CC BY
79
УДК 69.691.33
К. Ш. Арынгазин1, В. В. Ларичкин2, А. К. Алдунгарова3, А. К. Свидерский4, П. О. Быков5, А. В. Богомолов6, А. К. Тлеулесов7, Д. К. Маусымбаева8
:к.т.н., профессор, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан; 2д.т.н., профессор, Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск, Россия; 3PhD, ассоц. профессор; 4д.х.н., профессор; 5,6к.т.н., ассоц. профессор, 7,8магистры, Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар, Казахстан
ИННОВАЦИОННОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТВЁРДЫХ ТЕХНОГЕННЫХ ОТХОДОВ ПРЕДПРИЯТИЙ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКИ И МЕТАЛЛУРГИИ ПАВЛОДАРСКОЙ ОБЛАСТИ В ПРОИЗВОДСТВЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
В статье рассмотрен метод утилизации отходов промышленности в области энергетики и металлургии, путем использования их в изготовлении строительных материалов.
Ключевые слова: отходы производства, строительные материалы, золоотвалы.
ВВЕДЕНИЕ
Производство строительных материалов, конструкций и изделий является одним из 14 приоритетных секторов обрабатывающей промышленности ГП ИИР РК на 2015-2019 годы. В Республике Казахстан ежегодный выход золы и золошлаковых смесей при сжигании углей составляет около 20 млн. тонн, а в золоотвалах к настоящему времени накоплено более 400 млн. тонн отходов и представляют серьезную экологическую проблему регионов. Под золотвалами крупнейших ТЭС находятся тысячи гектаров земли, выведенной из сельскохозяйственного применения. Энергетики несут значительные финансовые расходы на содержание золоотвалов, оплату земли, экологические платежи.
ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ
Анализ научно-технической литературы выявил широкий спектр возможного применения топливных ЗШО, в первую очередь, в производстве строительных материалов и изделий: в качестве сырьевого компонента для производства портландцементного клинкера; как минеральная добавка к цементу; самостоятельное вяжущее для бетонов и растворов нормального и автоклавного твердения; как наполнитель бетонных смесей и др.
Объемы строительства в РК с каждым годом возрастают, но сохраняется тенденция роста цен на строительные материалы, а утилизация и использование золошлаковых отходов электростанций в республике не превышает 1 %, тогда как в Европе этот показатель в среднем составляет 60 %.
В настоящее время доля использования золошлаковых отходов на ТЭС России не превышает 8-10 %. Западные страны, где очень развит промышленный симбиоз, используют около 70 % образующихся золошлаковых отходов. В Польше для стимулирования переработки золошлаковых отходов была резко повышена цена на землю под золоотвалы, и поэтому ТЭС доплачивают потребителям золы для снижения затрат на хранение. В Великобритании и Германии действуют специализированные организации по сбыту золы и шлаков.
До настоящего времени вопросы переработки отходов производственной деятельности ТЭС и металлургических отходов в Казахстане решались недостаточно активно. Отчасти это было обусловлено приоритетным развитием сырьевого производства. В то же время, возникла острая необходимость в переработке золошлаковых отходов ТЭС и металлургических отходов. Этот факт обусловлен возросшими экологическими требованиями, международными обязательствами государства, прогнозируемым увеличением доли выработки электроэнергии тепловых электростанций, работающих на угле и доли металлургического производства.
Цель разработки: инновационные решения в области переработки золошлаковых отходов (ЗШО) тепловых электростанций и отходов металлургии Павлодарской области.
Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
1 Проведение маркетинговых исследований для определения потенциальных объёмов производства строительных материалов.
2 Разработка системы сухого золошлакоудаления для тепловых электростанций.
3 Анализ химического и гранулометрического состава ЗШО.
4 Разработка рецептур изготовления строительных материалов на основе ЗШО и металлургических отходов.
5 Изготовление и испытание полученных образцов строительных материалов и их сертификация.
6 Создание опытно-промышленного производства строительных материалов с использованием ЗШО.
7 Отладка технологий и получение опытных партий строительных материалов и изделий на основе ЗШО и металлургических отходов.
8 Создание базы данных ЗШО, разработка методики автоматизированного расчета оптимальных параметров технологических линий производства (ТЛП) и рецептур состава бетона.
В разработке проекта принимают участие кафедры Павлодарского государственного университета (ПГУ) имени С. Торайгырова: «Профессиональное обучение и защита окружающей среды», «Металлургия», «Теплоэнергетика»; а также участие зарубежных ученых профессоров: Ларичкин В. В. (Новосибирский Государственный технический университет, г. Новосибирск, РФ), Карпов В. И. (Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана. г. Москва).
