CC BY
17
ЭКСТРУЗИОННОЕ ОКУСКОВАНИЕ ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТОРФА
ГОРБУНОВА. В. Уральская государственная горно-геологичсская академия
Торфяная промышленность на современном этапе своего развития представляет собой анализированную отрасль, оснащенную многочисленными технологическими схемами и ванисм для добычи и переработки торфа. Торф - молодое горючее ископаемое, характериз) сложностью состава и наличием широкого класса органических веществ: битумов, углеводов, миновых кислот и др. В результате механической, механо-термической, термохимической и б> мической переработки торфа получают широкий ассортимент продукции: топливный фрезерный! кусковой торф и прессованные брикеты, органические и органом и неральные удобрения, б» ляторы и ростовые вещества, бактериальные препараты, кормовые дрожжи, тепличные рас< субстраты; красители, специальные антикоррозионные присадки, преобразователи ржавчины, лещелочные реагенты для буровой техники, воски, модельные составы для точного литья в построении и разделительные смазки, изделия бытовой химии, газ, кокс, полукокс, термобрике торфорудные брикеты, строительные и теплоизоляционные материалы, сорбенты и другие про; ты.
Анализ многопрофильной торфяной продукции свидетельствует о том, что в большш случаев продукция представляет собой композиционные материалы. Под торфяными компс онными материалами понимаются материалы, включающие не менее двух компонентов, один которых торф. При этом торф рассматривается как квазиоднородный материал. При рассм< основных направлений производства торфяной продукции прослеживается тенденция расши[ использования в качестве сырья отходов различных производств, при этом решаются актуал! проблемы охраны окружающей среды, обеспечения регионов удобрением, топливом, строитсл* ми и другими материалами, повышается экономическая эффективность производства за счет плексного использования местных ресурсов.
Наибольшее развитие торфяиая отрасль получила в крупных промышленных центрах -тральном, Северо-Западном, Уральском. Западно-Сибирском экономических районах. Эти район». | силу специфики своего экономического развития испытывают значительные техногенные нагрует. Добыча минерального сырья и его последующая переработка приводят к образованию и накоплению большого количества твердых, полутвердых и жидких отходов.
Интенсивное развитие горнодобывающей и металлургической промышленности привело накоплению только на территории Свердловской области 44 млрд т различных отходов, объем кх торых ежегодно увеличивается на 140 млн т, в том числе на 22 млн т токсичных отходов.
По запасам торфа Свердловская область занимает одно из ведущих мест ь Российской Федерации. Согласно кадастру торфяных месторождений, в области разведано и учтено 1671 торфян месторождение общей площадью в границах промышленной залежи 1931,1 тыс га с запасами фа 6985,7 млн т. Анализ картографических и других материалов показывает, что, по самым скро»» ным подсчетам, общегеологические запасы торфа с учетом еще не разведанных месторождени! превышают 8 млрд т.
Применительно к производству торфяных композиционных материалов (ТКМ) сбалансир> ванный подбор качественных показателей исходного торфа и наполнителей является основопат»-! гающим принципом при разработке рецептуры новых материалов и технологических процессов. Согласно основному положению физико-химической механики, конечные свойства дисперсно* системы тависят от начальной струпуры маи'риала. и любому ее изменению соответствуют измененные конечные свойства системы. Практика производства брикетов и кускового торфа однозначно указывает на влияние режима обработки и состава сырья на прочность и водопоглощаемость получаемой продукции. Оценка пригодности торфа для использования его в качестве сырья для получения композиционных материалов проводится на основе анализа органической и минерально! части торфа, химического состава и содержания зольных элементов, структурных характеристик, содержания гуминовых веществ и других свойств.
На кафедре приодообустройства УГГГА выполнены экспериментальные исследования производства новых видов торфяных композиционных материалов, в том числе формованных торфяных субстратов для выращивания рассады, торфяных углеродсодержащих композиций для использования в качестве восстановителя в металлургических процессах и топлива в коммунальном хозяйстве, топливно-плавильных композиций для металлургических процгссов. Рассмотрены свойства возможных наполнителей торфяных композиций. Высокая чувствительность торфяных систем к химическому воздействию позволяет регулировать структурно-механические и реологические параметры системы с целью получения торфяных композиционных материалов с заданными качественными показателями. Вопрос химического модифицирования торфяных систем глубоко проработан при решении проблемы получения высококачественного топлива в виде формованного кускового торфа и прессованных брикетов. Из работ, выполненных сотрудниками кафедры, и работ других исследователей можно сделать следующие выводы. Во-первых, имеется возможность управлять прочностью кускового торфа посредством введения минеральных соединений; во-вторых, экспериментально доказана возможность модифицирования кускового торфа тонкодисперсными добавками, при этом снижается пористость материала, который приобретает свойства дисперсно-упрочненных композиций; в-третьих, наиболее высока эффективность физико-химического модифицирования торфяных систем посредством введения поверхностно-активных веществ и высокомолекулярных соединений, в этом случае повышается однородность структуры, снижается развитие дефектов, уменьшается крошимость готовой продукции, увеличивается условная удельная поверхность частиц, снижаются энергозатраты на диспергирование, повышается прочность продукции на 20-90 % и т. д.
