиеснимается вводе губкойили щеткой.Если материалосновнойметаллическойповерхностимедь, то вышеописаннаяобработкаоказываетсянеэффективной.Изделие изполиметалла,где основнаяповерхностьмедь с цельюотделениязолота от мединаправляетсяна соответствующеемедеплавильноепроизводство,где металлыразделяютсяобычным способом. Следует отметить,что коэффициентиспользованияметалла в бывшемСоветском Союзепо данным 1990г.,составила всего0,7, то есть 70%. Такимобразом ~30% металлашло по данным1990г. в так называемыеотходы. Сейчас,очевидно, этоткоэффициенттолько снизилсядля всех видовметалла. Этоконечно недопустимо.Использованиевторичногосырья на сегодняприобретаетеще большуюзначимость,так как крайнедорогими оказываютсяцены на энергетику.ИспользованиеТПО черных ицветных металловвместо рудыдает значительнуюэкономию энергетикив процентах:
для:
алюминия- 95
меди - 83
свинца - 64
цинка - 60
стали - 74.
Раньше государствопривлекалодетей для сбораметаллолома.Сейчас такиесхемы не работают,и очень многометалла (особенностали, отходыаккумуляторныхбатарей в видесернокислогосвинца) идетна созданиестихийныхнесанкционированныхсвалок ТП и БО.Так наблюдаетсяпрактическиповсеместно.Хозяйственник,обыватель живетпо принципу:земли в Россиимного, осквернятьприроду можно,никто не накажет,не посадит, идаже не оштрафует.Не то, что в давниежесткие времена. В то же время,настоящиерачительныехозяйственники- предприниматели,думающие обудущем в условиях«рыночно-базарных»отношений сталив большей мереиспользоватьвторичные видыметаллическогосырья, а именноТПО для всехвидов черныхи цветных металлов.Таких настоящиххозяйственниковне много, ноони есть. А эти,хотя сейчасвесьма значительнаячасть, а можетбыть и преобладающаячасть не честныхпредпринимателей,стремящаясякак можно скорейнажиться, ксожалению непонимает рольи значение ТПи БО.
1.2. ТПО металлургическихпроизводстви их переработка
В какой-томере не многомы коснулисьэтих вопросовв предыдущемпараграфе. Однако, веськомплекс переработкиТПО металлургическихпроизводствнами не рассматривался.
ТПО металлургическихпроизводствможно несколькоусловно подразделитьна 2 группы:
ТПО в чернойметаллургии.
ТПО в цветнойметаллургии.
Отходы вчерной металлургииобразуютсяуже на стадиидобычи руды.При этом следуетотметить, что~ 70% вскрытых породи отходов обогащенияможно использоватьдля производствастроительныхматериалов.Так напримерпороды железнойруды Курскоймагнитнойаномалии можноиспользоватьдля этой цели. Агломерационныепроизводстватакже даютбольшой процентотходов. Такочистка агломерационныхгазов от пыли,которая содержитжелезосодержащийкомпонентосуществляетсясухим или мокрымспособом. Очисткагаза с использованиемэлектрофильтрови способ сухойтранспортировкисорбируемойпыли позволяетустранить почтиполностью сброссточных вод.
Важным шагомиспользованияшламов, содержащихжелезо и улавливаниявсеми способамипыли являетсяприсадка этихшламов к агломерационнойшихте. Крометого, необходимо,чтобы все шлакии пыль, улавливаемыевсевозможнымиспособамиполностьюутилизировалисьпо прямомуназначению.Из мировойпрактики известно,что в ряде странЕвропы пыльиз рукавныхфильтровферросплавленныхпечей используетсядля выплавкиуглеродистогоферромарганца.Применяетсятакже пыльмагнетизирующегообжига железоборитовойруды на одномиз производствЕвропы. Известнотакже, что пыльаморфногокремнезема,который получаетсякак отходферросицилия,применяетсяпри полученииряда пластическихмасс в качественаполнителя.
В чернойметаллургииприменяетсябольшое количествоогнеупорныхматериалов,которые сравнительнобыстро изнашиваются.Поэтому длятого, чтобыиспользоватьих повторнопредложенатехнологияпримененияэтих изношенныхсостарившихсяогнеупорныхматериаловв производствеогнеупорногобетона в строительнойотрасли производства.Для этого огнеупорныесостарившиесяматериалыдробятся, азатем смешиваютсяс высокимимарками цементаи замешиваетсяобычный цементныйраствор в 2-хлопастномсмесителеВернера - Пфлейдерера.Раздробленныеогнеупорныематериалыслужат наполнителемв таком строительномрастворе. Изполученногораствора формуетсяогнеупорныйбетон или отдельныеогнеупорныеизделия. Вметаллургическомпроизводстве80% от общегоколичестваТПО составляютшлаки. Шлакиопределяютпрактическисущность организациибезотходногометаллургическогопроизводств.Доменный шлакшироко применяетсядля массовогопроизводстваширокого ассортиментастроительныхдеталей (блоков,плит и т.п.). Главнымитоварнымиизделиями дляреализациииз ТПО металлургииявляются следующие(в процентах):
Различныевиды гранулированногошлака - 54,
Щебень- 35,
Шлаковаяпемза - 3,6,
Обратныйпродукт дляметаллургии- 4.
В значительнойстепени используютсяи перерабатываютсядоменные шлаки.Все нормальныесерьезныеметаллургическиепроизводстваимеют участкипо переработкедоменных шлаков.Особенно важнымтоварным продуктом,получаемымна основе доменныхшлаков естьгранулированныйшлак. У нас в90-х годах около30% цемента производилосьна основе шлаков.При условиивведения вшихту до 30% шлакаэнергетическиезатраты напроизводствоособых видовшлакоцементаснижается на20%.
Широко применяетсяшлак для получениятакого продукта,как шлаковаяпемза. Шлаковаяпемза используетсякак пенистыйнаполнительряда конструкционныхбетонов. Приэтом старениетаких бетоновв отличие отнаполнителейна основесинтетическихполимерныхматериаловне сопровождаетсявыделениемкаких-либопродуктовсинтетическойхимии. Тяжелыефракции шлаковойпемзы применяютсядля полученияминеральнойваты. Шлаковыйщебень, получаемыймедленнымохлаждениемшлака способствуетобразованиюкристаллическойструктуры.Щебень получаетсяиз жидких шлаков,из остывшихшлаков и изотвалов. Широкоеприменениешлакового щебняпозволяетизбежатьстроительствановых карьеров.В металлургическихпроизводствахработают установкипо производствуминеральнойваты из огненно-жидкихшлаков. Использованиежидких шлаковпозволяет нетолько экономитьсырье, но и снизитьэнергетическиезатраты. Трудоемкостьпроизводстваминеральнойваты на основежидких доменныхшлаков ниже,чем изделийиз щебня. Запоследниедесятки летвозросла переработкашлаков сталеплавильногопроизводства. Конвертерныешлаки, содержащие40-50% CaO; 25% Fe2O3; 8% MnO2; ~ 8% Fe используютсядля выплавкичугуна в аглошихте.Это восстанавливаетимеющееся вшлаках содержаниемарганца, адополнительноеметаллическоежелезо позволяетуменьшитьпотребностьво флюсе. В 90-егоды возрослапереработкаферросплавныхшлаков. Ониперерабатываютсяна оборотныйпродукт дляметаллургии,для производстващебня, гранулированногошлака длястройиндустрии.При переработкешлаков из нихизвлекаютсяметаллическиевключенияразличнымиспособами втом числе магнитнымисепараторами.
Ферросплавныешлаки, содержащиезначительныйпроцент ценнейшихэлементов ибольшой процентжелеза целесообразноиспользоватьв самой металлургии. Использованиепри выплавкечугуна, содержащегосущественныйпроцент углерода,шлаков ферросицилия,смеси силикатов- 40-60%; корольков- 30-45%; и карбидакремния от 3 до16% позволяетсущественноувеличитьпроизводительностьдоменной печии снизить расходкокса, приодновременномуменьшениирасхода кварцита. Шлаки от производствамарганцовыхсплавов применяютсяпри их производствеи при плавкечугуна. Этопозволяетзначительноэкономитьмарганец вметаллургическомпроизводстве.
Примеромбезотходногопроизводствав черной металлургииявляется бездоменныйспособ полученияжелеза на Оскольскомэлектрометаллургическомкомбинате наоснове высокосортныхжелезных рудКМА. Применениебездоменной(бескоксовой)технологииполучения сталиобеспечивалов течение рядалет отечественныепредприятиявысококачественнойметаллургическойпродукцией.Одновременнотакая технологияявляется болеепрогрессивнойтак как наноситменьше вредаокружающейприроднойсреде.
