CC BY
11
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
УДК 546.72 DOI:10.30977/BUL.2219-5548.2018.81.0.57
ПРО ВИКОРИСТАННЯ ТРАВИЛЬНИХ ШЛАМ1В ВИРОБНИЦТВА МЕТИЗ1В П1Д ЧАС ОДЕРЖАННЯ В'ЯЖУЧИХ БУДШЕЛЬНИХ МАТЕР1АЛ1В
Тарасов В.К., 1ванов В.1., Румянцев В.Р., Запорпька державна шженерна академiя, Усенко Ю.1., Нацюнальна металургшна академiя УкраУни
Анотаця. Розглянуто галуз1 застосування в1дпрацьованих в1дход1в травильних в1ддтень ви-робництва метиз1в. Запропоновано використовувати шлами травильних в1ддтень для одер-жання в'яжучих буд1вельних матер1ал1в. Подано результати виробничих випробувань.
Ключов1 слова: виробництво метиз1в, шлами травильних в1ддтень, переробка, буд1вельний г1пс, випробування, мщтсть.
Вступ
Наведене повщомлення е продовженням циклу робгг [1-3], як присвячено проблемi використання вiдходiв металургшного виро-бництва як техногенно! сировини для промисловосп бущвельних матерiалiв. Вщходи травильних вiддiлень виробництва метизiв створюють суттевi проблеми для екологп довкшля [4, 5]. Якщо очищенi води зазначе-ного виробництва використовують у зворот-ному цикт, то шлами, що вмiщують солi та луги, спрямовують до вiдвалiв. 1х накопи-чення супроводжуеться деградацiею родю-чих земель i забрудненням пiдrрунтових вод. Тому пошук ефективних технологiй використання зазначених шламiв мае практичний та еколопчний iнтерес для промисловосп.
Аналiз публiкацiй
Лiквiдацiя вiдпрацьованих травильних шламiв шляхом захоронення у вщвалах не вiдповiдае сучасним вимогам мало- та без-вiдходних технологiй. Використання спеща-льних полiгонiв також не виршуе проблему, оскiльки висихання шламiв супроводжуеться вивiтрюванням та утворенням розчинних солей, як забруднюють довкiлля [6-8].
Вщомим е застосування вогнево! обробки вiдпрацьованих травильних розчинiв, а також обробки гiдролiзною шрчаною кислотою з одержанням дiоксиду шрки та порошкопо-дiбного оксиду залiза (II, III). За достатнього ступеня очищення оксид залiза можна використовувати як тгмент для виробництва бар-вникiв, а також для виготовлення активних катодних мас i полiрувальних порошкiв. Проте забезпечення високого ступеня очи-
щення оксиду залiза супроводжуеться знач-ними енергетичними витратами.
Для одержання придатних для подальшо-го використання шламiв травильних вщдь лень виробництва метизiв здiйснюють !х ста-ндартну нейтралiзацiю з наступним видалян-ням частинок розмiром бшьше нiж 5,0 мкм iз розчишв. Одержаний грануьований шлак можна застосовувати як будiвельний матерь ал для автомобшьних дорiг тдвищено! ван-тажносп мiсцевого рiвня.
Такi шлами використовують також як мь неральне додавання тд час виробництва якь сного цементу [10] шляхом !х глибокого очищення вщ iнших домiшок, а також подрь бнення до найдрiбнiших фракцiй, що потре-буе значних каттальних вкладень.
Мета i постановка завдання
Для зниження собiвартостi продукци виробництва метизiв доцiльним е використання його вiдходiв - шламiв травильних ванн - у промисловосп будiвельних матерiалiв. У такому разi вирiшують завдання одержання гшсових в'яжучих матерiалiв iз додаванням до шихти зневоднених щiльних осадiв шла-мiв виробництва метизiв, а також скорочення енергетичних витрат процесу виготовлення гшсу.
