CC BY
32
МЕНЕДЖМЕНТ
УДК 005 : 504.06 DOI 10.51608/23058641_2021_1_11
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МЕНЕДЖМЕНТ, ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ОТХОДОВ ТОПЛИВНО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА В ПРОИЗВОДСТВЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
© 2021 В.З. Абдрахимов*
В России экологическая ситуация характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия, как на окружающую среду, так и на здоровье человека. В настоящей работе рассматривается возможность использования отходов топливно-энергетического комплекса: межсланцевой глины и шламов флотационного обогащения угля в производстве теплоизоляционных материалов.
Получены строительные керамические теплоизоляционные материалы с высокими физико-механическими показателями, без применения природных традиционных материалов. По плотности керамические кирпичи, содержащие шламы флотационного обогащения угля 40-50% относятся к группе В, а по теплопроводности эти же составы относятся к группам: повышенной эффективности, содержащие 40% и к группе эффективные, содержащие 50% шламов флотационного обогащения угля.
Использование отходов топливно-энергетического комплекса способствует снижению себестоимости изделий, утилизации промышленных отходов, охране окружающей среды, расширению сырьевой базы для керамических материалов и снижению негативного воздействия отходов на окружающую среду.
Ключевые слова: межсланцевая глина, шламы флотационного обогащения, теплоизоляционный материал, экология, экологический менеджмент, экономика.
Экология и экологический менеджмент
В России экологическая ситуация характеризуется высоким уровнем антропогенного воздействия, как на окружающую среду, так и на здоровье человека [1-2]. Охране окружающей среды может помочь экологический менеджмент.
Комплексная работа хозяйствующих субъектов, направленная на сохранение окружающей среды методом рационального природопользования при значительном сокращении антропогенного воздействия на ноосферу называется экологическим менеджментом [3].
Под ноосферой в экологическом менеджменте понимается именно та сфера, в которой осуществляется взаимодействие человека с окружающей средой [4]. Под окружающей средой в настоящей работе понимается — создание для общества качественной среды. Под качественной средой понимается в первую очередь чистый воздух и вода, затем защита, охрана и восстановления флоры, фауны и биоразнообразия.
Объектом изучения экологического менеджмента является постоянно изменяющийся окружающий мир, среда обитания человека, ра-
циональное использование обществом природных ископаемых, экономические механизмы по охране природы и деятельности не только специалистов по окружающей среде, но и руководителей предприятий [5-9]. Экологический менеджмент для устойчивого развития всегда включает в состав целевых характеристик состояния окружающей среды, экосистем и территорий природоохранных такие показатели как чистота воздуха и воды, количество биообразований, находящихся под угрозой вымирания.
Необходимо отметить, что основными принципами экологического менеджмента является предотвращение негативных воздействий и улучшение окружающей среды.
Экологический менеджмент подчеркивает, что эффективность работы всех промышленных предприятий необходимо оценивать только с точки зрения баланса между количеством полученных необходимых продуктов и объемами отходов, которые получились при производстве основных продуктов.
Директива ЕС 2008/98/ЕС считает, что для защиты окружающей среды является не утилизации промышленных отходов, а переработка
* Абдрахимов Владимир Закирович (3375892@mail.ru) - доктор технических наук, профессор, Самарский государственный экономический университет (Самара, Россия).
их с целью повторного использования в каком-то новом продукте, необходимом для общества.
В настоящее время экологический менеджмент по управлению и утилизации отходов требуют не только планомерного, но и оригинального системного подхода. Поэтому, в сущности, управление и утилизация отходов производств и является основной и специфической функцией экологического менеджмента.
Улучшить контроль и управление экологическими процессами (например, выбросами вредных газов в атмосферу, переработкой промышленных отходов, сокращение использование природных ресурсов позволит внедренная система экологического менеджмента на предприятии в соответствии со стандартами ГОСТ Р ИСО 14001 (ISO 14001) позволяет предприятиям, снизить уплаты штрафов за загрязнение природы [10].
В экологическом менеджменте особенное значение в управлении утилизации отходов любого промышленного предприятия, как правило, занимают технологии, которые ориентированы на повышение экологической безопасности.