При производствецветных металловтакже имеютсяТПО. Так например,обогащениеруд цветныхметаллов расширяетприменениепредварительнойконцентрациив тяжелых средах,и различныхвидов сепарации.Процесс обогащенияв тяжелых средахпозволяеткомплексноиспользоватьсравнительнобедную рудуна обогатительныхфабриках, которыеперерабатываютникелевые,свинцово-цинковыеруды и рудыдругих металлов.Легкая фракция,получаемаяпри этом, используетсяв качествезакладочногоматериала нарудниках и встроительнойиндустрии. ВЕвропейскихстранах используютсяотходы, образующиесяпри добыче иобогащениимедной руды,для закладкивыработанногопространстваи опять такив производствестроительныхматериалов,в дорожномстроительстве.
При условиипереработкибедных низкокачественныхруд широкоераспространениеполучаютгидрометаллургическиепроцессы, которыеиспользуютсорбционные,экстракционныеи автоклавныеаппараты. Дляпереработкиранее выбрасываемыхтрудноперерабатываемыхпирротиновыхконцентратов,которые являютсясырьем дляполученияникеля, меди,серы, драгоценныхметаллов существуетбезотходнаяокислительнаятехнология,проводимаяв аппарате-автоклавеи представляющаяиз себя экстракциювсех основныхвышеназванныхкомпонентов.Эта технологияиспользуетсяна Норильскомгорно-обогатительномкомбинате. Изотходов заточкитвердосплавногоинструмента,шлаков припроизводствеалюминиевыхсплавов такжеизвлекаютсяценные компоненты. Нефелиновыешламы припроизводствецемента такжеиспользуютсяи позволяютповыситьпроизводительностьцементных печейна 30% при снижениирасхода топлива. Почти все ТПОцветной металлургииможно использоватьдля производствастроительныхматериалов.К сожалению,пока еще не всеТПО цветнойметаллургиииспользуютсяв строительнойиндустрии.
На Ачинскомглиноземномкомбинате совторой половины80-х годов снизиласьсебестоимостьглинозема почтив 2 раза за счеткомплекснойпереработкинефелиновыхруд на глинозем,содопродукты.Это позволилопредприятиюснизить себестоимостьпроизводствакальцинированнойсоды (Na2CO3) почтитакже в 2 разапо сравнениюс другимипредприятиями.
В ряде странвосточнойЕвропы внедренапрактическибезотходнаятехнологияпереработкибокситов,утилизируетсятак называемыйкрасный шлам,уменьшеныпотери припроизводствещелочных металлов.По специальноразработанномутехнологическомупроцессу получаютглинозем, оксидыжелеза, продуктыдля цементнойпромышленности.На Челябинскомэлектролитномзаводе действуетгидрометаллическийспособ переработкицинкового сырьяпо практическибезотходнойтехнологии.На этом предприятиивысоки показателиизвлеченияметаллов, серы. Известно, чтозатраты наминеральноесырье в цветнойметаллургиисоставляютболее 70% всехзатрат напроизводствопродукции.Сложный составсырья, перерабатываемогона производствахцветной металлургиии низкое содержаниеполезных компонентовсоздают условиядля образованиясамых большихв добывающейотрасли отходовот добычи рудыдо переработки.Однако, несмотряна ряд положительныхфактов в нашетрудное переходноевремя многодействующихпредприятийработает постарой традиционнойтехнологиипереработкисырья, предусматривающейполезноеиспользованиетолько сравнительнонезначительнойчасти сырья.Сейчас этоособенно усилилось,так как, во-первых,сократилисьили полностьюприостановленывсе исследовательскиеработы покомплексномуиспользованиюсырьевых ресурсови переработкевсех отходов.Во-вторых,значительноснижены требованияприродоохранныхорганизацийк выполнениюряда работ поразработкебезотходныхтехнологий.В-третьих, дляполной реализациирезультатовисследовательскихработ из большинствапредприятийметаллургическогопроизводстванет материальныхсредств, каки во всех другихотраслях народногохозяйства.Предприятияметаллургиинаходятсязачастую влежачем положенииили попростуне до безотходныхтехнологий,лишь бы просуществовать.Несмотря навсе сложностии разнооттеночностьполитическойпалитры Россиядолжна выбратьсвой путь движениявперед, ту золотуюсередину, котораяпозволит решатьпостепенновсе вопросынародногохозяйства втом числе ивсевозрастающуюнеобходимостьпереработкивсех твердыхпромышленныхи бытовых отходови особенно вгорно-обогатительнойи в металлургическойиндустрии. Покаеще у человеческогорода есть шанссохранить свойрод и нашу зеленуюпланету. Новремени дляраздумий ираскачки остаетсявсе меньше.Дальнейшеепромедлениерешения многихэкологическихпроблем, в т.ч.и переработкитвердых отходов,недопустимово имя живущихи будущих поколений.
2.ТПО стекольныхи керамическихпроизводстви их переработка
Исходяиз технологииполучениястекла и стеклоизделийглавными компонентамистекла являютсядиоксид кремнияSiO2, содержаниекоторого встекле составляетот 40 до 80% (по массе),в кварцевыхстеклах от 96до 100% и ряд другихнеорганическихоксидов.
Дляправильногопониманиясвойств ТПОстекольныхпроизводствразберем химическийсостав различноговида стекла.
Таблица 3.1.
Вид стекла | Химическийсостав (% по весу) | |||||||||||
SiO2 | Na2O | K2O | CaO | BaO | MgO | ZnO | PbO | Al2O3 | Fe2O3 | B2O3 | As2O3 | |
| Обычное | 75,3 | 13,0 | - | 11,7 | - | - | - | - | - | - | - | - |
| Оконное | 71 | 16 | - | 8 | - | 3,3 | - | - | 1,5 | 0,2 | - | - |
| Бутылочное | 70 | 15 | 2,8 | 10 | - | - | - | - | 3,0 | 2,0 | - | - |
| Электроламповое | 71 | 14 | 3 | 5 | - | 3 | - | 3,5 | 0,3 | 0,2 | - | - |
| Лабораторное | 69,8 | 8,8 | 5,6 | 8,2 | - | - | - | - | 4,9 | - | 2,7 | - |
| Иенское | 65,3 | - | - | - | 12,0 | - | 4,2 | - | 3,5 | - | 15,0 | - |
| Пирекс | 80,5 | 4,4 | 0,2 | 0,4 | - | - | - | - | 2,1 | - | 11,9 | 0,5 |
ТПО стекольныхпроизводстввключаютразнообразныевиды твердыхотходов. Этоотходы, образующиесяпри производствестекла и стеклоизделий,и ТПО от готовойпродукции.Итак, твердыепромышленныеотходы, образующиесяв процессепроизводствастекла и стеклоизделийвключают следующиеосновные виды:
Смесь солейCa и Mg.
Эта смесьсостоит из30-50% CaSO4; 20-30% CaF2; ~10% CaO; 15-25% MgO. Влажностьхранящейсясмеси зависитот времени годаи светопогодыи составляетот 20 до 40%%.
Брак производства,стеклобой.
Осадок изотстойников,шлам, соли Na, Ca,Si.
Древесныеопилки, срезкии т.п. в качествепобочныхсопутствующихвспомогательныхотходов.
Кроме тогов производствекварцевогостекла образуютсярад ТПО в видесоединенийSiCl4, GeCl4, POCl3.
Рассмотримпервый вид ТПО.Смесь солейCa и Mg, главнымкомпонентомиз которойявляется сульфаткальция, фторидкальция, оксидкальция и магния.Больше всегов этой смесисодержитсясульфата кальция- CaSO4. Сульфат кальцияв виде кристаллогидратаесть гипс -CaSO4·2H2O. Гипс - этовяжущий строительныйматериал. Итаквыше +66°С в безводномсостоянии(ангидрид) израствора выделяетсясульфат кальция.Если температураниже +66°С, то изводного раствораосаждаетсягипс - CaSO4·2H2O, т.е.кристаллогидрат.Нагреваниегипса до +150°Спереводит егов более бедныйводой кристаллогидрат- 2CaSO4·H2O. Если замешатьэтот порошок2CaSO4·H2O с водой (70% отвеса гипса), топроисходитобратноеприсоединениеводы, сопровождающеесяотвердениемвсей массывследствиеее перехода:
2CaSO4·H2O + 2H2O 2 [CaSO4·2H4O].
