Научная статья на тему 'Возможные направления использования твердого отхода электросталеплавильного производства - пыли электродуговых сталеплавильных печей'

Возможные направления использования твердого отхода электросталеплавильного производства - пыли электродуговых сталеплавильных печей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
249
56
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПЫЛЬ СТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА / STEELMAKING DUST / ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / PHYSICOCHEMICAL PROPERTIES / ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД / WASTEWATER TREATMENT / ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ / PRODUCTION OF CONSTRUCTION MATERIALS

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Свергузова С. В., Шайхиев И. Г., Порожнюк Л. А., Ипанов Д. Ю., Суханов Е. В.

Приведены результаты экспериментальных исследований состава и физико-химических свойств пыли электросталеплавильного производства. Показано, что исходя из физико-химических особенностей, пыль ЭДСП может быть использована в области очистки сточных вод и производства строительных материалов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Свергузова С. В., Шайхиев И. Г., Порожнюк Л. А., Ипанов Д. Ю., Суханов Е. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The paper presents results of experimental studies of the electric furnace steelmaking dust composition and its physico-chemical properties. It is shown that on the basis of physico-chemical characteristics, dust EDSP can be used in the field of wastewater treatment and the production of building materials.

Текст научной работы на тему «Возможные направления использования твердого отхода электросталеплавильного производства - пыли электродуговых сталеплавильных печей»

УДК 628.16 + 620.173

С. В. Свергузова, И. Г. Шайхиев, Л. А. Порожнюк, Д. Ю. Ипанов, Е. В. Суханов

ВОЗМОЖНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТВЕРДОГО ОТХОДА

ЭЛЕКТРОСТАЛЕПЛАВИЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА - ПЫЛИ ЭЛЕКТРОДУГОВЫХ

СТАЛЕПЛАВИЛЬНЫХ ПЕЧЕЙ

Ключевые слова: пъть сталеплавильного производства, физико-химические свойства, очистка сточных вод, производство

строительных материалов.

Приведены результаты экспериментальных исследований состава и физико-химических свойств пыли электросталеплавильного производства. Показано, что исходя из физико-химических особенностей, пыль ЭДСП может быть использована в области очистки сточных вод и производства строительных материалов.

Keywords: steelmaking dust, physicochemical properties, wastewater treatment, production of construction materials.

The paper presents results of experimental studies of the electric furnace steelmaking dust composition and its physico-chemical properties. It is shown that on the basis of physico-chemical characteristics, dust EDSP can be used in the field of wastewater treatment and the production of building materials.

Рациональное использование природных и техногенных ресурсов является важнейшей составляющей политики ограничения негативного антропогенного воздействия на окружающую среду. Немаловажной экологической проблемой современности является образование и накопление большого количества техногенных отходов. Так, на территории Российской Федерации ежегодно образуются и накапливаются миллиарды тонн твердых промышленных отходов, включая сталеплавильные шлаки, пыли, шламы, отходы мокрой магнитной сепарации (ОММС) и хвосты обогащения железистых кварцитов (ХОЖК), цитро- и фосфогипс и многие другие. Из огромного количества разнообразных промышленных отходов в повторную переработку и использование их вовлекается лишь около 20%. Остальная часть отходов продолжает накапливаться на полигонах, под них отторгаются сотни и тысячи гектаров плодородных земель, которые надолго изымаются из сельскохозяйственного использования. Горы накопившихся промышленных отходов изменяют естественный ландшафт, в результате их пыления в атмосферный воздух выделяются сотни тонн загрязняющих веществ, а при их увлажнении атмосферными осадками загрязняющие вещества поступают в почвы, поверхностные и подземные воды.

В тоже время многие отходы производств, ввиду наличия специфических физико-химических свойств, могут быть эффективно использованы в различных технологических процессах [1-8].

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 [9]. К тому же, учитывая вечный и бесконечный круговорот веществ в природе, промышленные отходы можно рассматривать, как вторичное техногенное сырье.

Одной из причин неудовлетворительного использования подобных вторичных ресурсов явля-

ется отсутствие соответствующей информации об образовании, наличии отходов, их свойствах, возможных направлениях и технологиях их применения [9].

Объектом исследований являлась пыль электродуговых сталеплавильных печей (ЭДСП) Оскольского электрометаллургического комбината (ОЭМК) Белгородской области, динамика образования которой представлена на рис. 1.

н о 33

л и 32

я 31

ц 3 30

29

о о 28

та 5! 27

26

25

I

■ образование пыли захоронение пыли на полигон

2007 2008

2009

2010 2011

2012 Год]

Рис. 1 - Динамика образования и захоронения на полигоне пыли ЭДСП ОЭМК за период 2007 -2012 г.

Исследуемый отход текущего электросталеплавильного производства ЭДСП представляет собой пылевидную тонкодисперсную систему с влажностью 1,5-2,5 % серо-коричневого цвета, технологические свойства которой представлены в табл. 1

Таблица 1 - Технологические свойства пыли ЭДСП

Показатели Значение

рН водной вытяжки 10,9

Насыпная плотность, г/см3 0,94

Истинная плотность, г/см3 3,62

Растворимость в воде, % 6,4

Растворимость в 1,0н Н2804, % 82,6

Нерастворимость компонентов, % 1,2

Гранулометрический состав пыли, определенный с помощью рассева на стандартном наборе

сит, показал, что в состав пыли входит 1,3 % частиц с размерами от 1,4 до 2,0 мм; 16,2 % с размерами от 0,315 до 0,63 мм; 69,6 % частиц с размерами менее 0,315 мм.

