АЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ЛАБОРАТОРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ШТАТА ПАРАНА, БРАЗИЛИЯ

Мымрин В. А., Понте А. А., Пащук А. С., Федеральный университет штата Парана, Куритиба, Бразилия, Депоулли Э., концерн «Рено», Куритиба, Бразилия

В лаборатории экологических технологий (ЛЭТ) Федерального университета штата Парана (Бразилия) разработаны методы утилизации около 50 видов отходов, образующихся в следующих отраслях промышленности:
– черной и цветной металлургии (все виды отвальных шлаков производства чугуна, стали, цветных металлов, горелая формовочная земля, пыль различных фильтров, содержащая тяжелые металлы, отходы анодизации алюминия и др.);
– горнодобывающей, перерабатывающей и энергетической промышленности (щелочная «красная глина» боксита, кислый осадок ярозита, обрезки, отсевы и паста полировки различных горных пород, жидкие отходы производства алюминия, материал шахтных терриконов и отходы низкокондиционного угля, вскрышные породы открытых разработок, тонкая и сверхтонкая пыль каменного и древесного угля, отсевы добычи горючего сланца, отходы крекинг-процессов нефтепереработки, зола, шлак теплоэлектростанций и мусоросжигательных заводов и пр.);
– химической промышленности (пыль, жидкие отходы и осадки, образуемые в химических процессах, краски и смолы, отходы полиуретана холодильных установок, соли нейтрализации электролита отработанных аккумуляторов и т. д.);
– строительстве (отходы сноса и строительства сооружений, все виды стекол и кирпичей, керамики, бетона и штукатурки и др.).

На основе полученных результатов один из авторов этого доклада (Мымрин В. А.) разработал и читает аспирантам и магистрантам Федерального университета оригинальный курс лекций «Материалы из промышленных отходов». Имеющийся опыт широко используется в промышленности.

В результате сотрудничества ЛЭТ с бразильским филиалом концерна «Рено» в г. Куритиба была решена проблема обезвреживания и утилизации сточных вод всех цехов этого завода. Сточные воды сложного состава накапливаются в общем отстойнике. Образующийся в нем осадок имеет очень высокое содержание тяжелых металлов (Ti, Zn, Ni, Pb, Sn) и органических веществ (около 50 %). Ужесточение экологических норм, рост производства и, соответственно, количества отходов заставляют предприятие искать оптимальные пути их утилизации.

Цели исследования. 1. Разработка нового экологически чистого метода утилизации осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено», как компонента для производства строительных материалов. В исходную смесь включали также горелую формовочную землю литейного производства, отход стекла, образующийся при очистке металлических поверхностей перед гальваническим процессом, и природную глину. 2. Изучение процессов структурообразования новых материалов для управления их свойствами. 3. Снижение себестоимости производства керамических материалов за счет использования в качестве сырья промышленных отходов.

Приготовление образцов и методы исследований. Исходные компоненты при естественной влажности смешивали и формовали в экструдере в виде параллелепипедов размерами 60 x 20 x 10 мм, сушили до постоянного веса при температуре 100 °C. Затем образцы обжигали от 1 до 6 ч при температурах 750, 800, 850, 900, 950 и 980 °C.

Определяли характеристики полученных материалов: прочность на изгиб методом трех точек, абсорбцию воды, линейную деформацию, плотность, химическую стойкость в кислых и щелочных средах, выщелачиваемость и растворимость тяжелых металлов. Состав материалов изучали методами рентгенофазного анализа и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

Результаты исследований. Наибольшая прочность на изгиб 9,4 МПа достигнута при температуре обжига 850 °С в течение 6 ч. Большинство материалов имеет прочность около 9 МПа. Величина их усадки при обжиге находится в пределах 6,6–9,5 %, что соответствует требованиям национальных норм. Абсорбция воды колеблется от 19,7 до 23,9 % и не зависит от исходного состава материала.

С помощью рентгенофазового анализа установлено, что после обжига из минералов исходных смесей сохраняются только кварц SiO2, микроклин K2O·Al2O3·6SiO2 и гематит Fe2O3, но появляется новый минерал рутил TiO1,892(OH)0,108, синтезируемый в результате химического взаимодействия компонентов исходных смесей. Наблюдается также высокий фон (рис. 1), характерный для аморфных веществ со сравнительно невысоким гало (2Θ между 15 и 30°), отвечающим структуре стекла.

Рис. 1. Дифрактограмма керамики после обжига при 850 °C в течение 6 ч

Изучение полученных образцов с помощью СЭМ подтверждает синтез большого количества стеклообразного материала (рис. 2).

Рис. 2. СЭМ-фотографии:
а — исходная смесь (x 300); б, в, г — после обжига смеси при температуре 850 °C в течение 6 ч (x 3000, x 10000, x 15000 соответственно)

Ничем не связанные частицы исходной смеси (рис. 2а) в результате обжига практически целиком превращаются в стеклообразные структуры, особенно хорошо видимые при больших увеличениях (рис. 2б, 2в, 2г). Синтезом этих структур можно объяснить все механические и химические характеристики полученной керамики, включая растворимость и выщелачиваемость тяжелых металлов, значительно более низкие, чем величины, допустимые международными санитарными нормами.

Выщелачиваемость тяжелых металлов из полученной керамики значительно меньше, чем из осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено» (Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Sn и Cu соответственно в 140, 1965, 417, 2500, 3715, 348 и 17 раз). Этот эффект можно объяснить очень прочным химическим связыванием тяжелых металлов в стеклообразной структуре керамики.

Таким образом, в ЛЭТ разработаны новые экологически безопасные виды керамики, в состав сырья которых входит до 40 % осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено». Общее содержание промышленных отходов в разработанных материалах достигает 85 %. Единственный природный компонент — глина в количестве 15–20 % — при необходимости (по экономическим причинам или из-за проблем с транспортировкой) также может быть заменен промышленным отходом.

В настоящее время на одном из керамических предприятий, расположенном вблизи завода «Рено», проводятся работы по изменению технологического процесса, которое связано с переводом сырьевой базы на промышленные отходы завода.
Источник: http://waste.com.ua


Платные объявления


Неверное имя пользователя или пароль
Закрыть

Логин:

Пароль:

Регистрация Забыли пароль?