Таким образомобразуетсягипс. Это свойствоперехода сульфатакальция изодного кристаллогидратав другой можноиспользоватьдля получениясамых разнообразныхизделий отдекоративнойплитки дохудожественныхгорельефовдля коттеджей,офисов и т.п.Так в частностии получаютсяразличные видыизделий на рядемалых предприятий.Итак, к замешиваемойкомпозициина основе сульфатакальция CaSO4 добавляютсяТПО первоговида, а именносмесь CaSO4; CaF2; CaO и MgO. Приэтом переддобавкой этиотходы высушиваютсяи дробятся.Сушка отходовпервого видапроизводитсяпри температуреt +170-180°С. Добавкаэтих видов ТПОв основнуюмассу производитсяв количествеот 10 до 45% от общеговеса. Передвведением водынеобходимодостижениеполной однородностикомпозиции,что достигаетсяинтенсивнымперемешиваниемили в смесителе,или в ручнуюв зависимостиот необходимости.Для приготовлениядекоративныхизделий ихудожественныхгорельефовпри ограниченномколичествеформ следуетприменятьручное перемешивание.Здесь, по-видимому,необходимопринять вовнимание быстрыйпереход одногокристаллогидратав другую формукристаллогидрата.При этом в процессепроизводствабыло отмечено,что если добавкиCaSO4, CaF2, MgO и CaO вводятсяв количестве10% от общей массы,то свойстваформуемыхизделий практическине изменяются.Если добавкиCaF2, MgO и CaO, CaSO4 составляют20-45% от общей массысмеси, то у готовыхизделий начинаютснижатьсяфизико-механическиепоказателии одновременноготовые изделияначинают белитьсяпри контакте.Окраска декоративнойплитки и художественныхизделий снимаетэтот недостаток.Покрытие плиткойизделий, поверхностей,наклейкухудожественныхизделий можнопроизводитьразличнымивидами клееворганическойи неорганическойприроды. Такимобразом можнополностьюиспользоватьотходы первоговида - смесьCaSO4, CaF2, MgO и CaO. Применениеуказанной смесидля нужд сельскогои лесного хозяйстванецелесообразно.Дело в том, чтов состав смесивходит сульфаткальция, т.е. схимическойточки зрениясоль сильнойкислоты - сернойкислоты H2SO4 ислабого основания- гидроксидакальция - Ca(OH)2. КатионCa2+ оказываетв общем благотворноевлияние напочвенный слой.Однако анионSO42-, содержащийеще серу S и анионсильной кислотыможет постепенноспособствоватьзакислениюпочвы. А этонежелательныйпроцесс. Он ибез добавокпроисходит,почти повсеместнов центральныхобластях РФ.Поэтому вводитьсмесь CaSO4, CaF2, MgO и CaO впочву в качествеминеральногоудобрениянежелательно.Сами по себеоксиды MgO и CaO длябольшинствапочв полезны,они снижаюткислотностьпочв, введениемих в почвенныйслой достигаетсяизвесткованиепочвы и в конечномитоге этоспособствуетформированиюкомковатостипочвенногослоя. Но посколькусульфат кальцияCaSO4 содержитсяв смеси в большихколичествах,то общий эффектвоздействиясмеси на почвуможет оказатьсяотрицательнымиз-за наличиясульфат-иона.
ТПО второговида, а именнобрак и стеклобойследует использоватьна переплавку. Обычно стеклобойидет на переплавкув количествеот 40 до 100% от первичногосырья. Возможноприменениестеклобоя вкачестве наполнителяв дорожномстроительстве.Для этого онпредварительнотщательнодробиться, ауже потом идетна приготовлениемассы для дорожногопокрытия. Стеклобойможет использоватьсятакже для получениястроительнойкерамики, панелейи т.п. Практическуювозможностьиспользованияизмельченныхотходов стекловолокнапоказал Полоцкийзавод стекловолокна,который началпроизводствокирпича длястроительныхцелей с добавкойтаких отходов.Здесь в основнуюмассу дляприготовлениякирпича вводятсяотходы стеклянноговолокна (в процентахот основноймассы SiO2 - 53; Al2O3 - 15; Fe2O3 -0,4; CaO - 17; MgO -4; K2O + Na2O * 0,5; B2O3 - 10,3. Получаемыекирпичи имеютболее высокиефизико-механическиепоказателии поэтому пользуютсянаибольшимспросом упокупателей.Для приготовлениясырой массыкирпича можноиспользовать2-х лопастныйшнековый смесительтипа Вернер-Пфлейдерерапериодическогодействия. Третийвид сырья, осадокиз отстойников,соли Na, Ca, Si. По-видимомудля переработкиэтого осадканужно перевестиводо-растворимыесоли Na в раствор,а затем использоватьэтот растворв зависимостиот его химическойприроды. Соликальция и кремнияиспользоватьпо назначениютакже в зависимостиот их химическойприроды.
В производствекварцевогостекла образуютсятакже ТПО особоговида, а именноGeCl4, SiCl4 и POCl3. Из трехсоединенийособое вниманиезаслуживаетчетыреххлористыйгерманий GeCl4, таккак германийпринадлежитк рассеяннымэлементам .Кроме тогонельзя забывать,что германийшироко используемыйполупроводник. Содержаниегермания вземной коресоставляет7 - 10-4% (весовойпроцент). Дляразделениясмеси GeCl4; SiCl4; POCl3 данныекомпонентыследует подвергнутьразгонке приобычных условиях.При этом следуетсобрать всекомпонентыраздельно.SiCl4 кипит и отгоняетсяпри t=+57°С; GeCl4 кипитпри t=+86°С; в остаткев кубе останетсяPOCl3, который кипитпри t=+107°С. Четыреххлористыйгерманий GeCl4 приобычных условиях жидкость, которуюможно подвергнутьгидролизу вводной среде.Последнеесвойство германияможно использоватьдля полученияэлементарногогермания посхеме 3:
GeCl4 + 4H+ + 4OH- Ge(OH)4 H4GeO4 = 2H+ + GeO32- + H2O;
(вода) в избыткеДалее в водныйраствор слабойгерманиевойкислоты H2GeO3 следуетдобавить водныйраствор сильнойщелочи, напримерNaOH. При этом образуетсягерманат натрия,т.е. происходитобычная реакциянейтрализации:
2NaOH + H2GeO3 = Na2GeO3 + 2H2O
Соль германатнатрия Na2GeO3 можнополучить постепеннымвыпариваниемее водногораствора. Далеегерманат натрияможно подвергнутьмедленномутермическомуразложению.
Второй способполучениягермания (возможноболее надежный)заключаетсяв следующем.Для получениячистого GeCl4 применяютлибо ректификациюв кварцевыхколоннах снасадкой, либоэкстракциюпримесей изGeCl4 концентрированнойсоляной кислотойHCl, либо последовательноту и другуюоперацию. ОчищенныйGeCl4 гидролизуютв трижды дистиллированнойводе, получаютGeO2, промываютее спиртом(C2H5OH) и сушат. СодержаниеCu, Ni, Fe, Mn в полученномсоединенииGeO2 не должнопревышать ~10-6- 10-7%; Si; Sb; As; P не более~10-5%. Чистый Ge получаютвосстановлениемиз GeO2 водородомпри t=+600-700°С. Ge в видепорошка в зонеповышеннойтемпературы(+1050°С) подвергаетсярафинированиюспособом зоннойплавки, описаннойниже.
Германатнатрия можетбыть использованкак сильныйвосстановитель.Такова общаякартина получениягермания подвум изложеннымвариантам. Дляполучениягермания, какдорогого товарногопродукта высокойстепени чистотыего подвергаютзонной плавке.Этот способочистки разработанв ГерманииПфанком в 1952 годуи связан снеобходимостьюполучениягермания особойчистоты дляполупроводниковойтехники. Способоснован наразличнойрастворимостипримесей втвердой и жидкойфазах - в твердойфазе она значительноменьше. Способдетально описанв прописи М.Х.Карапетьянцаи С.И. Дракина. Очищаемыйобразец помещаетсяв длинную узкуюлодочку, котораяразмещаетсяв вакуумнойкамере или винертной атмосфере.Эта так называемаялодочка размещаетсявнутри кольцевогоэлектронагревателяи под действиемкоторого плавитсякороткий участокобразца. Нагревательмедленно соскоростью 1см/чавтоматическипередвигаетсявдоль образца.Вместе с нагревателемсмещаетсярасплавленнаязона. Посколькурастворимостьпримесей вжидкой фазевыше, то примесисобираютсяв расплавленнойзоне и вместес расплавленнойзоной смещаютсяк концу образца.Проход зоныможно повторятьнесколько рази добиватьсявсе большейи большей очистки.Конец слиткагермания, содержащийнаибольшееколичествопримесей простообрезают. Нуи наконец отходывспомогательныхматериалов,а именно древесныеотходы можнои нужно использоватьпосле дроблениядля получениядревесно-цементноймассы (ДЦМ), изкоторой можноформоватьдревесно-цементныеплиты и употреблятьих в строительстве.Для полученияДЦМ раздробленнаядревесная массасмешиваетсясо связующимивеществами.Операцию смешенияможно и нужнопроизводитьвсе в том же2-х лопастномсмесителеВернера-Пфлейдерера.В качествесвязующегокомпонентаможно использоватьмагнезиальныйцемент, в которыйможно добавитьасбест дляприданияогнестойкостиили другиекомпонентынапримермелкораздробленныйи просеянныйшлак в качественаполнителя.Смесь древеснойваты (продукт,вырабатываемыйиз хвои), кострыкрупных волокнистыхрастений смагнезиальнымцементом даетматериал фибролит.Однако, живуюхвою использоватьдля стройиндустрииконечно варварство.На наш взгляддля этого подходиттолько мертваяхвоя.
