отходы металлургии и энергетического комплекса применяемые для строительства автомобильных дорог

 

Пугин К.Г., Юшков В.С. (ПГТУ, г. Пермь, РФ)

 

In given clause waste products of ferrous metallurgy are considered. The decision of the given problem results in economy of natural raw material, decrease of pollution of an atmosphere, reservoirs and ground. For recycling the given waste products probably their secondary use for example in road construction.

 

Предприятия черной металлургии относятся к числу наиболее крупных народнохозяйственных объектов, в значительной степени определяющих уровень экономического развития России. Одновременно они являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. На их долю приходится 15-20 % промышленных выбросов России в атмосферу (1,6 млн. т/год твердых дисперсных материалов; 7,3 млн. т/год газообразных веществ, в том числе оксидов азота, серы, углерода) и в водоемы (около 4 млрд. т/год).

Вместе с тем образующиеся на предприятиях черной металлургии железосодержащие отходы представляют собой крупный сырьевой источник для производства черных и цветных металлов. Их утилизация решает проблемы экономии природного сырья, существенного уменьшения выбросов, загрязняющих атмосферу, водоемы, почву.

Годовой выпуск дисперсных железосодержащих отходов предприятий черной металлургии на терри­тории СНГ составлял около 15 млн. т, из них – по 3,0 млн. – шламы агломерации и доменного производства, 1,3 млн. - сталеплавильного передела. На схеме представлены основные виды отходов рис.1.

Рисунок 1 - Виды отходов

 

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к их вторичному использованию необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому составу отличаются друг от друга.

Шламы пылеулавливающих устройств доменной печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая, пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Химический состав шламов по основным компонентам, %: Fe 30-50; CaO 5,0-8,5; SiO2 6,0-12; Al2O3 1,2-3,0; MgO 1,5-2,0; P 0,015-0,05; S 0,2-0,9;        C 2,5-30,0; Zn 0,05-5,3.

Плотность их колеблется в пределах 2,7-38 г/см. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно - от 0,1 до 0,8. Это довольно тонкодисперсный материал: фракции > 0,063 мм до 10-13 %, 0,016 - 0,032 мм от 16 до 50 % и  < 0,008 мм от 10 до 18%. В настоящее время эти шламы используются как добавка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняется относительно невысокой долей железа в них (Fe < 50 %), а также повышенным содержанием цинка (> 1 %), что требует предварительного обесцинкования шламов.

Однако, как эффективно использовать шламы сегодня, не скажут  ни на одном предприятии Пермского края. Предлагаемые проекты удаления шламов и частичной утилизации требуют больших материальных затрат. Пашийский металлургический комбинат производит захоронение шламов на полигоне и не использует их для вторичного производства, при этом происходит загрязнение реки Пашийки. Чусовской металлургический комбинат частично использует шламы в металлургическом процессе, а большую часть складирует  на полигоне, при этом происходит загрязнение рек Вильвы и Чусовой. Металлургический комбинат «Камасталь» расположенный в городе Перми свои шламы отдавал на использование в металлургическом цикле на Чусовской металлургический комбинат. Однако через некоторое время в Чусовских домнах произошло накопление цинка, и Чусовской комбинат отказался принимать шламы комбината «Камасталь». Сейчас шламы металлургического производства данного предприятия складируется на берегу реки Кама, что приводит к загрязнению водных объектов [1]. 

Потребление материальных ресурсов при строительстве автомобильных дорог чрезвычайно велико. На возведение 1 км автомобильной дороги в зависимости от ее категории и местных условий требуется:

- для сооружения земляного полотна - 6-60 тыс. м3 грунта;

- для создания дренирующих и морозозащитных слоев - 1,6-6 тыс. м3 песка;

- для строительства дорожного основания - 0,8-5,4 тыс. м3 - щебня или грунта, укрепленного вяжущими материалами;

- для строительства дорожных покрытий - 1,1-4,7 тыс. т асфальтобетона (что требует 55-235 т битума) или 1,2-4,8 тыс. м3 цементобетона (480-1700 т цемента).

Для устройства шлаковых оснований и покрытий применяют активные и высокоактивные металлургические и фосфорные шлаки текущего производства и отвальные.

Максимальный размер зерен шлака не должен превышать 80 (70) мм.