Головна частина дослщжень
До складу шламiв травильного вщдшення ВО «Дншрометиз» входять 35-40 % дипдра-ту сульфату кальцiю (CaSO4•2H2O), 6-7 % кварцу (SiO2), а також до 50 % рщко! фази, яка мютить 27-28 % сульфату залiза (FeSO4).
За виробничих умов щшьний залишок шламiв (кек), який одержують тд час очи-щення стiчних вод травильного вщдшення, направляють на мехатчне зневоднення (у фiльтр-преси типу ФПАКМ-24-45К), далi подають у вальцестрiчковi сушарки типу СВС-400/600-6 i спрямовують до вiдвалiв. Осад гiдроксиду залiза (II), що утворюеться пiсля юнуючо1 нейтралiзацil, мае великi об-сяги та пгроскотчтсть, що призводить до ускладнень тд час вiддiлення його вщ воло-ги та роботи само! очисно! споруди.
У процесi дослщжень можливостi одер-жати бiльш щшьний осад шламонакопичувач додатково обладнали розподшьним при-строем, що здiйснюе подавання повпря та пари. У процесi аераци та наступного нагрь вання суспензи частину гiдроксиду залiза (II) тддають окисненню та переводять у пдрок-сид залiза (III), який, реагуючи з гiдроксидом залiза (II), що залишився, створюе кристатч-ну сполуку - оксид залiза (II, III).
Випробування показали, що за рН = 9-10 та температури 50-60 °С спостершають утворення оксиду залiза (II, III) iз суттевим ущiльненням осаду (кеку). Як результат, досягали скорочення у 2,5-3,0 рази тривалосп фшьтрацп та зниження на 15-20 % вологосп кека. Одночасно кек добре вщдшяеться вщ фшьтрувально1 тканини та не потребуе додат-кового сушiння у вальцес^чкових сушарках.
Шлами, що мiстять пдроксид залiза (II) пiсля сушiння, а також ущшьнеш кеки, що вмщують оксид залiза (II, III) тсля фшьтр-пресiв, додавали у рiзнiй кiлькостi до сиро-вини для виробництва будiвельного гiпсу й
одержували дослщш партп зразкiв. Результа-ти випробувань одержаних зразкiв подано у табл. 1.
Встановлено, що тд час додавання до складу сировини до 10 % шламу, який мю-тить пдроксид залiза (II), одержували проду-кти iз показниками мiцностi, котрi вщповща-ли будiвельному гiпсу другого сорту, а тд час додавання до складу сировини до 20 % ущiльненого кека з оксидом залiза (II, III), -продукти, показники мiцностi яких вщповь дали будiвельному гiпсу першого сорту.
Слщ зазначити, що додавання шламiв, якi мiстять оксид залiза (II, III), частинки якого мають кристатчну структуру та пiдвищену спроможнiсть до взаемоди з кристалами бу-дiвельного гiпсу, призводить до зниження тривалосп його тужавiння та пiдвищення мщносп матерiалу.
Уведення шламiв, що мютять гiдроксид залiза (II), призводить до зростання тривалосп тужавiння будiвельного гiпсу через обво-лiкання дрiбнодисперсних зерен гiпсу амор-фним пдроксидом залiза, що дещо усклад-нюе !х наступну агрегацiю та супроводжу-еться зниженням мiцностi матерiалу.
Сучасна технологiя виробництва бущве-льного гшсу достатньо1 мiцностi iз додаван-ням шламiв виробництва метизiв передбачае !х автоклавну обробку за температури 124,5 °С та тиску 127,7 кПа. Обробку бажано виконувати у рщких середовищах, що дозво-ляе уникнути додаткового сушшня зазначе-них шламiв i значно скоротити енергетичнi витрати на ведення процесу.