Кроме того,раздробленнаядревесная массаиз ТПО можетидти на получениедревесностружечныхплит (ДСП). ПолучениеДСП производитсягорячим прессованиемдревеснойстружки сосвязующимвеществом, вкачестве которогоможет выступатьмочевично-формальдегиднаясмола. ДСП могутбыть использованыдля многихцелей. ПолучениеДСП производитсяплоским прессованиемили экструзией,т.е. выдавливаниемкомпозиции(древеснаямасса + смола)из специальногоэкструдера(выдавливаниеммассы черезэкструзионнуюголовку (фильеру).Кроме тогоможно на основеотходов древесиныполучатьдревесно-слоистыепластики. Этотматериал получаетсягорячим прессованиемиз древесногошпона, пропитанногосинтетическимитермореактивнымисмолами (например,фенолоформальдегиднойсмолой). Далее,из отходовдревесины можноизготовлятьдревесноволокнистыеплиты (ДВП). Дляэтого древесинуизмельчаютдо состояниятонкого волокна.Существуютдва способаполучения ДВП:
Мокрый способбез добавкисвязующеговещества.
Сухой способс добавкойсвязующеговещества.
В качествесвязующегоиспользуется(4-8% от массы)синтетическаясмола. С цельюповышениямеханическойпрочности ипридания стойкостипротив влаги,огня, действиямикроорганизмовв состав плитДВП вводятсинтетическиеи искусственныесмолы, антисептикит.п. После перемешиванияиз массы отливаютсяплиты, которыезатем высушиваются.
Если организацияили предприятиене имеют возможностиполучать изотходов такиеизделия, тотакие отходыдревесины последробления можноперерабатыватьв биомассуспособомэкологическойбиотехнологии,которая описываетсяподробно вследующихглавах.
Производствокерамическихизделий исходяиз спецификипроизводстваимеет такжеряд ТПО, которыепосле дробленияи исходя изконкретныхусловий нужноиспользоватьв качественаполнителя.Так для приготовлениядорожногопокрытия послесмешения сосвязующим в2-х лопастномсмесителе такуюмассу, содержащуюдробленыйкерамическийматериал можноиспользоватьпо прямомуназначению.ТПО, представляющиесобой кускии брак из обоженнойглины - хорошийнаполнительдля приготовлениястроительныхблоков с использованиемтакже различныхтипов связующих.
3. ТПОпри производствеполимерныхматериаловсинтетическойхимии, в т.ч. отходов резины,их свойстваи переработка
Здесь следуетподчеркнуть,что вторичнойпереработкемогут бытьподвергнутытолько ТПО изтермопластичныхсинтетическихматериалов,т.е. материалов,которые подвоздействиемтемпературыприобретаютсвойство пластичностии могут формоватьсяв различныеизделия. Термореактивныесинтетическиематериалы исоответственноТПО из них немогут повторнопереходитьв пластичноесостояние ввиду их химическойприроды. Темне менее такиеотходы изтермореактивныхматериаловтакже могутподвергатьсяфизическойили химическойпереработкес получениемполезных товарныхпродуктов.Детально этомы разберемв последующемматериале.
Способностьмногих термопластичныхматериаловв виде ТПОмногократноперерабатыватьсябез значительногоухудшения ихосновных свойствявляется важнымпреимуществомэтих материалов.По мере возрастаниястоимостисырья, связанногос истощениемприродныхресурсов и впервую очередьзапасов нефтипроблемаиспользованияТПО пластическихмасс приобретаетнаибольшуюактуальность. Для правильнойи четкой переработкиТПО пластмассв первую очередьдолжны отвечатьглавному принципу- однотипностьи чистота. Чтоже это такое? Однотипность- это то, чтобыв промышленныеотходы изполиэтилентерефталатане смоги ни прикаких обстоятельствахпопасть отходыиз полиэтиленаили поливинилхлоридаи т.п. Это вполнепонятно, т.к.каждый типполимерногоотхода имеетопределеннуютемпературуразмягченияи плавления,т.е. каждый типтермопластаможет перерабатыватьсятолько приопределенныхпараметрах. ТПО из полимерныхматериаловтакже как идругие видыТПО должнысобиратьсяв закрытую тарутак, чтобы тудане могли попастьметаллическиеотходы, масляныетряпки, грязь,пыль и т.п. Особенноопасны металлическиевключения, т.к.они моментальновыводят изстроя всеперерабатывающиеагрегаты: смесители,триовальцы,экструдеры,литьевые машины.Ремонт всехагрегатовсейчас обходитсяочень дорогои зачастуюпросто оказываетсяневозможным.Поэтому дляпереработкиТПО из пластмассперед дробилкамиТПО должныустанавливатьсямагнитныеловушки, чтобыудалять металлическиевключения (изчерных металлов)из отходов доих переработки.
ПрипереработкеТПО из пластмассподвергаютсявоздействиювысоких температур,сдвиговымнапряжениями окислительнымпроцессам. Привысоких температурахпереработкиТПО термопластовпод воздействиемтермомеханическихнапряженийв какой-то меревсе же подвергаютсядеструкции.При этом привоздействиимеханическихполей и температурыначинают разрушатьсядлинные цепиполимера имолекулярнаямасса такогоматериаластремится книжнему пределу.Решающее влияниена структуруполимера оказываюттермическиеи термоокислительныепроцессы. Приэтом процессавтоокислениявстречаетсянаиболее часто. Он характеренв том числе идля переработкиискусственныхматериалов,получаемыххимическимпутем из клетчаткии в частностидля сложныхэфиров целлюлозы(ацетатов целлюлозы).
Дляправильноговыбора процессапереработкиТПО из термопластовдолжны приниматьсяво вниманиеданные о реологииматериала,ориентировочныйфизико-химическийсостав термопластав том численаличие стабилизаторовмолекулярноймассы и цветостабилизаторов,данные о термостабильности,сыпучести,насыпной плотности,влажности ит.д. При подготовкеТПО из пластмасск переработкедля каждогоопределенноготипа термопластаи с учетом всехего свойствнеобходимовводить определенноеколичествостабилизаторов(стабилизаторовцвета и стабилизаторовмолекулярноймассы). Рассмотримвлияние многократнойпереработкина технологическиесвойства рядатермопластов,поскольку ТПОтермопластови есть объектдля многократнойпереработки.Начнем с полиолефинов.Как отмечаетШтарке , измененияструктуры вполиэтилене,который являетсяодним из представителейполиолефиновопределяютсяв значительноймере его исходнойхимическойи физическойструктурой.Большую рольдля данногополимера играетчисло двойныхсвязей, карбоксильныхгрупп и степеньразветвленности.Для высокомолекулярногополиэтиленапреобладаетдеструкция.Для полипропиленахарактерназависимостьдеструкцииот температурыпереработки.Свойства полистиролаи его сополимеровтакже значительнозависят отдеструктивныхпроцессов. ТПОиз термопластана основеполиметилметаакрилата(ПММА) притермомеханическойпереработкедеструктируютсяпо характерублизкому кавтокаталитическомупроцессу. Примернотакже себяведут при переработкеТПО из ацетатовцеллюлозы .Полиамиды примногократнойпереработкетакже деструктируются.Для поликарбонатаснижение вязкостирасплава припереработкеТПО также являетсясущественным.При переработкеТПО из поливинилхлоридаснижение молекулярноймассы происходитнезначительно.Поэтому этотполимер заслуживаетособого вниманиядля повторнойи для многократнойпереработкиего в виде ТПО,но с соблюдениемособых мерпредосторожностио которых мысообщим в дальнейшем. После рассмотренияобщих и частныхзакономерностейповеденияразличных видовТПО термопластовпри переработкеостановимсяна основахтехнологическогопроцесса переработкиэтих материалов.