По проекту были получены и испытаны лабораторные образцы строительных материалов и изделий с использованием до 30 % ЗШО и бокситового шлама, отвечающие строительным нормам (имеются акты испытаний). Была изготовлена опытная партия различных видов строительных изделий: тротуарного и бордюрного камня, облицовочной плитки, гипсового декоративного камня. Проведены натурные испытания тротуарного камня. В октябре 2012 г. опытной партией тротуарной плитки с использованием ЗШО выложен реальный тротуар площадью 12 м2 на территории Инновационного центра Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). Эксплуатация тротуарной плитки в течении 4-х лет показала, что трещин, сколов и истирания не наблюдается, что указывает на высокое качество строительных материалов с использованием золошлаковых отходов.
Кафедрой «Профессиональное обучение и защита окружающей среды» (зав. кафедрой проф. Арынгазин К. Ш.) ПГУ совместно с кафедрой инженерных проблем экологии НГТУ (зав. кафедрой д.т.н., профессор Ларичкин В. В.) разработана новая технология изготовления тяжёлых бетонов с использованием золошлаковых отходов ТЭС и отходов металлургии РК. Эти бетоны планируется использовать для изготовления материалов и строительных изделий высокого качества с низкой себестоимостью (камень пустотелый, тротуарная плитка, бордюрный камень). Состав изделия: цемент от 35 до 20 %, песок от 55 до 40 %, ЗШО от 10 до 40 %.
Технологический процесс изготовления изделий в общем виде состоит из подготовки сырьевой массы, формования изделий, выдерживания полученного после формования изделия, складирования готовых изделий.
По направлению проекта широко проводятся исследования учеными Российской Федерации. Научно-исследовательские работы, проведенные в России за последние 20 лет показали, что зола и шлаки ТЭС являются ценным сырьем для ряда отраслей промышленности:
- стройиндустрии (добавка к цементу, заменитель песка, компонент строительных смесей и растворов, приготовление различных бетонов и кирпича, покрытия для автомобильных дорог, тротуарная плитка и бордюры, изготовление теплоизоляционных материалов и различных заполнителей и пр.);
- химической промышленности (выделение и получение из зол ценных химических элементов);
- сельского хозяйства (производство удобрений и раскислителей почв).
В России лидирующими группами в области исследований и разработок по темам, аналогичному данному Подроекту, являются НГТУ, Сиборгэнергострой (г. Новосибирск), ОАО «Дальэнерго» (г. Владивосток), ООО «Центр энергоэффективности и ресурсосбережения», (г. Омск). В настоящем проекте планируется использовать разработки этих групп в качестве базиса для постановки задач проекта.
Известные ранее разработки базировались на ЗШО от сжигания углей Кузнецкого, Канско-Ачинского месторождений, Ангренского угля. Использование металлургических отходов при производстве строительных материалов практически не исследовались. Кроме того планируется системное рассмотрение
проблемы, при котором интеграция решаемых задач будет осуществляться на основе информационных технологий.
Ожидаемый научный эффект: комплексное использование ЗШО ТЭС, бокситового шлама и строительных материалов на их основе позволяют успешно решать поставленные задачи, а изучение их физико-механических и химико-минералогических свойств внесут весомый вклад в развитие научных исследований в области производства строительных материалов и разработке новых технологий получения энергоэффективных материалов с заданными характеристиками.
Ожидаемый социальный эффект обусловлен: созданием новых рабочих мест в индустрии производства строительных материалов и изделий из них; решением экологических проблем региона - утилизацией твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетики и металлургии Павлодарской области; улучшением качества жизни населения вследствие введения в эксплуатацию новых ранее не используемых строительных материалов, зданий и сооружений из них с высокими эксплуатационными характеристиками.
Ожидаемый экономический эффект: твёрдые техногенные отходы предприятий теплоэнергетики и металлургии Павлодарской области являются перспективным, практически неисчерпаемым, доступным, дешёвым и ранее неиспользуемым источником сырья для строительной индустрии. Их вовлечение в действующее производство позволит снизить себестоимость строительных материалов и изделий из них на 15-30 %, а внедрение в производство предлагаемых новых эффективных технологий позволит получить значительную экономию энергоресурсов и повысить качество производимых материалов и изделий из них.
Результаты проекта, в частности, разработанные рецептуры изготовления на основе ЗШО и отходов металлургии строительные материалы и изделия с применением отходов наноиндустрии, могут быть использованы научно-исследовательскими, проектными и другими организациями, занимающимися проектированием и изготовлением строительных материалов и оборудования для производства строительных материалов.
