CC BY
36
Вестник технологического университета. 2016. Т. 19, №21 УДК 628.345:669.05.83
С. В. Свергузова, Е. А. Беловодский, И. Г. Шайхиев, И. В. Старостина
ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПЫЛИ
ЭЛЕКТРОФИЛЬТРОВ ПРЕДПРИЯТИЯ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ЖЕЛЕЗОБЕТОННЫХ ИЗДЕЛИЙ
Ключевые слова: физико-химические характеристики, пыль электрофильтров.
В работе представлены результаты исследования химического состава и физико-химических характеристик пыли электрофильтров предприятия по производству железобетонных изделий г. Белгород. По результатам рентгенофазового анализа в пыли определены хатрурит, ларнит, ангидрит, браунмиллерит, гроссит, гипс и альбит. Определен гранулометрический, оксидный и элементный состав пыли электрофильтров. Исследовалась возможность очистки модельных растворов от ионов Ni2+ с начальной концентрацией 5-15 мг/дм3 с использованием пыли в количестве от 0,5 до 2,0 г/дм3.
Key words: physical and chemical characteristics, electrofilters dust.
The article presents the results of chemical composition,physical and chemical characteristics of dust from ferroconcrete industries electrofilters. According to the results of X-ray analysis in dust was found hatrurite, larnite, anhydride, brownmillerit, grossit, gypsum, albite. Was defined granulometric, oxidation and elemental composition of electrofilters ' dust. Was investigated the possibility of model solutions clearing from Ni2+ ions with initial concentration 5-15 mg/dm3; using of dust in amount of 0,5-2,0 g/dm3.
В ходе производственных процессов на предприятиях по производству железобетонных изделий образуются различные техногенные отходы, часть из которых (например, пыль электрофильтров) является невостребованной и складируется на промышленных полигонах отходов, что усугубляет общую неблагоприятную обстановку, сложившуюся в области образования и накопления промышленных отходов.
Проблема накопления промышленных отходов имеет ряд серьезных экологических и экономических аспектов. 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. Использование отходов и побочных продуктов различных отраслей промышленности способствует энерго- и ресурсосбережению основного производства, расширению номенклатуры выпускаемой продукции, а также позволяет освободить тысячи гектаров земельных угодий пригодных для сельскохозяйственного использования, занятые под отвалы и шламохранилища и снизить степень техногенного загрязнения всех компонентов окружающей природной среды [1].
В частности, ранее нами была показана возможность использования пыли электродуговых сталеплавильных печей в качестве сорбционного материала для удаления поллютантов из водных сред [2-6].
По степени воздействия на окружающую среду предприятия отрасли производства строительных материалов занимают одно из ведущих мест среди предприятий других отраслей. В то же время на основных технологических процессах производства строительных материалов образуются такие побочные продукты, которые в силу своих механических и физико-химических свойств можно отнести к разряду ценного техногенного сырья. Одной из причин медленного вовлечения подобных отходов в сырье-
вой материалооборот является отсутствие информации об их составе и свойствах и возможных направлениях технологического применения.
На сегодняшний день, в связи с развитием строительства в Росси в последнее время большим спросом начали пользоваться железобетонные изделия (ЖБИ). Технология производства последних за прошедшие годы уже хорошо отлажена и применяется на заводах железобетонных изделий и строительных объектах. Раньше перед специалистами нередко стояли задачи о повышении качества ЖБИ, теперь же наличие на рынке качественного цемента и различных технологий по изготовлению напряженного бетона, вибропрессованию, центрифугированию позволяют использовать уже наработанные технологии и иметь соответствующее оборудование.
В настоящее время на территории Белгородской области расположено 10 заводов по производству и экспорту ЖБИ. Большая часть из них (7 заводов) находятся в г. Белгороде.
Крупнейшими из них являются ООО "ЖБИ-4", ОАО "ЖБК-1" и ОАО "Белгородстройдеталь" [7].
Основной вид деятельности предприятия ООО "ЖБИ-4" - приготовление раствора, бетона, изготовление железобетонных изделий, сборных металлоконструкций.
Сырьем для производства железобетонных изделий являются песок, щебень и цемент. При перемещении, засыпке, дозировании строительных материалов происходит выделение пыли, которая улавливается системой пылегазоочистки. Количество пыли электрофильтров составляет свыше 2000 т/год. Часть удержанной пыли возвращается в производство раствора бетона, а оставшаяся часть складируется в отвалы. Между тем, известно, что отходы многих производств могут быть использованы в различных технологических целях [8-10]. В частности, пыль электрофильтров комбината строительных конструкций ранее исследовалась, в том числе, в качестве реагента для удаления поллютантов из водных сред [11].