Передпереработкойвсе ТПО пластмасспосле сортировкикаждого типаподвергаютсядроблению. Приэтом все дробилкинезависимоот типа должныоснащатьсямагнитнымисепараторами(ловушками) дляулавливанияметаллическихвключений (изчерного металла).Каждый тип ТПОтермопластапосле дробленияперерабатываетсяотдельно. Приэтом он можетперерабатыватьсясамостоятельноили в качестведобавки к первичномувиду сырья.Вариант переработки(отдельно илив качестведобавки) определяетсязачастую видомформуемогоизделия. Еслиизделие предназначенодля ответственныхцелей, скажем,для изделий,где не должнобыть существенногосниженияфизико-механическихпоказателей,то такие ТПОследует перерабатыватьтолько в качественебольшойдобавки к первичномусырью. Еслиизделие менееответственно,то его следуетформоватьтолько из отходов. Для примераскажем припереработкеТПО из поливинилхлоридадля полученияпопулярныхстиральныхрезинок раздробленныеотходы поливинилхлорида,содержащиеотходы металласледует расплавитьпри сравнительнонизких температурах,профильтроватьчерез среднююметаллическуюсетку (из цветногометалла, т.к.со временемвозможна коррозияматериаласетки), собратьв определенныйсосуд. Послеохлажденияматериал раздробитьи загрузитьво все тот желегендарный2-х лопастныйсмеситель,загрузить тудасоответствующихпластификаторовв композициюот 35 до 50% (по весу).После перемешиваниятакой композиции,приготовленнойтолько из ТПОПВХ ее следуетсформоватьв блоки - изделияразмером 30 x 100 x100 мм для последующейрезки на стиральныерезинки. Этирезинки пользуютсябольшим спросому учащейсямолодежи, учертежникови т.д. Они являютсявеликолепнымматериалом,так как ввидуналичия пластификаторов,последнийхорошо сорбируетчерный графитили черную тушьи тем самымхорошо очищаетчертеж илидокумент. Эффектоказываетсяпотрясающимпо сравнениюс обычной резинкой.Есть толькоодно но. Во- первых,переработкуТПО из ПВХ необходимопроизводитьпри великолепноработающейвытяжной вентиляцииво избежаниипопаданияпродуктовразложенияполимера наработающегоаппаратчика,мастера сменыи т.д. Во-вторых,каждому работающемупо переработкеТПО из ПВХ необходимособлюдать всемеры предосторожности:тщательно мытьруки послеокончанияработы, ни вкоем случаене приниматьпищу на рабочемместе.
Каждыйтип отходовтермопластовперерабатываетсяпри строгоопределенныхпараметрахисходя из егохимическойи физическойприроды и свойств.Все оборудованиедля переработкиподбираетсяконкретноисходя из объемовпереработкиТПО и вида такихотходов.
Например,для смешенияраздробленныхТП и БО из реактопластов(резиновойкрошки и другихотходов резинотехническихизделий), дляпереработкиприродныхполимерныхматериаловавторы предлагаютдвухлопастныесмесителиследующихтипов, выпускаемыеотечественнойпромышленностью(Первомайскийзавод химическогомашиностроения,г. Тамбов, ориентировочнаяцена по даннымна 1996 год - 600-800 млн.рублей из обычнойстали и в 2-3 разадороже из нержавеющейстали). Итак,типы смесителей.
ВШ- 1000 (Двухлопастнойна 1000 л)
ВШ - 2000 (Двухлопастнойна 2000 л)
ВШ - 630 (Двухлопастнойна 630 л)
Все аппаратыопрокидывающиеся.Возможно изготовлениес накладкамина днище дляпередачи материалав формовочныйагрегат.
Некоторымособняком припереработкеТПО полимерныхматериаловсинтетическойхимии лежиттехнологияпереработкиТПО производстварезины и резинотехническихизделий. Итак,к ТПО резиныследует отнестисобственноотходы производстварезины и отходырезино-техническихизделий в процессепроизводства. Предварительноостановимсяна видах резины.В зависимостиот содержаниясеры в резинеее называютмягкой (2-8% S); полутвердой(12-20% S); твердой илиэбонитом (25-30% S).При переработкерезины бываютследующие видытвердых отходов. А) Резиновыеневулканизированныеотходы (РНВО).Они включаютв себя смесине пригодныедля использованияпо прямомуназначению,и кроме тогоостатки резиновыхсмесей. Разумеетсясамым ценнымпродуктом этихотходов являетсякаучук, содержаниекоторого достигаетдо 90%. По качественнымпоказателямРНВО приближаютсяк исходномупервичномусырью. ПереработкаРНВО заключаетсяв следующем:
Сортировкаи отчистка отпостороннихвключений настрейнерахили рифайнервальцах.
Обработкаочищенныхотходов насмесительныхвальцах. Цельоперации - усреднениефизико-механическихпоказателей.Разогретаясмесь срезаетсяс вальцев ипоступает научасток дляпроизводстваготовой продукции. Б) Резиновыевулканизированныеотходы (РВО) -это отходыпроизводстварезиновыхсмесей на стадиивулканизациии отделки готовыхвидов продукции,а также бракованныеизделия. Содержаниехимическисвязанногокаучука достигает50%. РВО * ценныйвид сырья, хотяпо качествуотличаетсяот первичногосырья. РВОприменяетсядля получениятоварной резиновойкрошки; применяетсятакже как добавкак первичномусырью.
В) Резинотканевыеневулканизированныеотходы (РТНВО)это остаткипрорезиненныхтканей, образующихсяпри изготовлениизаготовок РТИ,а также брак.РТВНО такжесортируются,измельчаютсяна обычныхдробилках(ножевые, дисковыеи т.п.).ПодготовленныеРТВНО используютсякак добавкик первичномусырью илинепосредственнодля производствапередников,рукавов, бироки т.п. Г) Резинотканевыевулканизированныеотходы (РТВО)- это остаткиот штамповкии отделки готовыхизделий. Ониобразуются(РТВО) при производствеРТИ. РТВО перерабатываетсяобычным способом,а именно измельчаютсяи используютсяв качестведобавок припроизводствашифера, фартуков,надувных лодоки т.п. До сих пормы рассматривалиотходы в процессепроизводстварезины и резинотехническихизделий. Сейчасразрешитеостановитьсяна ТПО резинотехническихизделий послеих эксплуатации.Для переработкирезино-техническихотходов послеих эксплуатации,которыми являютсяглавным образомпневматическиешины используютсяследующиепроцессы, которыеявляютсятрадиционнымии обычными:
Подготовкасырья.
Механическаяобработка,девулканизата.
Девулканизациярезины.
Остающаясяпосле регенерацииРТИ текстильныеволокна применяютсядля получениятехническойваты, т.к. в большинствеслучаев длятаких целейиспользуетсявискозное(гидратцеллюлозное,кордное) волокно.Такая вата, каки любой образеццеллюлозыявляетсявысокогидрофильным(т.е. влагоемким)материалом.Кроме тоготакое волокноможет бытьиспользованодля получениянетканныхматериалов. На первых стадияхподготовкисырья на специальныхборторезкахотделяютсяпроволочныекольца. Далеепосле отделенияпроволокирезиновые шиныразрезаютсямеханическиминожницами илиспециальныммеханическимприспособлениеми далее рубятсяна сегментына шинорезках.После этогопродукт измельчаетсяна дисковыхмельницах илимолотковыхдробилках.Далее раздробленнуюрезиновуюкрошку отделяютот остатковволокна и частицметалла навибрационныхсеялках, натрепальныхбарабанах ис помощью магнитныхи воздушныхсепараторов. Далее резиноваякрошка подвергаетсядевулканизации,т.е. процессупри которомпод действиемтермомеханическихнагрузок икислородавоздуха распадаетсятрехмернаявулканизационнаясетка резины(т.е. разрываютсяпоперечныесвязи междумакромолекуламиS - S - связи). Одновременнос основнымпроцессомдевулканизациирезины происходитпобочные процессы(как в любомхимико-технологическомпроцессе), аименно:
а) Частичныйразрыв связивнутри макромолекулы,т.е. протекаетмакромолекулярнаяреакция - деструкциямакромолекулкаучука.
б) Частичныйраспад химическихпоперечныхсвязей сетки.
По множествупричин в составрегенератавходят такназываемыегель-и зольфракции.Гель-фракции,содержащиене разрушенныепоперечныесвязи набухаютограниченнов обычныхрастворителях.Золь-фракции,имеющие меньшуюмолекулярнуюмассу влияютна некоторыефизико-механическиепоказателиизделий. Девулканизацияпроводитсяв присутствииактиваторови мягчителей.Активаторамиявляютсяалифатическиеи ароматическиемеркаптаныили их производные,т.е. те химическиесоединения,которые в силусвоей химическойспецифичности(подобноерастворяетсяв подобном)близки высокомолекулярнойрезине по своейхимическойприроде. В качестветак называемыхмягчителейиспользуютсядревесные,сланцевые,кумароноинденовыесмолы или мазутиз нефти. Мягчителиспособствуютускорениюдеструктивныхпроцессов иснижают возможностьтермическогоструктурирования.