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК). В настоящее время не только в России, но и во всем мире загрязнителем №1 является ТЭК - это загрязнение атмосферы на 45%, загрязнение водоемом и почвы сточными водами на 35% и различными твердыми отходами на 28% [11].
Окружающую среду загрязняют тяжелыми металлами в основном предприятия ТЭС (тепловые электростанции), что является острой природоохранной проблемой, так как тяжелые металлы отрицательно влияют на здоровье человека. Резкое ухудшение экологической обстановки и снижение качество жизни человека, является печальным следствием антропогенного воздействия на окружающую среду.
Вредные вещества и ионы тяжелых металлов, постоянно находятся в отходах ТЭК и вымываются, а при длительном хранении последних, и представляют реальную угрозу для водопользователей, так как формируют качество вод. Сегодня остро стоит вопрос о состоянии водных ресурсов, особенно водоемов не только в отдельных российских регионах [12], в России и странах СНГ, но и во всем мире [13-15]. Обращение с отходами и современное состояние золоотвалов, отвалов, накопителей, «хво-стохранилищ», открытие новых полигонов для захоронения отходов во многих регионах Рос-
сии может быть охарактеризовано сегодня как кризисное.
Одними из приоритетных задач экологического менеджмента являются вопросы утилизации крупнотоннажных отходов, к которым в первую очередь относятся отходы ТЭК. Оптимальным и реальным решением по утилизации отходов ТЭК, что повлечет за собой и снижение антропогенной нагрузке на окружающую среду, является использование их в производстве строительных материалах теплоизоляционного направления.
В настоящей работе для получения массовых строительных материалов теплоизоляционного направления в качестве отходов ТЭК использовались крупнотоннажные отходы: межсланцевая глина и шламы флотационного обогащения угля.
Цель работы: 1) Утилизация крупнотоннажных отходов ТЭК; 2) Получение массовых строительных материалов теплоизоляционного направления на основе отходов ТЭК: межсланцевой глины и шламов флотационного обогащения угля без применения природных традиционных материалов.
Экономический аспект
Ученые во многих странах мира, в том числе и в России сделали печальный вывод: в настоящее время природные сырьевые материалы и ресурсы находятся на грани истощения, а некоторые истощились и практически исчезли, поэтому необходимо как можно скорее способствовать использования и вовлечению крупнотоннажных отходов ТЭК и других производств в производственный оборот для изготовления массовых строительных материалов. Такое вовлечение отходов ТЭК в качестве сырьевых материалов: глинистых связующих, отощителей, наполнителей и выгорающих добавок, например для производства строительных материалов теплоизоляционного направления, могут исключить затраты на разведывательные и геологоразведочные работы, не только на строительство, но и эксплуатацию карьеров. При этом следует отметить, освобождаются значительные сельскохозяйственные угодий и земельные участки от воздействия негативных антропогенных факторов и особо вредных оксидов тяжелых металлов.
Экономисты посчитали, что в стоимости построенного здания от 18 до 24% — это доля строительного материала, а стоимость сырьевых материалов для производства самого стро-
ф
Основы экономики, управления и права 2021
Economy, Governance and Law Basis
№ 1 (26)
ительного материала составляет от 42 до 47%, в связи, с чем приобретает особую актуальность снижение стоимости сырьевых материалов за счет использованы крупнотоннажных отходов ТЭК [16].
Специалисты в области строительных материалов подсчитали, что около 70-75% имеющихся крупнотоннажных отходов ТЭК в России имеют высокое содержание несгоревших остатков угля, суммарное количество которого можно при его использовании удовлетворить потребность на 1/4 всей строительной промышленности в топливе.
Мировой опыт показал, что решение тепловой энергии должно быть одной из главных стратегических задач по проблеме энергосбережения. Специалисты и ученые мира показали, что рациональное сокращение потерь тепловой энергии, можно уменьшать через ограждающие конструкции зданий, сооружений, промышленного оборудования и тепловых сетей, именно за счет использования эффективных теплоизоляционных материалов, использование которых является одними из наиболее эффективных путей решения данной проблемы.
