CC BY
124
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ.
УДК 620.22-419.8:658.567:678 Ершова О.В., Коляда Л.Г.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ СОВМЕСТНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ И ПОЛИМЕРНЫХ ОТХОДОВ
Аннотация. В статье рассмотрена возможность совместной переработки отходов производства предприятий металлургической и энергетической отраслей и вторичного полимерного сырья на основе ПВХ. Подобраны оптимальные состав и условия получения образцов композиционного материала и изучены его физико-механические характеристики. Полученный композит может быть использован в строительной, рекламной, упаковочной отраслях.
Ключевые слова: доменный шлак, зола уноса, золошлак, поливинилхлорид, вспениватель, композиты.
В настоящее время на Южном Урале накоплено свыше 3 млрд т отходов производства предприятий добывающей, металлургической, энергетической, машиностроительной отраслей. Главными поставщиками техногенного сырья являются горнодобывающая и металлургическая промышленности, а также теплоэнергетика. Около 25% территории Уральского региона оцениваются как кризисные из-за загрязнений, связанных с хранением техногенных отходов [1]. Уровень утилизации отходов теплоэнергетики в России составляет около 4-5%, в то время как в развитых странах - 50-90%.
Одним из перспективных направлений переработки минеральных техногенных отходов является создание композиционных материалов на основе вторичных полимеров. В настоящее время проблема переработки отходов полимерных материалов обретает актуальное значение не только с позиций охраны окружающей среды, но и с экономической точки зрения.
Одним из крупнотоннажных полимеров является ПВХ - поливинилхлорид (винипласт), который обладает достаточно высокой механической прочностью, высокими водо- и химостойкостью, хорошими диэлектрическими характеристиками. К числу недостатков относятся низкая ударная прочность и невысокая температура эксплуатации (не выше 70-80°С). Широкое применение винипласта - изготовление оконных и дверных профилей, которые после определенного срока эксплуатации демонтируются и требуют утилизации.
В связи с этим цель настоящей работы - разработка композиционного материала на основе техногенных минеральных и полимерных отходов.
При реализации поставленной цели решались следующие задачи:
- проведение исследования исходных компонентов композита: золы уноса и золошлака Южноуральской ГРЭС, доменного шлака ММК, вторичного ПВХ;
- получение образцов композита;
- исследование свойств композита.
Химический состав золы уноса и золошлака
Южноуральской ГРЭС, а также доменного шлака ММК был определен рентгеноспектральным методом на установке СРМ-25.
Результаты анализа представлены в табл. 1.
Таблица 1
Химический состав наполнителей
Вещество Содержание вещества, %
Зола уноса Золошлак Шлак
C 1,64 3,14 -
S 0,20 0,15 0,70
SiO2 56,60 52,20 36,40
Al2Oз 25,50 23,30 13,00
FeO 6,90 10,40 0,25
CaO 2,50 4,40 38,10
1,82 1,96 7,70
Ш 2,34 2,20 1,26
Na2O 0,65 0,57 0,92
ТО2 1,17 1,06 1,27
ыпэ 0,37 0,23 0,40
P2O5 0,31 0,39 -
Зола уноса и золошлак Южноуральской ГРЭС имеют сходный состав: 85 % составляют оксиды кремния, алюминия и железа. Доменный шлак в основном состоит из оксидов кальция, кремния и алюминия.
Отходы ПВХ-конструкций представляют собой полимер сложного состава, так как в ПВХ-композицию входят термостабилизаторы, светостаби-лизаторы, пластификаторы, антипирены, наполнители и др., что оказывает влияние на температурный режим переработки ПВХ.
Методом дифференциальной сканирующей калориметрии и термогравиметрического анализа был определен состав вторичного ПВХ (рис. 1). По количеству пиков на ТГ-кривой можно судить о количестве компонентов в пластике. На полученной ТГ-кривой фиксируется семь пиков, т.е. вторичный полимер изначально представляет собой сложную систему, состоящую из различных компонентов. Первый пик на ТГ-кривой при температуре около 265°С соответствует деструкции легколетучих добавок в полимере. Максимальный пик на ТГ-кривой наблюдается при температуре 295°С и соответствует деструкции ПВХ, содержание которого составляет 46,14%. Остаточная масса образца по достижении температуры 600°С соответствует содержанию в ПВХ минеральных добавок и составляет 25,59% (предположительно - оксид
Раздел 8
титана ТЮ2, используемый в качестве красителя). мера (температура стеклования) и не сопровождается
Первый пик на ДСК-кривой при температуре 90°С изменением массы полимера. показывает изменение физического состояния поли-
ТГ/% ДСК /(мВт/мг)
Температура ГС Рис. 1. Кривые ДСК/ТГ ПВХ-конструкции
На основе анализа полученных кривых установлено, что температура переработки ПВХ-конструкции лежит в диапазоне температур от 90 до 265°С. Одним из направлений вторичной переработки ПВХ является получение вспененных пластиков с помощью специальных химических добавок - порофоров, которые при нагревании разлагаются с выделением газа, вспенивающим полимер. Для поливинилхлорида и других полиолефинов используют вспенивающий агент ЧХЗ-21 (диамид азодикарбоновой кислоты). Применение химических вспенивателей позволяет:
- уменьшить плотность и вес изделий;
- увеличить тепло- и звукоизолирующие характеристики полимеров;
- снизить стоимость изделия.