Девулканизацияпроизводитсяследующимиспособами:
Паровой способвыполняетсяв горизонтальныхкотлах приt=170±100 в среде острогопара в течение7±1 час. Т.е. этотпроцесс нескольконапоминаетпо физическимпараметрамварку древеснойщепы или хлопковоголинта для получениядревесной иливысокооблагороженнойхлопковойцеллюлозы,только варкутам производятпод большимдавлением.Паровой способдевулканизацииможет сокращендо 2-3 часов илидаже до 30 мин.,а температураможет быть до+200-300°С. Одним изсущественныхнедостатковданного способаварки в неподвижномкотле естьотсутствиеперемешиванияв массе. Следствиемэтого являетсянеоднородностьполучаемогопо свойствампродукта. Такназываемыйводо-нейтральныйспособ состоитв том, что ввертикальныйаппарат с мешалкойзаливают 2-3 кратныйизбыток водыпо отношениюк резине, загружаютдробленуюрезиновуюстружку и реагентыдля регенерации.Нагрев аппаратапроизводитсяострым паромдо температуры+170-180°С и далеевыдержка приданной температурев течение 5-6 часов.Продукт получаетсяболее однородными деструкциярезины протекаетв меньшей степени. Наконец девулканизациярезины осуществляетсянепрерывнымтермомеханическимспособом вчервячномаппарате. Осевоеусилие в работающемобъеме аппаратасоставляет>1 Мн (100 тс), температуравнутри аппаратадостигает +200и более °С.Продолжительностьдевулканизациив таких условиях10-15 мин. В такихусловиях присутствуютнезначительныеколичествакислорода ипоэтому деструктивныепроцессы протекаютв еще меньшейстепени. Способдевулканизациипроводитсяв водной средев двухшнековыхсмесителяхнепрерывногодействия припочти комнатнойтемпературе.При такой температуререзко снижаютсявсе окислительныепроцессы, резкоснижаютсядеструктивныепроцессы иодновременноуменьшаетсятермическоеструктурированиерезины. Этопозволяетполучатьрегенерированныйпродукт, приближающийсяпо свойствамк обычной резине.Достоинствомданного способаявляется возможностьприменениятепловогооборудованияи возможностьпримененияводной дисперсиив качестветоварногопродукта, отчастизаменяющеголатекс каучука. Далее послепроведенияважнейшейфизико-химическойи химико-технологическойоперациидевулканизацииполуфабрикатподвергаетсямеханическойобработке дляперевода егов товарныйпродукт. Механическаяобработкаопределяетсякачествомполученногодевулканизата.Засоренныйполупродуктподвергаетсятак называемомустрейнированию.Это заключаетсяв гомогенизациипродукта нарегенеративно-смесительныхвальцах (тоесть в полученииболее однородногополуфабриката).Крупные частицырафинируютна вальцах, гдепроисходитих перетирание.
Регенерированныйполуфабрикатрезины в дальнейшемприменяетсяв производстверезинотехническихизделий общегоназначения(автомобильныхшин, резиновойобуви, спортинвентаряи т.п.). В зависимостиот качестваполучаемогополуфабрикатарегенерат можетдобавлятьсяв первичноесырье в различныхколичествах.Более ответственныеРТИ получаютбез добавлениярегенерата;менее ответственныемогут бытьполучены бездобавленияпервичногокаучука, т.е. сиспользованиемтолько отходов.
Однако,подводя итогизложению своихсоображенийи изложениюуровня человеческихзнаний по вопросупереработкиТПО всех полимерныхсинтетическихматериаловследует на нашвзгляд еще разобратитьсяна условияпереработкиТП и БО галоидированныхполиолефинови в частностина переработкуотходов хлорированныхполиолефинови в частностина возможностьобразованияДО и ДПВ припереработкетаких синтетическихполимеров. Таквместе с пластификаторамиособенно привторичнойпереработкетаких материаловвозможно выделениес аэрозолямивоздуха ДО иДПВ. Поэтомумы предлагаемпри вторичнойпереработке(строго обязательно)ТП и БО галоидсодержащихсинтетическихтермопластов,напримерполивинилхлорида,производитьбиотестированиевоздуха вблизиместа переработкии на местепереработки.Как это делаетсяисходя из мировогоопыта? В частностидля обнаруженияПХДД и ПХДФ: вГермании используютсясвежесорванныеиглы однолетнейхвои (ели илисосны). Онисохраняютсяне более 1-2 часовпосле срывав алюминиевойфольге приt=20°С. Иглы, однолетнейхвои помещенныев воздушнуюсреду, содержащуюДО и ДПВ почтив следах желтеюти вянут .
4. ПереработкаТПО и БО, которыенельзя илинецелесообразноподвергатьсепарации погруппам способомвысокотемпературнойпереработки
Как видноиз изложенногов третьей главематериалазначительнаячасть (по весу)ТБО может идолжна перерабатыватьсяспособомэкологическойбиотехнологии.Другая фракцияТБО, включаястекло, железо,пластмассыи другие видыТБО также должныперерабатыватьсяв товарныепродукты так,как это былоизложено впредыдущихглавах, посвященныхпереработкеТПО для каждоговида сырья. Такв частностистеклобойследует направлятьна переплавку.Железо и другиеметаллы такжена переплавку.Пластическиемассы на повторнуюпереработку.Способ переработкиэтого видасырья уже излагалсяв предыдущихглавах. Однакоесть некоторыеособенностипри повторнойпереработкесинтетическихполимерныхматериалов.Особенно этокасается переработкисинтетическихсмол и пластическихмасс, содержащихароматическоеядро и продуктов,которые припереработкепри относительновысокой температуре+100-+800°С могли бывыделять галоиды:хлор и/ или бром.Суть этогозаключаетсяв том, что припереработкетакого синтетическогополимера, атакже сложногоэфира целлюлозы,полученногов среде мелиленхлоридамогут в присутствиидаже следовгалоидов хлораи брома образовыватьсягалоидированныеДО и ДПВ поупомянутойуже во второйглаве схемеи повтореннойсейчас, а именно.
Пиролиз ихлорирование(бромирование)природныхпредшественников:
В результатеобразуетсятипичныйгалоидированныйДО и ДПВ - полихлордибензодиоксин(полибромдибензодиоксин)и/ или полихлордибензофуран(полибромдибензофуран).
То есть поклассификацииЛ.А. ФедороваобразуетсяIII, IV, V и VI представительгалоидированныхДО и ДПВ. А этострашно исверхопасно.Кроме того,следует заметить,что в небольшихпоселках, внебольшихгородах сепарациюТБО по видамне целесообразнопроводить потехнико-экономическимсоображениям.Как же поступатьс такими видамиТБО, образующихсяв сравнительнонебольшихколичествах.Кроме того, какпоступать сопределеннымивидами ТПО рядаметаллоперерабатывающихпроизводств?Как обходиться,как использоватьотработанныехимическиеисточники тока(ОХИТ). И,наконец, кудадевать отходыхирургии,стоматологиии т.п.?
Итак, все этиперечисленныевиды ТПО и ТБО,а также отходылечебных учрежденийв виду их высокойв первую очередьинфекционнойопасности нанаш взглядподлежатвысокотемпературнойпереработкепри температуре+1200-+1600°С в течениене менее 4-7 часовпроизводственногоцикла для полнойстерилизациибиологическихотходов и полнойдегазациисупертоксикантовДО и ДПВ, которыемогут существоватьв этих видахотходов в качествепобочных продуктовили даже в следах.При такихтемпературахвсе компонентыпереходят всостояниеблизкое кплазменному.Для переработкиэтой категорииТПО и ТБО следуетприменятьтехнологическийпроцесс "Пурвокс"или электротермическийреактор, который,как будем надеяться,будет выпускатьсяв промышленныхусловиях сразным объемомзагрузки и сразной производительностью.На наш взглядэлектротермическийреактор будетнесомненнодешевле присерийномпроизводстве,чем аппаратдля проведениятехнологическогопроцесса "Пурвокс".