Минеральный состав пыли ЭДСП оценивали по результатам рентгеновского анализа (рис. 2), который. показал, что в пробе присутствуют такие соединения, как магнетит ё(Ло) = 2,979; 2,543; 2,108; 1,691; 1,484; 1,261; вюстит ё(Ло) = 2,48; 2,141; 1,519; портландит ё(Ло) = 4,924; 4,575; 2,622; 1,989; 1,918; 1,784; 1,692 и кремнезем ё(Ло) = 3,51; 2,276; 1,813; 1,539.

Результаты дифференциально-термического анализа пыли ЭДСП, проведенного на дериватогра-фе марки <^-1500» с алундовым тиглем показали общую потерю массы за период нагревания образца пыли от 20 0С до 1000 0С, составили 3,1 % (масс). Эндотермические тепловые эффекты отмечены при температурах: 130,7 0С; 474,8 0С; 585,9 0С; 625,2 0С; 4,1 0С; 767,6 0С и 876,0 0С.

Рис. 2 - Рентгенограмма пыли ЭДСП: • - магнетит Ре304; ■ - гематит Ре203; о - металлическое железо Ре; ♦ - кварц 8Ю2; □ - оксид цинка 7пО; ◊ - оксид кальция СаО; А - пиролюзит Мп02; ▲ - двухкальциевый силикат 2Са0*8Ю2

Рис. 3 - Тепловые эффекты при нагревании пыли ЭДСП

Согласно справочным данным [10], тепловые эффекты на рис. 3, сопровождаются следующими процессами и превращениями: 20 -130,7 0С - потеря гигроскопической влаги; 474,8 0С - переход Y-Ре2Оз в а-Ре2Оз; 585,9 0С; 625,2 0С; 684,1 0С; 767,6 0С - разложение кальцита и магнезита; 580 0С - обратимое полимерное превращение ЭЮ2 из а- в р-модификацию; 684,1 0С - переход Ре2О4 в а-Ре2О3; 876,0 0С - разложение кальцита СаСО3.

Электронно-микроскопический анализ образцов пыли ЭДСП с помощью растрового электронного микроскопа марки <^иаП:а-200 3Д» показали наличие частиц пыли преимущественно шаро-

образных форм с рыхлой развитой поверхностью. На энергодисперсионном спектре пыли кроме соединений, присутствующих на рентгенограмме, обнаружены следы соединений цинка, марганца, магния, натрия. Оксидный состав пыли ЭДСП, определенный с помощью количественного рентгенофазо-вого анализа, представленный в табл. 2, свидетельствует о многокомпонентности состава пыли. Следует обратить внимание, что содержание оксидов железа в ней в пересчете на Fe203 составляет 49,4 %, СаО - 13,4 %, Na20 - 9,7 %. Остальные ингредиенты, представленные в табл. 2, содержатся в пыли в незначительных количествах.

Таблица 2 - Оксидный состав пыли ЭДСП

Компоненты О со <D Ll_ CaO O гм ГО см о (Л ZnO О см ^ MgO MnO со О (Л О со о см <

Содержание, 49,5 13,48 9,7 5,9 5,8 5,6 3,9 2,1 1,3 0,8 0,6

масс %

Компоненты О -Q CL О см .С ГУ {О О £ C O з C ю О см CL см о i- О (Л O тз C о iz ю О > i— m

Содержание, масс % о" СО ■О со ■о ■о ■О 5 о ■о (N о ■о 2 О о' о ■о о 0, о 0,

Таким образом, исходя из широкого набора представленных здесь физико-химических особенностей пыли (высокая дисперсность, развитая поверхность частиц, разнообразный химический состав) можно предположить следующие направления возможного использования пыли ЭДСП (рис. 4).

Рис. 4 - Схема возможных направлений использования пыли ЭДСП

Использование пыли ЭДСП для производства различной продукции позволит уменьшить количество образующихся промышленных отходов, снизить негативную антропогенную нагрузку на окружающую среду и расширить сырьевую базу для производства материалов различного назначения.

Литература

1. С.В. Свергузова, М.Г. Григорьян, Экология и промышленность России, 9, 45-47 (2010).

2. С.В. Свергузова, Д.А. Ельников, Ж.А. Свергузова, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 2, 144-147 (2011).

3. С.В. Свергузова, Ю.Н. Малахатка, А.В. Шамшуров, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 3, 175-177 (2012).

4. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 13, 41-45 (2011).

5. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 12, 29-42 (2008).

6. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 3, 26-34 (2010).

7. И.Г. Шайхиев, Все материалы. Энциклопедический справочник, 4, 30-40 (2010).

8. С.В. Свергузова, Л.А. Поржнюк, И.Г. Шайхиев, Д.Ю. Ипанов, В.Д. Мухачева, Вестник Казанского технологического университета, 7, 92-94 (2013).

9. И.В. Старостина, Е.А. Пендюрин, А.В. Толитченко, Вестник БГТУ им. В.Г. Шухова, 21, 129-132 (2013).

10. В.С. Горшков, В.В. Тимашев, В.Г. Савельев, Методы физико-химического анализа вяжущих веществ. М.: Высш. шк., 1981, 334.

© С. В. Свергузова - д.т.н., проф., зав. каф. промышленной экологии Белгородского госуд. технологического ун-та им. В.Г. Шухова, [email protected]; И. Г. Шайхиев - д.т.н., зав. каф. инженерной экологии КНИТУ; Л. А. Порожнюк - к.т.н., доцент каф. промышленной экологии Белгородского госуд. технологического ун-та им. В.Г. Шухова Д. Ю. Ипанов - аспирант той же кафедры; Е. В. Суханов - аспирант той же кафедры.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.