ВЫВОДЫ
Распространение результатов данной работы среди потенциальных пользователей будет произведено путем публикации основных результатов подпроекта в открытой печати в виде статей, учебных пособий и монографии и апробацией результатов на республиканских и международных научных конференциях. Внедрение предлагаемой технологии использования золошлаковых отходов ТЭС Республики Казахстан в производстве строительных материалов позволит сократить импорт и увеличить экспорт строительных материалов, снизить себестоимость объектов строительства, улучшить экологическую обстановку регионов на всей территории Казахстана.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1 https://refdb.ru/look/1750450.html
2 Арынгазин, К. Ш., Тлеулесов, А. К., Ларичкин, В. В. Перспективы использования золошлаковых отходов Павлодарской ТЭЦ-1 в производстве тяжелых бетонов // Труды XV Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона». - Новосибирск, 2014, 23-25 апреля. - С. 366-371.
3 Арынгазин, К. Ш., Тлеулесов, А. К., Айтказина, С. М. Ларичкин, В. В. Исследование свойств тяжёлого бетона, содержащего золошлаковые отходы от сжигания Экибастузкого каменного угля // Труды XVI Всероссийской научно-технической конференции «Наука. Промышленность. Оборона», посвященной 70-летию победы в великой отечественной войне. - Новосибирск, 2015, 22-24 апреля. - С. 772-776.
4 Арынгазин, К. Ш., Тлеулесов, А. К., Жакиянова, А. Х., Трушев, Ж. А., Токтарбеков, Е. Ч. Перспективы комплексного использования твердых техногенных отходов предприятий Павлодарской области в производстве строительных материалов // Материалы Международной научной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «XV Сатпаевские чтения». - Павлодар: ПГУ им. С.Торайгырова, 2015. - С. 55-62.
5 Арынгазин, К. Ш., Тлеулесов, А. К., Садвакасов, К. С., Ларичкин, В. В. Ресурсо-энергосбережение и эколого-энергетическая безопасность на энергетических предприятиях Павлодарской области // Материалы Международной научной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «XV Сатпаевские чтения». - Т. 21.- Павлодар: ПГУ им. С.Торайгырова, 2015. - С. 313-319.
6 Арынгазин, К. Ш., Кудерин, М. К., Саканов, К. Т., Станевич, В. Т., Булыга, Л. Л., Ларичкин, В. В, Тлеулесов, А. К., Садвакасов, К. С. Использование твёрдых техногенных отходов предприятий теплоэнергетики павлодарской области в производстве строительных материалов // Материалы международной научно-практической конференции «VII Торайгыровские чтения». - T. 3. - Павлодар, 2015. - 5 с.
7 Арынгазин, К. Ш., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К., Тлеулесов, А. К., Бейсембаев, М. К., Токтарбеков, Е. Ч. Использование отходов производства. Учебно-методическое пособие. - Павлодар : Кереку, 2016. - 80 с.
8 Турдыева, Б. Д., Токтарбеков, Е. Ч., Арынгазин, К. Ш., Ларичкин, В. В., Алдунгарова, А. К., Тлеулесов, А. К. Методика изготовления образцов бетонов с использованием отходов промышленности // Материалы международной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «XVI Сатпаевские чтения». - Т. 27. - Павлодар, 2016. - С. 200-207.
9 Арынгазин, К. Ш., Алдунгарова, А. К., Тулабберген, Б., Токтарбеков, Е. Ч. Исследование возможностей использования твердых техногенных отходов Павлодарской области в производстве строительных материалов // Материалы международной конференции молодых ученых, магистрантов, студентов и школьников «XVI Сатпаевские чтения».- Т. 27. - Павлодар, 2016. - С. 71-78.
Материал поступил в редакцию 12.12.16.
Ц. Ш. Лрынгазин1, В. В. Ларичкин2, А. Ц. Ллдунгарова1, А. К. Свидерский1, П. О. Быков1, А. В. Богомолов1, А. Ц. Тлеулесов1, Д. Ц. Маусымбаева1 Павлодар облысынын к^рылыс материалдарын енд1р1с1нде ЖЭС жене металлургия компаниялардыц катты техногендш калдыктарды инновациялык максатта пайдалану
Ю. ТораЙFыров атындаFы Павлодар мемлекеттiк университетi, Павлодар к., Казахстан; 2HoBoci6ip мемлекеттiк университет^ Новосiбiр к., Ресей.
Материал 12.12.16 баспаFа тYстi.
K. Sh. Aryngazin1, V. V. Larichkin2, А. K. Aldungarova1, Л. K. Sviderskiy1, P. O. Bykov1, Л. V. Bogomolov1, А. K. Tleulesov1, D. K. Maussymbayeva1
Innovative use of solid industrial waste of thermal power plants and metallurgy of Pavlodar region in the production of building materials
1S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar, Kazakhstan; Novosibirsk State Technical University, Novosibirsk, Russia.
Material received on 12.12.16.
Мацалада энергетика жэне металлургия саласында Q^ip^ цалдыцтарын кэдеге жарату эдктерт цурылыс материалдарын жасауда цолдану жолы царастырылган.
The method of industrial waste utilization in the field of energy and metallurgy, by using them in the manufacture of building materials, is covered in this article.