4.1.ВысокотемпературнаяпереработкаТП и ТБО - гарантияуничтожениявсех видовбиологических,биохимическихпродуктов иканцерогенов-супертоксикантов
При загрузкеотходовметаллоперерабатывающихпроизводств,синтетическихполимерныхматериаловнеизвестнойхимическойприроды (возможносодержащихв макромолекулярнойцепи ароматическиекольца, например,полиэтилентерефталатаи галоидированныхполиолефинов,например,поливинилхлорида),отработанныххимическихисточниковтока (ОХИТ), остатковсмазочно-охлаждающейжидкости (сож)после металлообработки,хирургических,стоматологическихи других биологическихотходов лечебныхи научно-исследовательскихорганизацийи учрежденийи не сепарированныхТБО постепеннов течение несколькихчасов необратимопроисходит разрушениегалоидированныхДО и ДПВ по схеме:
Наиболееопасные компонентыОХИТ такжеразлагаютсяи протекаетряд процессов:
Zn+2NH4Cl+2MnO2=Zn(NH3)2Cl+H2O+Mn2O3.....(I)
Zn+2NH4Cl+1/2O2=Zn(NH3)2Cl2+H2O......(II)
Zn+NaOH+1/2O2=NaHZnO2......(III)
Zn+CuO+NaOH=Zn(ONa)2+Cu+H2O......(IV)
HgO+Zn+2KOH=Hg+K2ZnO2+H2O......(V)
PbO2+H2SO4+Zn=PbSO4+ZnSO4+2H2O.......(VI)
PbO2+2H2SO4+Cd=PbSO4+CdSO4+2H2O......(VII)
PbO2+4HClO4+Pb=2Pb(ClO4)2+2H2O......(VIII)
Ag2O+4KOH+Zn=2Ag+K2ZnO2+H2O......(IX)
Cu2Cl2+Mg=2Cu+МgCl2......(X)
2AgCl+Mg=2Mg+MgCl2.....(XI)
6Mg+8H2O+C6H4(NO2)2=C6H4(NH2)2+6Mg(OH)2.....(XII)
Mg+H2O+2MnO2=Mn2O3+Mg(OH)2......(XIII)
Итак, в началепроцессатермообработкивсе эти компоненты,приведенныев уравнениях(I) - (XIII) постепеннопереходят помере нагреваниямассы в жидкоеи далее в состояние,близкое кплазменному.В электротермическомгенераторе(ЭТГ), где количественнопреобладаетуглерод (С) ввиде графитаи чугун в видеэлементарногоFe (при большихзагрузках ТПОметаллоперерабатывающихпроизводств)до его окисловFeO, Fe2O, вода поступающаяв реактор переходитв парообразноесостояние.Протекаютпроцессы:
H2O+CH
2+CO.........(XIV)...........
То есть образуетсяводяной газ.При наличиипаров воды,кроме тогопроисходитпроцесс:
При этомследует заметить,что в верхнейчасти реактора,где температураниже преобладаетпроцесс с
образованиемCO2 и H2. В нижнейчасти реактора,где преобладаетболее высокаятемпературапреобладаютпроцессы иобразуютсяпродукты СО+Н2О.При этом СОоксид углеродаобразуетсяпри очень высокихтемпературах,когда диоксидуглерода СО2неустойчив.Процесс образованияводяного газаэндотермичен,поэтому углеродохлаждается.Однако, посколькув реакторетемператураt>+1000°С происходитпроцесс:
Процессы(XVI) и (XVIа) протекаютпри взаимодействиивоздуха с раскаленнымуглеродом. Врезультатеполучаетсясмесь СО+N2,т.е. образуетсягенераторныйгаз. В итоге вотходящих газахиз реакторасодержитсяводяной газ:СО+Н2 и генераторныйгаз СО+N2. Синтезаммиака изгазообразныхN2 и Н2 не происходит,т.к. этот процессможет происходитьпри низкихтемпературахи при высокомдавлении. Привысоких температурахпроисходитразложениеОХИТ:
Q+NH4ClN
H3+HCl...........(XVII)
РазложениеZn (NH3)2Cl2 происходитпри его плавлениипри нагреваниипо схеме:
Аналогичноразрушаетсякомплекс:
[Hg(NH3)2]Cl2..................
ZnCl2 в такихусловиях выкипает. Однако по меревыхода из реактораZnCl2 оседает(конденсируется)на сравнительнохолодных поверхностяхтрубопроводов.
Синтез синильнойкислоты HCN сильнейшегояда в данныхусловияхмаловероятен,т.к. он происходитхотя и при нагреваниидо температурыt>+500-+600°С, но в присутствииособых катализаторов(диоксида церияСеО2 или вприсутствиидиоксида торияThO2):
Ни того, нидругого катализаторау нас в системенет. Кроме того,рабочая температурапроцесса значительнобольше +500-+600°С.
Кроме того,возможно протеканиеследующихпроцессов:
ZnO при +1950° возгоняетсяпри более высокойтемпературе,разлагаетсядо Zn и O2:
Хлористыймагний MgCl2 сначалаплавится приt=+718°С, затем приt=+1412°С кипит.
"Кальцинированная"сода, входящаяв состав сожразлагается:
При высокотемпературнойобработке ТБОобразуютсяследующиевещества:
Вполне естественноиз не сепарированныхТБО токсичныхвеществ необразуется,если не считатьSO2, которыйможет образоватьсяиз ТБО (за счеттермическогоразложениямеркантанов).Из СОЖ продуктамигазогенерациимогут быть:
Таким образомпри высокотемпературнойпереработкене сепарированныхТБО, остатковСОЖ продуктамигазогенерацииявляются следующиекомпоненты:
Так называемыйгенераторныйгаз: CO+N2;
Так называемыйводяной газ:СО+Н2.
В процессеэлектротермическоговоздействияна ОХИТ происходиттакже разложениефенилендиаминаC6H4(NH2) до CO; CO2; N2 иH2. В кубовыхостатках, вшлаке остаетсябольшой комплексвеществ, а именно:
Железо инебольшоеколичествоокислов его.Эти веществасоставляют(в зависимостиот соотношениязагружаемыхкомпонентов)значительнуючасть, возможнодо 70-90% от общеймассы шлака.В шлаке такжедолжно содержатьсянебольшоеколичествоMgSiO3 и CaSiO3 из ТБО,CuO и Cu2O; PbO; оченьнемного ZnCl2;Cd (почти в следах);MgO; Mn3O4 (Mn3O4синтезируетсяпо реакции:
Кроме тогов шлаке могутсодержатьсяMgCl2 (частичновыкипает приt=+1412°С) в следахNaOH; KOH; в следах Ag иAgCl (AgCl кипит приt=+1550°С) и Hg.
Продукты,которые образуютсяпри разложенииОХИТ следующие:
Все возгоняющиесяпродукты практическиосаждаютсяна трубах впроцессе охлаждениявыделяющейсямассы газагенератови возгоняющихсявеществ недоходят добарботеров-поглотителей.Таким образом,в тоже времяпри электротермическойобработке всехранее упомянутыхотходов (отходовметалло-перерабатывающихпроизводств,несепарированныхТБО, ОХИТ, остатковСОЖ и биообъектов)между газообразнымипродуктамимогут происходитьследующиепроцессы:
SO2 + Cl2 =SO2Cl2..................(XXXIII).......
SO2Cl2 + 2H2O = H2SO4+ 2HCl..............(XXXIIIa)..........
нагрев
Cl2+ H2O + Q = HCl + HClO...........(XXXIV).......
HCl + aq = HCl. aq + Q.................(XXXIVa)........
CO + Cl2 =COCl2.....................(XXXV)..............
Таким образомвозможно образованиеоксохлоридауглерода илифосгена. Подвоздействиемпаров водыфосген медленногидролизуется:
COCl2 + 2H2O ---- 2HCl +H2CO3.................(XXXVa)........
Самыминежелательнымипроцессамиявляются следующие:
Образованиехлора;
Образованиехлористогосульфурила;
Образованиеоксохлоридауглерода (фосгена).
Как подавитьэти процессы?Самое реальноев наших условияхобильное орошениесинтез - газаводой или дажебарботированиесинтез - газачерез слой водыв барботерахтак, чтобы вмаксимальнойстепени протекалипроцессы поглощениявредных газообразныхвеществ водой,а именно процессы(XXXIIIa), (XXXIV), (XXXIVa), (XXXVa). Тем неменее, чтобыполностьюобезопаситьтечение процессаи исключитьвыброс в отходящихгазах Cl2; SO2Cl2;COCl2 следуетпредусмотретьвторую и третьюстепень барботированиясинтез - газаводой для полногопоглощениявредных газови протеканиявышеупомянутыхпроцессов на100%. Кроме того,предлагаетсяпри вышеупомянутойзагрузке отходовпроизводитьминимальнуюзагрузку ОХИТ,которые являютсясамыми экологическиопасными компонентами- генераторамихлора со всемивытекающимипоследствиямив том числе ис возможностьюобразованиягалоидированныхДО и ДПВ.