Доля додавання, % Температура варшня, °С Термш тужавшня, хв Межа мщносп за стисканням, Н/мм2
початок кшець
без додавання шламу
0 134 8 11 5,8
додавання шламу, що м1стить пдроксид зал1за (II)
5 142 10 14 4,9
10 142 11 19 4,7
10 142 13 22 4,5
15 142 15 24 3,8
додавання ущшьненого кеку, що м1стить оксид зал1за (П,Ш)
10 123 5 9 5,9
15 124 6 10 5,7
20 124 7 10 5,5
25 124 12 30 4,0
Таблиця 1 - Результати випробувань буд1вельного г1псу з додаванням травильних шлашв
метизного виробництва
Примтка. Зг1дно ДСТУ БА.1.1-36-94: межа м1цност1 на стиск для гшсу першого сорту - 5,5 Н/мм2; межа мщносп на стиск для гшсу другого сорту - 4,5 Н/мм2; початок схоплювання гшсу - 4 хв; завершения схоплювання гшсу - 6-30 хв
Фазовий перюд обробки в автоклавi вико-ристовують для очищення в'яжучого матерь алу та зниження домшок, якi входять до кристатчно! решггки двохводного гiпсу (CaSO4•2H2O). У такому разi можна змшюва-ти та регулювати форму кристалiв нашвпд-рату гшсу (CaSO4•0,5H2O) шляхом уведення модифiкаторiв, таких як поташ, зола-вiдходи теплових електростанцш, сульфат натрiю, а також вардавати режими депдратаци.
Висновки
Виконано аналiз галузей використання вь дходiв травильних вщдшень виробництва метизiв.
Здiйснено дослщження можливостi вико-ристовувати шлами вщпрацьованих травильних вiдходiв виробництва метизiв для одер-жання в'яжучих будiвельних матерiалiв.
Результати випробувань одержаних зраз-кiв дозволили встановити, що тд час дода-вання шламу, який мютить до 10 % пдрокси-ду залiза (II), до складу шихти одержували гшс другого сорту, а тд час додавання кеку, який вмшуе до 20 % оксиду залiза (I, II), -гшс першого сорту.
Використання зазначених шламiв дозволить суттево зменшити обсяги !х вiдвалiв, а також понизити собiвартiсть гiпсу та, таким чином, полшшити екологiю довкiлля.
Лггература
1. Усенко Ю.И. Низкотемпературная малоот-
ходная технология получения строительного кирпича на основе шламов метизного производства / Ю.И. Усенко, В.И. Иванов, Г. А. Колобов и др. // Новi технологи та обладнання по переробщ промислових та побутових вiдходiв i !х медико-еколопчне забезпечення. - Ки!в: Знання, 2003. - С. 140-141.
2. Усенко Ю.И. Технология спекания агло-
мерационной шихты с добавками метизного шлама / Ю.И. Усенко, В.И. Иванов, В.К. Тарасов и др. // Переработка энергоресурсных отходов. Проблемы и решения по очистке отходящих газов и теплоутилизации: материалы III научно-практической конференции. - Киев: Знание Украины, 2003. - С. 70-72.
3. Усенко Ю.Г Технолопя одержання газозо-
лобетону з використанням шламiв травильних розчишв метизних заводiв / Ю1. Усенко, В.I. Iванов, В.К. Тарасов та iн. // Переработка энергоресурсных отходов. Обеспечение экологической без-
опасности: труды VIII научно-практической конференции. - Киев: Знание Украины, 2005. - С. 65-67.
4. Апостолюк С О. Промислова еколопя /
С О. Апостолюк. - Ки1в: Знання, 2005. -474 с.
5. Белов С.В. Основы охраны окружающей
среды / С.В. Белов. - 2-е изд. - М.: Форум, 2013. - 464 с.
6. Statyuk G. The Wastewater Treatment
Systems Modeling by Combined Approach G. Statyuk / // SSCHE-2005: Proceedings of 32th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. -Slovakia, 2005. - P. 29-32.
7. Chapman J.L. Ecology / J. L. Chapman,
M.J. Reiss. - Cambridge University Press. - 2-n Edition, 2009. - 336 p.