В настоящее время для теплоизоляционных материалов основными качественными характеристиками, определяющие их использования являются: пористость, теплопроводность и плотность. Получение таких строительных материалов теплоизоляционного направления и является одной из актуальных задач для получения зданий и сооружений с повышенными теплоизоляционными характеристиками.
Именно использование таких строительных материалов теплоизоляционного направления на основе отходов ТЭК, используемых в качестве выгорающих добавок с теплотворной способностью от 2500 до 3500 ккал/кг, которые выгорают и оставляют поры, позволит значительно снизить расходы энергии на отопление жилой площади в России с 600-800 до 250-300 кВт/(м2/год).
Строительные материалы теплоизоляционного направления - это и изделия, которые обладают малой теплопроводностью, предназначены для: тепловой защиты зданий, снижения тепловых потерь, для технической изоляции (для изоляции различных инженерных
систем, например труб), защита от нагревания, например холодильных камер, это могут быть это легковесный кирпич и пористый заполнитель, которые целесообразно производить на основе ТЭК.
В строительные материалы теплоизоляционного направления для получения эффективных изделий с целью снижения тепловых потерь в атмосферу необходимо вводить выгорающие добавки, которые при низких температурах ведут себя аналогично отощающим добавкам (снижают сроки сушки), а при высоких температурах способствуют обжигу изнутри строительных материалов теплоизоляционного направления, снижают расход топлива, повышают пористость и уменьшают вес готовых изделий. К такой группе сырьевых материалов, которые называются выгорающими добавками, обычно относят различные виды твердого топлива, такие как антрацит, коксовая мелочь и др. Обычно выгорающие добавки вводят в состав строительных материалов теплоизоляционного направления до 8-10%, что по объему составляет 50-80% от общей потребности топлива на обжиг изделий. Многие специалисты и ученые считают, что положительный эффект для получения строительного материала теплоизоляционного направления достигается добавкой в составы строительных изделий до 30-50% отходов энергетики, если теплотворная способность в отходах ТЭК более 2200 ккал/кг.
Практический аспект
Сырьевые материалы. Пластичная межсланцевая глина, которая является отходом горючих сланцев Сызраньского района, использовалась в качестве связующего для формования строительных материалов теплоизоляционного направления, а в качестве отощителя (для снижения трещин, усадки, времени и сроков сушки), а также в качестве выгорающих добавок (для увеличение пористости и снижения плотности) использовался шлам флотационного обогащения угля ЦОФ «Обуховская» Ростовской области [17]. Химические оксидные составы используемых отходов ТЭК представлены: оксидный в табл. 1.
Шламы флотационного обогащения угля — это отвальные отходы углеобогащения, кото-
Таблица 1. Оксидный химический состав сырьевых материалов
Сырьевой материал Содержание оксидов по массе, %
SiO2 Al2O3 Fe2O3 СаО MgO R2O п.п.п.
Пластичная межсланцевая глина 45-47 13-14 5-6 11-13 2-3 3-4 9-20
Шламы флотационного обогащения угля 28,4 13,7 5,83 1,53 1,24 1,24 47,38
Таблица 2. Составы керамических масс
Сырьевые материалы Содержание компонентов, мас., %
1 2 3
Пластичная межсланцевая глина 70 60 50
Шламы флотационного обогащения угля 30 40 50
Таблица 3. Физико-механические показатели строительного материала термоизоляционного направления
Показатели Составы
1 2 3
Пластичность шихты (безразмерная величина) 18 15 12
Время сушки строительного материала, час 65 58 48
Усадка высушенного строительного материала, % 7,4 6,8 5,4
Физико-механические показатели строительного материала теплоизоляционного направления
Плотность, кг/м3 1480 1410 1340
Морозостойкость, циклы 55 48 36
Механическая прочность на сжатие, МПа 15,8 15,2 13,8
Механическая прочность при изгибе, МПа 3,4 3,0 2,3
Теплопроводность, Вт/(м^°С) 0,457 0,324 0,23
Усадка, % 7,5 6,8 5,7
рые представляют собой в высушенном состоянии темно-серый порошок, а во влажном (с повышенным содержанием воды) — пластичную массу гранулометрического состава от 0,005 до 1 мм, причем содержание мелких фракций (<0,315 мм) более 50%. По содержанию серы шламы флотационного обогащения угля являются малосернистыми по сравнению с другими отходами ТЭК.