В данной работе исследованы физико-химические свойства пыли электрофильтров предприятия ООО "ЖБИ-4".
Целью данной работы явилось комплексное изучение физико-химических свойств, гранулометрического и минерального состава пыли электрофильтров предприятия «ЖБИ-4».
Исследуемая пыль представляет собой порошок темно-серого цвета с влажностью до 6 %, гранулометрический состав которой представлен в табл. 1.
Таблица 1 - Гранулометрический состав пыли электро фильтров
случаев частицы объединены в объемные конгломераты.
Размер ячейки, мм 1,4 1 0,63 0,315 0,14 0,1 0,08 0,05 <0,05
Остаток на сите, % 1,60 1,17 1,23 1,11 1,36 8,13 8,41 29,59 47,40
Как видно из данных таблицы 1, пыль электрофильтров представляет собой тонкодисперсную систему, причём тонкая фракция с размером частиц менее 0,05 мм составляет 47,4 %.
Минеральный состав пыли электрофильтров текущего производства оценивали по результатам рентгенофазового анализа. Анализ дифрактограммы пыли электрофильтров показал (рис. 1), что в пробе присутствуют, главным образом, такие соединения, как хатрурит СазЭЮ5 (А 3,882; 3.265; 3.039; 2.975; 2.783; 2.613; 2.324; 2.190; 1.984; 1.936; 1.827; 1.769; 1.645; 1.544; 1.463), ангидрит Са(БЮ4) (В 4,670; 3.882; 3.506; 2.190; 1.936), браунмиллерит Са2(А1^е+ЭЬ05 (О 3,656; 2,783; 2,054), ларнит Са2ЭЮ4 (Е 2.883; 2.783; 2.718; 2.613; 2.324; 2.190; 2.054; 1.984; 1.827; 1.769), гроссит СаАЦОу (р 3.506; 3.265; 2.883; 2.718; 2.613), гипс СаБ04^2(Н20) (О 2.783; 2.718; 2.054; 1.827), альбит №А1^08 (Н 3.656; 3.506; 3.199; 2.783; 2.324; 2.190; 1.984; 1.827).
□ }
1 Г
<§У 1 О
$
0 □ ............. * £
IX о ^ -1*1 'АО о* ГЦ
Рис. 1 - Рентгенограмма пыли электрофильтров: □ - хатрурит CaзSiO5; 0 - ларнит Са2$Ю4; о - ангидрит Са(8Ю4); А - браунмиллерит Са2(Л1^е+3)205; ■=> - гроссит СаЛЦОу; ^ - гипс CaS04(H20)2; ^ - альбит NaЛlSiз08
Наиболее интенсивные аналитические линии принадлежат гросситу, гипсу, ларниту, альбиту, бра-унмиллериту.
Частицы пыли имеют рыхлую развитую поверхность с округлыми краями (рис. 2). В большинстве
Рис. 2 - Микрофотографии пыли электрофильтров при разных кратностях увеличения
Насыпная (рнас) и истинная (рист) плотности пыли составляют 0,987 и 3,2 г/см3, соответственно; потери при прокаливании составляют 2,4 %.
Результаты анализа оксидного (табл. 2) и элементного (табл. 3) составов показали, что пыль содержит до 65 % оксида кальция, как в свободном, так и в связанном виде, что характеризует ее как высокоосновный вид техногенного сырья.
Присутствие в пыли большого количества СаО при растворении кальцийсодержащих соединений приводит к повышению рН водной среды (рис.3). Данное обстоятельство создает благоприятные условия для образования малорастворимых гидроксидов многих металлов (табл. 4).
Таблица 2 фильтров
Оксидный состав пыли электро-
Оксиды
СаО SiO2 А1203 Fe2Oз SOз MgO К2О
64,80 19,50 5,53 4,56 2,76 1,14 0,76
Ыа2О ТЮ2 МпО ВаО ZnO СиО ZrO2
0,60 0,16 0,10 0,04 0,03 0,01 0,01
Таблица 3 фильтров
Элементный состав пыли электро-
Оксиды
Са Si А1 Fe S Mg К Ыа
45,61 9,07 2,38 2,49 1,11 0,69 0,63 0,44
П Мп Ва Zn Си Zr С О
0,98 0,08 0,36 0,02 0,01 0,01 13,68 22,44
Присутствие в пыли большого количества оксида кальция при растворении кальцийсодержащих соединений приводит к повышению рН водной среды (рис. 3). Данное обстоятельство создает благоприятные условия для образования малорастворимых гид-роксидов многих металлов (табл. 4).