8. Голицын А.Н. Промышленная экология и
мониторинг загрязнения окружающей среды / А.Н. Голицын. - М.: Оникс, 2010. - 336 с.
9. Малей О.В. Щодо питання розвитку су-
часно! системи поводження з вщходами в Украш / О.В. Малей, А.О. Ключка // Еколопчний менеджмент у загальнш OT^^i управлшня: збiрник тез доповь дей XIII щорiчноl всеукрашсько! науко-во! конференций - Суми: СумДУ, 2013. -С.91-94.
10. Ермеков Т.Е. Зарубежный опыт примене-
ния и выбор инновационных решений утилизации отходов потребления и производства / Т.Е. Ермеков. - Астана: НАНРК, 2012. - 65 с.
References
1. Usenko, Yu.I. (2003). Nizkotemperaturnaya
malootkhodnaya tekhnologiya polucheniya stroitel'nogo kirpicha na osnove shlamov metiznogo proizvodstva [Low temperature low-waste technology of building brick making on base of hardware production slimes]. Novi tekhnolohiyi ta obladnannya po pererobtsi promyslovykh ta pobutovykh vidkhodiv i yikh meduko-ekolohichne zab-ezpechennya - New technologies and equipments on processing of industrial and domestic wastes and them medical and ecological providing. Kyiv: Znannya, 140-141 [in Russian].
2. Usenko, Yu.I. (2003). Technologiya spekani-
ya aglomeracionnoj shykhty s dobavkamy metiznogo shlama [Technology of agglomerated mixture sintering with additions of hardwarw slime]. Pererabotka ener-
goresursov. Problemy i resheniya po ochistke otkhodyashshikh gasov i teplouti-lizatsii: materialy III nauchno-prak-ticheskoj konferencii - Processing of energy-resource wastes. Problems and decisions on cleaning of waste gas and heat-utilization: materials of III scientific and practical conference. Kiev: Znanie Ukrainy, 70-72 [in Russian].
3. Usenko, Yu.I. (2005). Tekhnolohiya oder-
zhannya hazozolobetonu z vykorystann-yam shlamiv travyl'nykh rozchyniv metyznykh zavodiv [Technology of gas-asch-concrate making with the use of climes of etchant solutions]. Pererabotka energoresursnykh otkhodov. Obespechenie ekologicheskoj bezopasnosti: Trudy VIII nauchno-prakticheskoj konferencii -Processing of energy-resource waste. Providing of ecological safety: Transacac-tions of VIII scientific and practical conference. Kiev: Znanie Ukainy, 65-67 [in Ukrainian].
4. Apostolyuk, S.O. (2005). Promyslova ekolo-
hiya [Industrial ecology]. Kyiv: Znannya, 474 [ in Ukrainian].
5. Belov, S.V. (2013). Osnovy okhrany okru-
zhayuwej sredy [Bases of environment control]. 2-izd. Moscow: Forum, 464 [in Russian] .
6. Statyuk, G. (2005). The Wastewater Treat-
ment Systems Modeling by Combined Approach. SSCHE-2005: Proceedings of 32th International Conference of Slovak Society of Chemical Engineering. Slovakia, 29-32.
7. Chapman, J.L, Reiss M.J. (2009). Ecology.
Cambridge University Press. 2n Edition, 336.
8. Golicyn A.N. (2010). Promyshlennaya ekologiya i monitoring zagryaznrniya okruzhayuwej sredy [Industrial ecology and monitoring of contamination of environment]. Moscow: Oniks, 336 [in Russian].