В шламах флотационного обогащения угля, в отличие от других отходов ТЭК, содержание угольной составляющей может достигать — 40%, а минералогический состав, исследуемого отхода представлен в основном гидрослюдой (глинистой составляющей), кварцем, полевыми шпатами и слюдой. Положительным результатом шламов флотационного обогащения угля является повышенное в нем содержании органической части, которая в основном представлена в большей степени антрацитом, за счет чего в шламе мало летучих компонентов, а они, как известно, трудно воспламеняются и горят коротким пламенем (температура обжига в строительных материалах теплоизоляционного направления должна быть не менее 1050оС). Зольность шламов флотационного обогащения угля колеблется от 35 до 70%, а теплотворная способность от 3000 до 4500 ккал/кг.
Получение строительного материала теплоизоляционного направления осуществлялось по традиционной технологии более 100 лет. Отходы ТЭК, которые являются сырьевыми материалами сначала высушивались до влажности не более 4-5 %, затем измельчались до прохождения сквозь сито 1,0 мм. Высушен-
ные и измельченные сырьевые материалы тщательно перемешивались, после чего полученную шихту (сырьевую массу) готовили пластическим способом при влажности 20-24 % (в зависимости от содержания глинистого компонента), из которой формовали строительные материалы теплоизоляционного направления. Полученный строительный материал высушивали до влажности не более 5 % и затем обжигали при температуре 1050 оС. Изотермическая выдержка при конечной температуре составляла 60 минут.
В табл. 2 приведены составы строительных масс, а в табл. 3 физико-механические показатели строительного материала теплоизоляционного направления.
Как видно из табл. 3 из отходов ТЭК были получены строительные материалы теплоизоляционного направления с высокими физико-механическими показателями, без применения природных традиционных материалов. По плотности керамические кирпичи составов №2 и 3 относятся к группе В, а по теплопроводности эти же составы относятся к группам: повышенной эффективности - состав №3 и к группе эффективные - состав №2.
Выводы
Использование многотоннажных отходов ТЭК: пластичной межсланцевой глины и шла-мов флотационного обогащения угля в производстве строительных материалах массового назначения - теплоизоляционного направления без применения природных традиционных материалов позволяет получать теплоизоляционные материалы с теплопроводностью и плотно-
ф
Основы экономики, управления и права 2021
Economy, Governance and Law Basis
№ 1 (26)
стью соответственно менее 0,20 Вт/(м^оС) и 1200 кг/м3.
1. Необходимо отметить, что получение строительных материалов массового теплоизоляционного направления из отходов ТЭК без применения природного традиционного сырья способствует утилизации промышленных отходов, охране окружающей среде и расширению сырьевой базы для строительных материалов.
2. Без сомнения огромным достоинством использования крупнотоннажных отходов ТЭК является разгрузка экологической обстановки, развитие экологического менеджмента в России и способствует охране окружающей среды и снижению экологической напряженности в РФ.
3. Бесспорным достоинством использования крупнотоннажных отходов ТЭК с учетом того, что в настоящее время природные сырьевые ресурсы истощены, способствует вовлечению этих отходов снова в производственный оборот по производству строительных материалов теплоизоляционного направления.
Библиографический список
1. Kairakbaev A.K., Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. Useof Nonferrous Metallurgy Waste: Clayey Portionofthe Zircon-llmenite Ore Gravity Tailingsand Pyrite Cindersin Tile-Making // Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, Switzerland. 2020. Vol. 989. pp 47-53.
2 Kairakbaev A.K., Abdrakhimova E.S., Abdrakhimov V.Z. Innovative Approaches to Using Kazakhstan's Industrial Ferrous and Nonferrous Tailings in the Production of Ceramic Materials // Materials Science Forum. Trans Tech Publications Ltd, Switzerland. 2020. Vol. 989. pp 54-61.
3. Абдрахимов В.З., Кайракбаев А.К. Экологический менеджмент. - Актобе, 2019. - 240 с.
4. Абдрахимов В.З. Концепция современного естествознания. - Самара. СГЭУ, 2015. - 340 с.