Активность (прочность) шлаков без добавок активаторов в возрасте 90 сут. должна быть не менее: для высокоактивных шлаков - 5 МПа, активных - 2,5 МПа, слабоактивных- 1,0. Активность шлаков с различными активаторами приведена в табл. 1 [2].

 

Таблица 1

Вид шлака

Активность, МПа

Вид и количество добавки, % массы

цемента

извести

хлористого кальция

содощелочного сплава

Высокоактивный доменный

5,0

-

-

-

-

Активный доменный

2,3-5,0

5,0

3,0

-

-

Активный сталеплавильный

2,5-5,0

2,5-5,0

5-10

3-10

5-10

Слабоактивный сталеплавильный

1,0-2,5

10-25

10-15

-

5-10

Отвальный шлам содержит отдельные схватившиеся куски крупностью до 500 мм, поэтому он перед отгрузкой должен быть подвергнут дроблению до крупности 120 мм.

Крупнотоннажным потребителем топливных зол и шлаков является дорожное строительство, где золы и золошлаковые смеси используют для устройства подстилающих и нижних слоев оснований, частичной замены вяжущих при стабилизации грунтов цементом и известью, как минеральный порошок в асфальтовых бетонах и растворах, как добавки в дорожных цементных бетонах [3].

Золы, полученные при сжигании углей и горючих сланцев, применяются в качестве наполнителей кровельных и гидроизоляционных мастик. Золошлаковые смеси в дорожном строительстве применяют неукрепленными и укрепленными. Неукрепленные золошлаковые смеси используют в основном в качестве материала для устройства подстилающих и нижних слоев оснований дорог областного и местного значения. При содержании не более 16 % пылевидной золы их применяют для улучшения грунтовых покрытий, подвергаемых поверхностной обработке битумной или дегтевой эмульсией. Конструктивные слои дорог можно выполнить из золошлаковых смесей с содержанием золы не более 25…30 %. В  гравийно-щебеночных основаниях в качестве уплотняющей добавки целесообразно применять золошлаковую смесь с содержанием пылевидной золы до 50 %, Содержание несгоревшего угля в топливных отходах ТЭС, применяемых для возведения дорог, не должно превышать 10 %. 

Также как и природные каменные материалы относительно высокой прочности, золошлаковые отходы ТЭС служат для изготовления битумоминеральных смесей, применяемых для создания конструктивных слоев дорог 3-5 категорий. Из топливных шлаков, обработанных битумом или дегтем (до 2 % по массе), получают черный щебень. Смешивая подогретую до 170…200° С золу с 0,3…2 % раствора битума в зеленом масле, получают гидрофобный порошок с объемной массой 450…6000 кг/м3. Гидрофобный порошок одновременно может выполнять функции гидро - и теплоизоляционного материала. Распространено применение зол в качестве наполнителя мастик.

Таким образом, характерной особенностью научно-технического процесса является увеличение объема общественного производства. Бурное развитие производительных сил вызывает стремительное вовлечение в хозяйственный оборот все большего количества природных ресурсов. Степень их рационального использования остается, однако, в целом весьма низкой. Ежегодно человечество использует приблизительно 10 млрд. т. минеральных  и почти столько же органических сырьевых продуктов. Разработка большинства важнейших полезных ископаемых в мире идет быстрее, чем наращиваются их разведанные запасы. Около 70 % затрат в промышленности приходится на сырье, материалы, топливо и энергию. В  тоже время 10…99 % исходного сырья превращаются в отходы, сбрасываемые в атмосферу и водоемы, загрязняющие землю.

В настоящее время вопросом использования шламов и зол занимаются целый ряд вузов страны: Белгородский технический университет, Иркутский технический университет, Норильский индустриальный институт, Уральский государственный технический университет, а также в данном направление работают сотрудники Пермского государственного технического университета.

Литература

1.       Пугин К.Г., Юшков В.С. Комплексная утилизация отходов предприятий черной металлургии в Пермском крае// Труды V международной научно – практической конференции «Научно – технический прогресс в металлургии», Казахстан, г. Темиртау, 2009. –С.571-575.

2.       ГОСТ 23558-94. Смеси щебеночно-гравийно-песчаные и грунты, обработанные неорганическими вяжущими материалами, для дорожного и аэродромного строительства. Технические условия.

3.       ГОСТ 25818-91. Золы уноса тепловых электростанций для бетонов Технические условия.