Использование в торфяных композициях углеродистых и металлосолержащих наполнителей придаст новые потребительские свойства материалу и позволяет окусковывать различные дисперсные матери&ты, в том числе являющиеся производственными отходами.
При проведении экспериментальных исследований получения торфяных композиций в зависимости от их назначения использовались следующие наполнители: для композиций сельскохозяйственного назначения - органические и минеральные удобрения, сапропель; для композиций топливного назначения - мелкий нефтяной кокс, коксовая и угольная пы/ь и мелочь, отсев древесного угля, угольная пыль газоочистки, отходы графитации угольных стержней; для композиций металлургического назначения - обожженный медный концентрат, медесодержащая пыль газоочистки, свинцовая пыль, марганцевые шламы и др.
Структурные и реологические характеристики торфяных композиционных смесей В значительной степени определяют процессы структурообразования при окусковании продукции. Торф с наполнителями представляет полидисперсный материал, харастеризуемый широким интервалом линейных размеров частиц и многообразием их форм, функциями распределения частиц по размерам, среднедействующим диаметром и удельной поверхностью частиц
Введение во влажный торф сухих тонкодиспсрсных наполнителей приводит к модификации торфяной системы и превращает ее в твердообразный гетерогенный комплекс, в котором торф выполняет функцию пористой матрицы, в пространственной структуре которой располагаются дискретные частицы наполнителя.
Сравнительный анализ реологических характеристик композиций торфа с мсдссодсржащим материалом с оптимальными параметрами, рекомендуемыми при формовании близких по свойствам материалов: торфа, торфоминеральных удобрений, пластичных керамических масс - указывает на необходимость повышения давления при экструзии торфомедных композиций, что позволяет отнести процесс экструзионного окускования этих композиций к «жесткой» экструзии или пресс-формованию. И тот, и другой термины широко используются в практике производства строительных материалов.
Предлагаемый технологический процесс состоит из следующих основных операций: добычи торфяного сырья, доставки добытого торфа и дополнительных компонентов, отделения от торфа крупных древесных и металлических включений, грохочения и дробления (при необходимости) дополнительных компонентов, дозирования и перемешивания композиционной шихты, экструзионного формования композиций заданной формы и размеров, сушки и складирования готовой продукции.
Технология производства формованных ТКМ предусматривает многовариантность те гической схемы, возможность частичного выполнения отдельных подготовительных операций повременно с добычей торфяного сырья.
При рассмотрении процессов экструзионного окускования торфяных композиционных риалов представляется возможным выделить основные принципы, лежащие в основе этих те гических процессов. Условно эти принципы можно подразделить на технологические и экономические.
Технологические принципы включают: сбалансированный подбор свойств торфяного сы компонентов-наполнителей; максимальное использование в качестве наполнителей промы ных отходов; включение в технологический процесс операций и оборудования наиболее полно меньшими затратами, обеспечивающими получение продукции с заданными качественными зателями; перераспределение подготовительных операций сырья на стадии его добычи, н выполнения в процессе добычи сепарации древесных включений, предварительного механи диспергирования и др.; использование селективной экскавации торфяного сырья необхо качества; переход от методов механической переработки к энерготехнологическим сп< приемам с учетом последних достижений науки и техники; построение гибких технологи линий по модульной схеме с возможностью многоцелевого использования, быстрого переход выпуска одного вида продукции к другому; использование в технологическом процессе ных и вторичных источников энергии.
Эколого-экономические принципы включают: построение технологии на основе прин малоотходного и безотходного производств; выполнение комплексной оценки воздействий на ружающую среду при переработке отходов, разработке новых и доработке эксплуатируемых фяиых месторождений; установление зон экономической эффективности совместной пе? торфяных и вторичных ресурсов с учетом транспортных затрат на доставку сырья и готовой дукции; разработку системы маркстин-а торфяных композиционных материалов.
Реализация вышеперечисленных принципов организации производства ТКМ возможна при проектирования новых, так и реконструкции существующих предприятий.