Рис. 3 - Зависимость значения рН водной суспензии пыли от длительности контакта. Концентрация пыли в суспензии - 1 г/дм3.
Таблица 4 - Условия гидратообразования некоторых гидроксидов [12]
Гидроксид Значение рН осаждения Начало растворения
начало осаждения полное осаждение (ост. концентрация 10-5М)
1М 0,01М
Fe(OH)з 1,5 2,3 4,1 14
А1(ОН)3 3,3 4,0 5,2 7,8
Сг(ОН)3 4,0 4,9 6,8 12
Zn(OH)2 5,4 6,4 8,0 10,5
Fe(OH)2 6,5 7,5 9,7 13,5
№(ОН)2 6,7 7,7 9,5 -
Для проверки приведенных данных исследовалась возможность очистки модельных растворов от ионов №2+. К модельным растворам с содержанием ионов №2+ 5
10 и 15 мг/дм добавляли пыль в количестве от 0,5 до 2,0 г/дм3. Концентрацию ионов №2+ в исходном и очищенном растворах определяли фото-
колориметрическим методом, эффективность очистки в %, определяли по формуле:
Э = (Сн - Ск) / Ск,
где Сн и Ск - начальная и конечная концентрации ионов №2+.
Длительность контакта пыли с раствором составила 5 минут. Зависимость эффективности очистки модельных никельсодержащих растворов от концентрации пыли представлена на рис. 4.
Рис. 4 - Зависимость эффективности очистки ни-кельсодержащих растворов от концентрации пыли
Из полученных результатов следует, что высокая эффективность очистки достигается для всех исследуемых растворов. Таким образом, в исследованиях установлена возможность использования пыли электрофильтров предприятия ООО "ЖБИ-4" для очистки водных сред от ионов тяжелых металлов. это особенно важно в условиях усиления негативной антропогенной нагрузки на окружающую среду и ухудшения экологического состояния водных объектов.
Статья подготовлена при поддержке гранта ПСР БГТУ им. В.Г. Шухова, № регистрации НИР А-2/12.
Литература
1. И.В. Старостина, Е.А. Пендюрин, А.В. Толитченко, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 1, 129-133 (2013).
2. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, И.Г. Шайхиев, Д.Ю. Ипанов, В.Д. Мухачева, Вестник Казанского технологического университета, 16, 7, 92-94 (2013).
3. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, Д.Ю. Ипанов, А.В. Шамшуров, Е.В. Новикова, Экология и промышленность России, 7, 22-25 (2013).
4. С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, Л.А. Порожнюк, Д.Ю. Ипанов, Е.В. Суханов, Вестник Казанского технологического университета, 17, 6, 199-201 (2014).
5. С.В. Свергузова, О.Д. Лашина, Экология и промышленность России, 4, 46-47 (2008).
6. С.В. Свергузова, Л.А. Порожнюк, Е.В. Суханов, Е.В. Фомина, Л.В. Денисова, И.Г. Шайхиев, Вестник технологического университета, 19, 9, 158-163 (2016).
7. С.В. Свергузова, Ю.Н. Малахатка, А.В. Шамшуров, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 4, 169-172 (2012).
8. С.В. Свергузова, Г.И. Тарасова, Ю.Н. Малахатка, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 175-177 (2012).
9. С.В. Степанова, И.Г. Шайхиев, С.В. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 6, 183-186 (2014).
10. С.В. Свергузова, М.Н. Спирин, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 5, 187-191 (2014).
11. Ю.Н. Малахатка, С.В. Свергузова, И.Г. Шайхиев, А.В. Шамшуров, Вестник Казанского технологического университета, 15, 12, 27-139 (2012).
12. Ю.Ю. Лурье, Справочник по аналитической химии. Химия, Москва, 1971. 456 с.
© С. В. Свергузова - д.т.н., профессор, зав. кафедрой промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, pe@intbel.ru; Е. А. Беловодский - магистрант кафедры промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова, И. Г. Шайхиев - д.т.н., профессор, зав. кафедрой инженерной экологии КНИТУ; И. В. Старостина - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии Белгородского государственного технологического университета им. В.Г. Шухова.
© S. V. Sverguzova - PhD, professor, head of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra, e-mail: pe@intbel.ru; E.A. Belovodsky - undergraduate student of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra;; I. G. Shaikhiev - PhD, professor, head of Kazan National Research Technological University engineering ecology cathedra; I. V. Starostina - PhD, docent of Shukhov's Belgorod State Technological University industrial ecology cathedra