При создании композита на основе вторичного ПВХ и техногенных отходов важное значение имеет фракционный состав последних. Результаты определения фракционного состава золы и шлака представлены в табл. 2.
Таблица 2
Фракционный состав наполнителя
Наибольшей однородностью обладает зола уноса: фракция менее 0,25 мм составляет более 90%. Час-
тицы золошлака и доменного шлака имеют более крупные размеры.
Для получения композита использовалась лабораторная установка, состоящая из нагревательной печи и специально изготовленной лабораторной пресс-формы, вмещающей 10-30 г исследуемого материала (рис 2). Нагревательная печь представляет вертикальную цилиндрическую шахту, обогреваемую нагревательной спиралью.
Рис 2. Лабораторная пресс-форма для производства композита
Оптимальные условия получения образцов композиционного материала выявлены в результате реализации полного многофакторного эксперимента [2]. Модель отражает зависимость плотности композита от всех выбранных факторов (с учетом коэффициентов), а также от сочетания двух факторов (совместного влияния): концентрации и давления.
Полученные образцы композита были подвергнуты различным испытаниям, в ходе которых наибо-
Фракция, мм Содержание фракции, %
Зола уноса Золошлак Шлак
5 - 9,2 -
3 - 6,1 2,8
2 - 6,4 10,0
1 1,2 7,4 25,2
0,5 2,2 9,6 28,4
0,25 4,1 25,4 21,5
Остаток 92,5 35,9 12,1
72
Теория и технология металлургического производства
РЕСУРСО- И ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
лее оптимальным был признан композиционный материал с золой уноса в качестве наполнителя. Оптимальный состав композита [3]:
- 15% - наполнитель (зола уноса);
- 3% - вспениватель (ЧХЗ-21);
- 72% - вторичный ПВХ.
Данный образец наиболее безопасен, обладает лучшими физико-механическими свойствами, приемлемой химической стойкостью и водопоглощением [3]. Результаты исследований композиционного материала представлены в табл. 3.
Таблица 3
Полученные характеристики композиционного материала
Проведенные исследования позволяют сделать вывод о пригодности полученного композита на основе полимерных и минеральных отходов для использования в строительной, рекламной, упаковочной отраслях.
Литература
1.Солодкий Н.Ф., Шамриков А.С., Погребенков В.М. Минерально-сырьевая база Урала для керамической, огнеупорной и стекольной промышленности: справочное пособие. Томск: ТПУ, 2009. 332 с.
2.Ершова О.В., Коляда Л.Г., Крапивко Ю.С. Способы получения композиционного материала на основе техногенных полимерных и минеральных отходов // Химия. Технология. Качество. Состояние и перспективы развития: сборник материалов международной заочной научно-технической конференции (22 мая 2012 года) / под ред. Н.Л. Медяник. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С.124-129.
3.Ершова О.В., Коляда Л.Г. Крапивко Ю.С. Исследование свойств композиционного материала на основе техногенных минеральных и полимерных отходов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 70-й межрегиональной научно-технической конференции. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. Т.1. С.195-199.
Параметр Полученное значение
Радиационная безопасность Соответствует СанПиН 2.6.1.2523-09
Химическая безопасность Обеспечивается устойчивость рН среды
Коэффициент среднего теплового линейного расширения в интервале 60°С, °С"1 (мм/м) 3,81 -10"5 (1,8)
Сжимаемость Отсутствует при давлении менее 45 кг/см2
Усилие разрыва резьбового соединения, Н 890
Водопоглощение, % 3,8
Изменение массы в агрессивных средах, не более, % 2,5
Сведения об авторах
Ершова Ольга Викторовна - канд. пед. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-33. E-mail: chem@magtu.ru
Коляда Людмила Григорьевна - канд. техн. наук, доц. факультета стандартизации, химии и биотехнологии ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова». Тел.: 8(3519) 29-85-33. Email: chem@magtu.ru
♦ ♦ ♦
УДК 658.562:669.1.013.5
Салганик В.М., Полецков П.П., Гущина М.С.
РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЛЯ ИНТЕГРАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ОБЩЕГО УРОВНЯ ИСПОЛНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВА ПРОДУКЦИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ОТРАСЛИ
Аннотация. Осуществлен анализ существующих параметров оценки исполнения технологии и качества продукции металлургической отрасли. Предложен подход интегрированной оценки и прогноза работы предприятия, объединяющий качество продукции, уровень технологии и работу по заказам. Разработана методика управления технологическими процессами с расчетом показателя «Вероятность выполнения заказа при отклонении от нормативного документа».
Ключевые слова: статистическое управление процессами, показатели интегральной оценки уровня исполнения технологии и качества продукции, вероятность выполнения заказа при отклонении от нормативного документа.
В настоящее время на предприятиях металлургической отрасли преимущественно используются следующие параметры оценки качества выпускаемой продукции [1]:
- выход брака;
- в ыход несоответствующей продукции;
- в ыход годного.
