CC BY
56
УДК 628.16 + 620.173
С. В. Свергузова, И. Г. Шайхиев, Л. А. Порожнюк, Д. Ю. Ипанов, Е. В. Суханов
ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ОТХОДА
ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА - ПЫЛИ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ
СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ
Ключевые слова: пъть сталеплавильного производства, физико-химические свойства, очистка сточных вод, производство
строительных материалов.
Приведены результаты экспериментальных исследований состава и физико-химических свойств пыли электросталеплавильного производства. Показано, что исходя из физико-химических особенностей, пыль ЭДСП может быть использована в области очистки сточных вод и производства строительных материалов.
Keywords: steelmaking dust, physicochemical properties, wastewater treatment, production of construction materials.
The paper presents results of experimental studies of the electric furnace steelmaking dust composition and its physico-chemical properties. It is shown that on the basis of physico-chemical characteristics, dust EDSP can be used in the field of wastewater treatment and the production of building materials.
Рациональное использование природных и техногенных ресурсов является важнейшей составляющей политики ограничения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Немаловажной экологической проблемой современности является образование и накопление большого количества техногенных отходов. Так, на территории Российской Федерации ежегодно образуются и накапливаются миллиарды тонн твердых промышленных отходов, включая сталеплавильные шлаки, пыли, шламы, отходы мокрой магнитной сепарации (ОММС) и хвосты обогащения железистых кварцитов (ХОЖК), цитро- и фосфогипс и многие другие. Из огромного количества разнообразных промышленных отходов в повторную переработку и использование их вовлекается лишь около 20%. Остальная часть отходов продолжает накапливаться на полигонах, под них отторгаются сотни и тысячи гектаров плодородных земель, которые надолго изымаются из сельскохозяйственного использования. Горы накопившихся промышленных отходов изменяют естественный ландшафт, в результате их пыления в атмосферный воздух выделяются сотни тонн загрязняющих веществ, а при их увлажнении атмосферными осадками загрязняющие вещества поступают в почвы, поверхностные и подземные воды.
В тоже время многие отходы производств, ввиду наличия специфических физико-химических свойств, могут быть эффективно использованы в различных технологических процессах [1-8].
Наиболее эффективным решением этой проблемы является внедрение малоотходных и безотходных технологических систем, что предполагает разработку замкнутых технологических производств, обеспечивающих многократное использование продуктов и комплексное использование природного сырья [9]. К тому же, учитывая вечный и бесконечный круговорот веществ в природе, промышленные отходы можно рассматривать, как вторичное техногенное сырье.
Одной из причин неудовлетворительного использования подобных вторичных ресурсов явля-
ется отсутствие соответствующей информации об образовании, наличии отходов, их свойствах, возможных направлениях и технологиях их применения [9].
Объектом исследований являлась пыль электродуговых сталеплавильных печей (ЭДСП) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) Белгородской области, динамика образования которой представлена на рис. 1.
н о 33
л и 32
я 31
ц 3 30
29
о о 28
та 5! 27
26
25
I
■ образование пыли захоронение пыли на полигон
2007 2008
2009
2010 2011
2012 Год]
Рис. 1 - Динамика образования и захоронения на полигоне пыли ЭДСП ОЭМК за период 2007 -2012 г.
Исследуемый отход текущего электросталеплавильного производства ЭДСП представляет собой пылевидную тонкодисперсную систему с влажностью 1,5-2,5 % серо-коричневого цвета, технологические свойства которой представлены в табл. 1
Таблица 1 - Технологические свойства пыли ЭДСП
Показатели Значение
рН водной вытяжки 10,9
Насыпная плотность, г/см3 0,94
Истинная плотность, г/см3 3,62
Растворимость в воде, % 6,4
Растворимость в 1,0н Н2804, % 82,6
Нерастворимость компонентов, % 1,2
Гранулометрический состав пыли, определенный с помощью рассева на стандартном наборе
сит, показал, что в состав пыли входит 1,3 % частиц с размерами от 1,4 до 2,0 мм; 16,2 % с размерами от 0,315 до 0,63 мм; 69,6 % частиц с размерами менее 0,315 мм.
Минеральный состав пыли ЭДСП оценивали по результатам рентгеновского анализа (рис. 2), который. показал, что в пробе присутствуют такие соединения, как магнетит ё(Ло) = 2,979; 2,543; 2,108; 1,691; 1,484; 1,261; вюстит ё(Ло) = 2,48; 2,141; 1,519; портландит ё(Ло) = 4,924; 4,575; 2,622; 1,989; 1,918; 1,784; 1,692 и кремнезем ё(Ло) = 3,51; 2,276; 1,813; 1,539.