Для разделенияразбавленныхкислот предлагаютсяследующиеприемы:
После проведениякаждой технологическойоперации производитьанализ жидкостииз соответствующихемкостей наналичие:
а) сернойкислоты, H2SO4 напервых порахкачественновведениемводного раствораBaCl2 и наблюдениемвыпадениябелого творожистогоосадка BaSO4 пореакции:H2SO4+BaCl2=BaSO4+
2HCl............(XXXVI)
и количественнопо наличиюсульфат - ионаSO4--;
б) солянойкислоты HCl сначалакачественновведениемводного раствораAgNO3 и выпадениембелого осадкаAgCl по реакции:
HCl+AgNO3=AgCl+HNO3.................(XXXVII)
а затемколичественнопо наличию хлориона;
в) угольнойкислоты H2CO3качественновведением BaCl2или введениемCa(OH)2 и образованиемосадков пореакциям:
BaCl2+H2CO3=BaCO3+
2HCl..................(XXXVIII)
H2CO3+Ca(OH)2=CaCO3+
H2O
и количественнопо наличиюкарбоний0иона.
В принципевозможны накладкивсех процессовдруг на друга.Это конечноможет осложнитьразделениекислот. Во всякомслучае привведении BaCl2могут происходитьоба процесса(XXXVI) и (XXXVIII), т.е. могутосаждатьсяBaSO4 и BaCO3. Такимобразом, применяяодни и те жереагенты можножидкость изсоответствующихемкостей (изпоглотителей)подачей водногораствора BaCl2перевести втехническислабый водныйраствор солянойкислоты HCl.
5.КОНТРОЛЬЗАДАННОЙ КРУПНОСТИНЕСОРТИРОВАННОЙГОРНОЙ МАССЫ
Строительныесооруженияпроектируютв настоящеевремя как сучетом требованийк гранулометрическомусоставу горноймассы, так ибез учета этихтребований.В первое случаеконтроль закачествомстроительствасооруженийограничиваетсясоблюдениемпрочностных характеристик предельнойпрочности камняна сжато, морозостойкостии пр., а во втором,кроме того,добавляетсятребованиесоблюдениянужною размеракамня бсоставегорной массы.При этом контрольза качествомгорной массывыполняю, поспециальнойметодике.
Под горноймассой понижаетсясмесь из несортированногокарьерногокамня с фракциямиразличнойкрупностиПредставлениео содержанииэтих фракцийдает графикгранулометрическогосостава. Однакотребовать впроизводственныхусловиях отсыпкугорной массыв соответствиис таким графикомгранулометрическогосостава нелогично,поскольку этимдискредитируетсясама идеястроительства сооруженийи: несортированнойгорной массы.Поэтому требованияк нужному составугорной массыможно ограничитьдвумя контрольнымивеличинами:приведеннымк форме шарадиаметром камня 50%-нойобеспеченности,соответствующимграфику гранулометрическогосостава, полученномув процессестроительногомоделированиясооруженияв волновыхлотках и бассейнахили расчетом,и долен мелкихфракции,опрeделяемойиз графикадопустимогозерновогосоставанесортированнойгорной массы,приведенногов СНиПеП-57—75п. 2. 18.
Контрольза требуемымивеличинамиосуществляютв контрольно-измерительных пунктах, организованныхпри каждомкаменном карьере,поставляющемгорную массу.Такой пунктдолжен 6ытьоснащен камнеразделительнойустановкой,бульдозероми автопогрузчиком.Камнеразделительнаяустановка имеетдве решетчатыеплатформы,расположенныеодна поддругой на расстоянии0,75— 1,0 м и соединенныен пакет. Колебанияпакету передаютсяот электровибратора.
Решетчатыеплатформымонтируют изрельсов, тавров,труб, уложенныхс просветами1,3 d50%(верхняя решетка)и 0,7 d50%, (нижняя решетка),где d50%,- требуемыйдиаметр камня.
Предполагается,что горнаямасса имеетзерновой состав,распределенныйпо нормальномузакону в диапазонедиаметров камня0 2 d50%. Тогда применениедвух решетокс просветами1,3 d50%и 0,7 d50% позволяетопределитьдиаметр камняd50% c относительнойпогрешностью6 % Увеличениечисла решетокусложняетработу,контрольно-измерительногопунктаи не приводитк существенномууменьшению погрешности.Применениеодной решеткиpезко увеличиваетпогрешностьопределениядиаметра камняd50% (до75 %).
Горная масса,высыпаемаяиз самосвалана камнеразделительнуюустановку,просеиваетсячерез обе решеткии образуют трикучи, объемыкоторых определяютковшом автопогрузчика.В результате получают: V0,7,V0,7-1,3и V1,3- объемыкуч с диаметрамикамня соответственноменьше 0,7d50%,0,7—1,3d50% ибольше 1,3d50% . Прилинейнойаппроксимациикривой зерновогосостава в каждойкуче оценкадиаметраd50%,(d50%) может бытьприближеннополучена поформуле
(1)гдеQ— масса привезенногоавтомашинойкамня;
m—удельнаямасса материала.
При принятыхпредположенияхошибка определяетсяd50%, вызваннаяприменениемдвух решеток,может бытьоценена какошибка линейнойинтерполяциигауссовскойкривой распределениязерновогосостава причетырех узлахинтерполяции0; 0,7 d50% l,3 d50%, 2 d50%. Такой подходпозволив определитьприведенныеколичественныезначенияoшибок приразных вариантахчисла решеток в камнеразделительнойустановке и величин проемов.Итак, предлагаемыйвариант являетсяс этой точкизрения оптимальным.
Долю мелкихфракций в горноймассе определяютпо формуле:
(2)Методикаконтроля зерновогосоставагорной масыв карьере аналогичнастатистическимметодам контролякачества протекции,принятым напромышленныхпредприятиях.
В каждомкарьере в процессеэкскавацииобъема взрыхленнойвзрывом породыпроизводятслучайнуюпроверку еев потоке автомашин.Проверке подлежит,каждыйучасток взорваннойпороды сосравнительнооднообразнымзерновым составомгорной массы.Протяженностьтакого участкапри объемевзрыва 25000 м3не должна бытьбольше 50 м. Порядокотбора пробучастков вовремени соответствуетпяти интерваламотгрузки взорваннойпороды: началуотгрузки, послеотгрузки 25, 50, 75 %взорваннойпороды и передзавершениемпогрузки. Всегоподвергаютконтролю пятьпроб (участков)на каждые 50 мвзорваннойпороды. Так,при объемевзрыва 25000 м3и протяженностивзорванноймассы 200 мполучается20 участков по1250 м3,подлежащихпроверке.
Следуетпроверить неменее двух-трехпервых автомашиндля каждогоучастка сосравнительнооднообразнымзерновым составомгорной массы,что обеспечивает95%-ный доверительныйинтервал дляоценкиd50%. Для каждойавтомашиныопределяютзначения d50% и наносятна диаграммуконтроля зачеркнутымикружками (см.рисунок). Надиаграммеh = 0,3 d50%(разностьd50%- 0,7 d50%), а значение =50% соответствуеттребованиямСНиП II-57—75к зерновомусоставу горноймассы.
После проверкидвух-трех автомашинопределяютосреднениемоценок d50%для контролируемогоучacткa. Полученнаявеличина отмечаетсяна диаграммеконтроля встолбце, соответствующеммашине№2,незачеркнутым кружком(см. рисунок).
| Названиекарьера | № взрыва |
| dср dср-h | | ||||||||||||||||
| | | ||||||||||||||||
| | |||||||||||||||||
| 75% m50% 25% | |||||||||||||||||
| | | | |||||||||||||||
| № машин | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 | 3 | 1 | 2 |
Участоксчитаетсягодным длясыпки в строительноесооружение,если полученаявеличина большеd50% - hи для всехконтрольныхавтомашинвеличины меньше 50 %. Еслиэти условияне соблюдаются,то горную массунаправляютдля отсыпкив конструктивныеэлемнеты сооружения,которые нетребуют определеногозерного сотава.
По это методикедля контролявзрыва объемом25 000 м3 протяженностьювзорванноймассы 200 м потребуетсяпроверить от40 до 60 машин . Еслиобъем пордыв одной машине10 м3, то контролироватьследует 1,6 2,5 % общего числамашинорейсов.Целесообразновести постоянныйвизуальныйконтроль зерновогосостава отгружаемойгорной массыв карьере и привозникновенииподозренийоб изменениисостава производитьпо той же методикевнеочереднойконтроль.