5. Хорошавин А.В. Анализ новых требований международного стандарта ISO 14001 версии 2015 года и процедура его внедрения // Лидерство и менеджмент. - 2015. - Том 2. - № 3. - С. 159-168.
6. Шустов А.А. Эколого-экономические проблемы организаций // Российское предпринимательство. - 2013. - Том 14. - № 21. - С. 44-50
7. Александров А.В. Экологический менеджмент и комплексное использование возобновляемой энергетики - неиспользованный резерв и основа для формирования регионального промышленного кластера // Креативная экономика. - 2010. - Том 4. - № 8. - С. 16-24.
8. Анисимов, А.В. Экологический менеджмент: Учебник. — Рн/Д: Феникс, 2017. — 348 с.
9. Коробко, В.И. Экологический менеджмент. Учеб. пособие. — М.: ЮНИТИ, 2018. — 279 с.
10. Носко П.А. Современные тенденции в российской системе платежей за загрязнение окружающей среды // Вестник Евразийской науки. - 2019. -№5. https://esj.today/PDF/86ECVN519.pdf (доступ свободный).
11. Абдрахимова Е.С. Образование золы легкой фракции и использование ее в производстве плиток для полов // Уголь. - 2019. - №11. - С. 64-66. DOI: 10.18796/0041-5790-2019-11-64-66
12. Экологические проблемы Самарской области / С.М. Анпилов // Экономика, управление и право в современных условиях: межвуз. сб. ст. - Тольятти: Изд-во ИССТЭ, 2021. - Вып. 37. - С. 4-9.
13. Tang J., Lu X., Sum Q., Zhu W. Aging effect of petroleum hydrocarbons in soil under different attenuation Conditions // Agriculture, Ecosystems Environment. 2012. V. 149. P.109-117.
14. Chang W., Dyen M., Spagnuolo L., Simon P., Whyte L., Ghoshal S. Biodegradation of semi- and nonvolatile petroleum hydrocarbons in aged, contaminated soils from a sub-Arctic site: Laboratory pilot-scale experiment at site temperatures // Chemosphere. 2010. V. 80. P. 319-326.
15. Pinedo J., Ibbez R., Lizen J.,P.A., Irabien A. Human risk assessment of contaminated soils by oil products: total TPH content versus fraction approach // Hum Ecol. RiskAssess. Int. J. 2014. V. 20. N 5. P. 12311248.
16. Абдрахимов В.З. Экономические и практические аспекты использования отходов горючих сланцев в производстве легковесного кирпича // Экономика строительства. - 2020. - №1. - С. 64-71.
17. Камни компрессионного формования на основе опок и отходов углеобогащения / В.Д. Котляр [и др.] // Строительные материалы. -2013. -№ 4. -С. 44-48.
Поступила в редакцию 20.01.2021 г.
ENVIRONMENTAL MANAGEMENT, ECONOMIC AND PRACTICAL ASPECTS OF THE USE OF WASTE FROM THE FUEL AND ENERGY COMPLEX IN THE PRODUCTION OF THERMAL INSULATION MATERIALS
© 2021 V.Z. Abdrakhimov*
The environmental situation in Russia is characterized by a high level of anthropogenic impact both on the environment and on human health. This paper examines the possibility of using waste from the fuel and energy complex: inter-shale clay and slurries offlotation coal concentration in the production of thermal insulation materials. Ceramic thermal insulation materials with high physical and mechanical performance and without the use of natural traditional materials have been produced. By density, ceramic bricks containing 40-50% flotation coal dressing slurries belong to group B. By thermal conductivity, the same compositions belong to the group of high-efficiency, containing 40%, and to the effective group, containing 50% of flotation coal dressing slurries. The use of waste from the fuel and energy complex contributes to reducing production costs, recycling industrial waste, protecting the environment, expanding the raw material base for ceramic materials, and reducing the negative impact of waste on the environment.
Keywords: inter-shale clay, slurries of flotation enrichment, thermal insulation material, ecology, environmental management, economy.
* Abdrakhimov V.Z. (3375892@mail.ru) - Doctor of Technical Sciences, Professor; Samara State University of Economics (Samara, Russia)..
Received for publication on 20.01.2021