Результаты дифференциально-термического анализа пыли ЭДСП, проведенного на дериватогра-фе марки <^-1500» с алундовым тиглем показали общую потерю массы за период нагревания образца пыли от 20 0С до 1000 0С, составили 3,1 % (масс). Эндотермические тепловые эффекты отмечены при температурах: 130,7 0С; 474,8 0С; 585,9 0С; 625,2 0С; 4,1 0С; 767,6 0С и 876,0 0С.
Рис. 2 - Рентгенограмма пыли ЭДСП: • - магнетит Ре304; ■ - гематит Ре203; о - металлическое железо Ре; ♦ - кварц 8Ю2; □ - оксид цинка 7пО; ◊ - оксид кальция СаО; А - пиролюзит Мп02; ▲ - двухкальциевый силикат 2Са0*8Ю2
Рис. 3 - Тепловые эффекты при нагревании пыли ЭДСП
Согласно справочным данным [10], тепловые эффекты на рис. 3, сопровождаются следующими процессами и превращениями: 20 -130,7 0С - потеря гигроскопической влаги; 474,8 0С - переход Y-Ре2Оз в а-Ре2Оз; 585,9 0С; 625,2 0С; 684,1 0С; 767,6 0С - разложение кальцита и магнезита; 580 0С - обратимое полимерное превращение ЭЮ2 из а- в р-модификацию; 684,1 0С - переход Ре2О4 в а-Ре2О3; 876,0 0С - разложение кальцита СаСО3.
Электронно-микроскопический анализ образцов пыли ЭДСП с помощью растрового электронного микроскопа марки <^иаП:а-200 3Д» показали наличие частиц пыли преимущественно шаро-
образных форм с рыхлой развитой поверхностью. На энергодисперсионном спектре пыли кроме соединений, присутствующих на рентгенограмме, обнаружены следы соединений цинка, марганца, магния, натрия. Оксидный состав пыли ЭДСП, определенный с помощью количественного рентгенофазо-вого анализа, представленный в табл. 2, свидетельствует о многокомпонентности состава пыли. Следует обратить внимание, что содержание оксидов железа в ней в пересчете на Fe203 составляет 49,4 %, СаО - 13,4 %, Na20 - 9,7 %. Остальные ингредиенты, представленные в табл. 2, содержатся в пыли в незначительных количествах.
Таблица 2 - Оксидный состав пыли ЭДСП
Компоненты О со <D Ll_ CaO O гм ГО см о (Л ZnO О см ^ MgO MnO со О (Л О со о см <
Содержание, 49,5 13,48 9,7 5,9 5,8 5,6 3,9 2,1 1,3 0,8 0,6
масс %
Компоненты О -Q CL О см .С ГУ {О О £ C O з C ю О см CL см о i- О (Л O тз C о iz ю О > i— m
Содержание, масс % о" СО ■О со ■о ■о ■О 5 о ■о (N о ■о 2 О о' о ■о о 0, о 0,
Таким образом, исходя из широкого набора представленных здесь физико-химических особенностей пыли (высокая дисперсность, развитая поверхность частиц, разнообразный химический состав) можно предположить следующие направления возможного использования пыли ЭДСП (рис. 4).
Рис. 4 - Схема возможных направлений использования пыли ЭДСП
Использование пыли ЭДСП для производства различной продукции позволит уменьшить количество образующихся промышленных отходов, снизить негативную антропогенную нагрузку на окружающую среду и расширить сырьевую базу для производства материалов различного назначения.
Литература
1. С.В. Свергузова, М.Г. Григорьян, Экология и промышленность России, 9, 45-47 (2010).
2. С.В. Свергузова, Д.А. Ельников, Ж.А. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2, 144-147 (2011).
3. С.В. Свергузова, Ю.Н. Малахатка, А.В. Шамшуров, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 175-177 (2012).
4. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 13, 41-45 (2011).
5. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 12, 29-42 (2008).
6. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 3, 26-34 (2010).
7. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 4, 30-40 (2010).
8. С.В. Свергузова, Л.А. Поржнюк, И.Г. Шайхиев, Д.Ю. Ипанов, В.Д. Мухачева, Вестник Казанского технологического университета, 7, 92-94 (2013).
9. И.В. Старостина, Е.А. Пендюрин, А.В. Толитченко, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 21, 129-132 (2013).
10. В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев, Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Высш. шк., 1981, 334.
© С. В. Свергузова - д.т.н., проф., зав. каф. промышленной экологии Белгородского госуд. технологического ун-та им. В.Г. Шухова, [email protected]; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. каф. инженерной экологии КНИТУ; Л. А. Порожнюк - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии Белгородского госуд. технологического ун-та им. В.Г. Шухова Д. Ю. Ипанов - аспирант той же кафедры; Е. В. Суханов - аспирант той же кафедры.
