» ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В АСПЕКТЕ РЕСУРСО-, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В АСПЕКТЕ РЕСУРСО-, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕРАБОТКИ ЛИТЕЙНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ОТХОДОВ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ В АСПЕКТЕ РЕСУРСО-, ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ

В.М. Шмандий, А.А. Воробьев, А.М. Яценко

Кременчугский государственный политехнический институт

Наиболее крупнотоннажными отходами машиностроительных предприятий являются отходы литейно-металлургического производства. Их объемы образования и химический состав предполагают в качестве наиболее приемлемого способа их утилизации - переработку в различные строительные материалы.

Производство строительных материалов относится к производствам с высоким уровнем энергетических и материальных затрат, в связи с чем представляет интерес проанализировать процессы производства строительных материалов с вовлечением литейно-металлургических отходов в аспекте ресурсо-, энергосбережения.

К отходам литейно-металлургического производства относятся: металлургические литейные шлаки (МЛШ), отработанные формовочные и стержневые смеси (ОФС), шламы пылегазоочистки (ШПГО), образующиеся в количествах - 0.09…0.14т, 1.8…2.6т, 0.05…0.08т на одну тонну разливаемых сплавов черных металлов[1].

Для сопоставления энергозатрат в технологиях утилизации литейно-металлургических отходов следует рассмотреть основные направления их переработки.

МЛШ можно перерабатывать в следующие строительные материалы:

1. Шлаковый щебень, который можно использовать вместо гранитного. Основные операции переработки: дробление исходного шлака с последующим извлечением металлических включений, при необходимости - фракционирование.

2. Шлакоцементное вяжущее I, при изготовлении которого шлак используется в качестве сырьевого компонента в производстве клинкера. Основные операции предварительной подготовки шлака для использо-

вания: дробление, извлечение металлических включений и дозирование дробленого шлака в количестве до 20% от общей массы цементного сырья и далее производство вяжущего по традиционной технологии.

3. Шлакоцементное вяжущее II, при производстве которого шлак используется в качестве минеральной добавки в вяжущее. Основные операции производства вяжущего: дробление шлака, извлечение металлических включений, помол дробленого шлака до получения удельной поверхности частиц шлака 3000-3500 см2/г, повторное извлечение металлических включений, смешивание молотого шлака с товарным цементом (в соотношении 1:7) и активными добавками.

4. Безклинкерное шлаковое вяжущее. Основные операции производства: дробление шлака, извлечение металлических включений, помол дробленого шлака до получения удельной поверхности частиц шлака 4000-4500 см2/г, смешивание молотого шлака с активными добавками (в качестве их могут использоваться щелочные, сульфатные, сульфатно-щелочные активаторы).

5. Компонент сырьевой смеси в производстве керамических изделий из тугоплавких глин. Основные операции предварительной подготовки шлака для использования: дробление, извлечение металлических включений, помол дробленого шлака до получения удельной поверхности частиц шлака 2000-2500 см2/г, повторное извлечение металлических включений, дозирование молотого шлака в количестве 10% от общего количества керамической массы.

В вышеприведенных направлениях переработки МЛШ эффект энергосбережения наблюдается за счет либо уменьшения температуры обжига клинкерного сырья, либо за счет уменьшения доли энергоемкого цемента в вяжущем; при использовании тонкомолотых шлаков в качестве флюсовой добавки в керамических массах - за счет снижения температуры обжига. Однако, при вовлечении шлаков в производство строительных материалов добавляются дополнительные энергозатратные операции, которые в основном связаны с дроблением, смешиванием компонентов и, особенно, операцией помола шлаков. Энергозатраты в операциях дробления шлаков составляют 1.9- 2.3 кВт×ч, смешивания - 5-6 кВт×ч, помола (в зависимости от кристаллохимической структуры шлака) от 25 до 90 кВт×ч на 1т перерабатываемого материала[2].

В зависимости от соотношения снижения энергозатрат в основных процессах получения строительных материалов, вследствие использования производственных отходов и энергозатрат на дополнительные операции подготовки МЛШ к использованию, наблюдается та или иная величина экономии энергии в общепромышленном масштабе.

В аспекте ресурсосбережения при переработке шлаков извлекается и поступает на повторную переработку от 90 до 140 кг металла и соответствующее количество минерального сырья - заполнителей, цемента (в качестве первичного сырья - известняка и глины).

Основные строительные материалы, которые можно получать из ОФС:

1. Материал для отсыпки автомобильных дорог. Операция подготовки - дробление с последующим извлечением металла.