9. Maley O.V., Klyuchka A.O. (2013). Shchodo
pytannya rozvytku suchasnoyi systemy povodzhennya z vidkhodamy v Ukrayini [In relation to the question of development of the modern system of handling with wastes in Ukraine]. Ekologichnyyi menedzhment u zahalniyi systemi up-ravlinnya: zbirnyk tez dopovideyi XIII shchorichnoyi vseukrayinskoyi naukovoyi konferencii - Ecological management in general control system: collection of theses of lectures of XIII annual allukrainian sci-
entific conference. Sumy: SumSU, 91-94 [in Ukrainian]. 10. Ermekov, Т.Е. (2012). Zarubezhnyyi opyt primeneniya i vybor innovacionnykh resh-enij utilizacii otkhodov potrebleniya i pro-izvodstva [Foreign experience of application and choice of innovative decisions of utilization of wastes of consumption and production]. Astana, NANRK, 65 [in Russian].
Тарасов В'ячеслав Кирилович, к.т.н., доц., кафедра прикладноУ екологн та охорони пращ, [email protected]
1ванов Вжтор Глшч, ст. наук. ствр., кафедра металургн, 38 061-236-83-02, vitas. [email protected]
Румянцев Владислав Ростклавович, к.т.н., доц.,
кафедра прикладноУ екологн та охорони пращ, [email protected] Запорiзька державна шженерна академiя, 69006, УкраУна, м. Запоргжжя, пр. Собор-ний, 226
Усенко Юрш 1ванович, к.т.н., доц., кафедра теплотехшки та екологн мета-лургшних печей,
38 056-723-53-93, [email protected] Нащональна металургшна академiя УкраУни, 59600, УкраУна, м. Дншро, пр. Гагарша, 4
USING PICKLING SLUDGES OF HARDWARE PRODUCTION FOR MAKING CEMENTING MATERIALS
Tarasov V., Ivanov V., Rumyantsev V., Zaporozhe State Engineering Academy, Usenko Yu., National Metallurgical Academy of Ukraine
Abstract. Problem. There is a problem of utilization of pickling sludges of hardware production. The presence of hazardous wastes of the mentioned sludges causes probability of ecological contamination of soil and atmosphere. The analysis of the known technologies of sludge utilization specifies to their complication, unprofitability and costliness in connection with the necessity of high degree of cleaning and considerable power consumption. The task is to find more rational sludge processing technologies and create a possibility of its extensive application in construction materials industry. Goal. The aim is to solve the task of making alabaster binding materials by adding to the charge water-free dense deposits of
the sludges of hardware production, and to reduce power consumption of gypsum production process. Methodology. A number of methods have been used for dehydration of pickling sludges, their drying, increasing sludge density by autoclaving air and steam, producing gypsum by adding to the charge 5 -25 % of sludges with the crystals of oxide iron (II, Ill), durability testing of gypsum and determination of possible sludge content in the charge. The pickling sludges that contain 35-40 % of calcium sulfate and 28 % of iron sulfate are used. Results. The technological process for producing gypsum of the first and second class using the sludges of the etching room of plant «Dniprometyz» has been worked out. Originality. The technology for cake preparation is improved by using high density sludge of hardware production. The filter-press has been additionally equipped with the distribution device for the supply of air and steam. Crystalline compound of oxide iron (II, III) that improves the coalescence with the gypsum in the process of its production has been obtained. Practical value. The technology of making high density cakes of pickling sludges of hardware production is offered. The models and parameters for gypsum production as well as the factors affecting durability of gypsum have been determined. The possibility for wider application of pickling sludges and
substantial reduction of environmental pollution is created.
Key words: hardware production, sludges of etching room, processing, gypsum, durability.
ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ТРАВИЛЬНЫХ ШЛАМОВ МЕТИЗНОГО ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ВЯЖУЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тарасов В.К., Иванов В.И., Румянцев В.Р.,
Запорожская государственная инженерная академия,
Усенко Ю.И., Национальная металургическая академия Украины
Аннотация. Рассмотрены области применения отработанных отходов травильных отделений метизного производства. Предложено использовать шламы травильных отделений для получения вяжущих строительных материалов. Представлены результаты производственных испытаний.
Ключевые слова: метизное производство, шламы травильных отделений, переработка, строительный гипс, прочность.