2. Мелкий заполнитель для бетонов. Основные операции производства:

- дробление ОС с последующим извлечением металла;

- механо-химическая регенерация ОФС, которая заключается в совместном воздействии на частицы ОФС механического фактора и химических реагентов в виде слабокислых растворов, количество которых составляет не более 3-45 от массы ОФС; при этом удается удалить до 80% керамитизированной пленки с поверхности частиц ОФС, что позволяет получать мелкий заполнитель близкий по своим свойствам к природному кварцевому песку [3].

Приведенные технологии переработки ОФС не имеют значительного энергосберегающего эффекта, но позволяют экономить сырьевые материалы: песок и металл.

Шламы пылегазоочистки можно без предварительной подготовки использовать в качестве пигментов, которые используются для отделочных бетонов и растворов. При этом экономятся природные железоокисные пигменты.

Нами были проведены исследования по количественному определению энергозатрат при помоле МЛШ и обжиге минеральных вяжущих, керамических масс, при изготовлении которых были использованы тонкомолотые шлаки.

Сравнительные данные по затратам энергии и материалов на получение товарной продукции из традиционного сырья и отходов литейно-металлургического производства приведены в таблице 1.

Из приведенных данных видно, что с точки зрения снижения энергозатрат в экономике страны и внедрения энергосберегающих технологий использование литейных шлаков, уже прошедших тепловую обработку, в качестве компонента сырьевой смеси при производстве гидравлических вяжущих представляется значительно более эффективным по сравнению с использованием дробленных шлаков в качестве щебня.

Таблица 1. Ресурсо-, энергосберегающая эффективность производства строительных материалов из традиционного сырья и литейно-металлургических отходов

Наименование товарной

Энергозатраты, кг у.т.*

Ресурсо-, энергосберега

продукции

Традиционные технологии [2]

Переработка отходов

ющий эффект на 1 т

отходов

1. Крупный заполнитель для бетонных смесей:

гранитный щебень

шлаковый щебень

2.7

–

1.7

Экономия гранитного щебня, металла - 45-60кг, около 1 кг у.т.

2. Гидравлический вяжущий материал:

цемент М400

шлакоцементное

вяжущее I

шлакоцементное

вяжущее II

180

–

160

Экономия цемента, металла - 90-140кг, 100кг у.т.- 140кг у.т.

цемент М200

Безклинкерное шлаковое вяжущее

120

–

Экономия цемента, металла - 90-140кг, 95-100кг у.т.

3. Добавка для керамических масс (молотый шлак)

Экономия цемента, металла - 90-140кг,

50кг у.т.

4. Материал для отсыпки автомобильных дорог

природный минеральный заполнитель

ОФС

0.5

–

0.5

Экономия природных минеральных заполни-телей, металла - 10-15кг

5. Мелкий заполнитель для бетонов:

природный песок

песок из ОФС

0.7

–

0.7

Экономия песка, металла 10-15кг

6. Пигмент для отделочных растворов, бетонов

железный сурик

ШПГО

–

0.8

Экономия природных пигментов,

около 7кг у.т.

Примечание. * - расход энергии приведен в пересчете на условное топливо (у.т.) в кг на 1т товарной продукции. Расчет энергозатрат произведен с учетом транспортировки продуктов в границах региона по усредненным данным.

Наиболее выгодно, в энергетическом отношении, использование тонкомолотых МЛШ в качестве минеральной добавки в высокомарочные цементы, менее - в качестве основного компонента безклинкерных вяжущих и флюсовой добавки в керамические массы.

Использование ОФС и ШПГО в качестве инертных заполнителей и пигментов не дает значительной экономии энергоресурсов, но позволяет экономить природные минеральные ресурсы.

В связи с этим можно сделать вывод, что внедрение технологий глубокой переработки крупнотоннажных отходов машиностроительного комплекса позволит экономить значительные материальные и энергетические ресурсы в регионах и по стране в целом.

Литература

1. Брызгунов К.А., Гаврилова О.Н. Металлургические шлаки Донбасса. - Донецк.: Донбасс, 1989. - 80 с.

2. Волженский А.В., Буров Ю.С., Колокольников В.С. Минеральные вяжущие вещества. - М.: Стройиздат, 1979. - 470 с.

3. Эколого-технологические перспективы переработки литейно-металлургических отходов машиностроительных предприятий / Яценко А.М., Ткачев Ю.Н., Воробьев А.А. // Научные труды Кременчугского государственного политехнического института. - 1999. № 1. - С. 361 - 363.

Добавить в закладки: