Окт 06 2000

Зв’язування сполук сірки в процесі

Опубликовано в 12:06 в категории Утилизация

Зв\’язування сполук сірки в процесі

виробництва будівельної цегли Із відходів вуглезбагачення

Я.А. Калимон, А.І. Верхомій, О.Я. Микула

Державний університет "Львівська політехніка", м. Львів

Серед відходів виробництва, які можуть бути використані в будівельній індустрії, значний інтерес представляють флотаційні відходи вуглезбагачення. За роки експлуатації вугільних басейнів України нагромадилась значна кількість цих відходів. Так, тільки на Червоноградській збагачувальній фабриці (Львівсько-Волинський вугільний басейн) щорічно одержується близько 4.5 млн. т. таких відходів і їх складування привело до втрати 900 га орної землі.

За хімічним і мінерологічним складом вказані відходи придатні для виробництва цегли, керамзиту та інших будівельних матеріалів. Крім того наявність у відходах вуглезбагачення до 3% вугілля зумовить значну економію енергії при випалі виробів з них.

Спроби практичного залучення цих відходів для виробництва будівельної цегли не увінчались успіхом. Відходи вуглезбагачення, окрім органічних речовин, містять 2…5% сірки. Як показали промислові випробування, сірка в процесі випалу цегли практично повністю переходить в двооксид сірки і з димовими газами викидається в атмосферу. За підрахунками, при використанні 4.5 млн. т. відходів вуглезбагачення в атмосферу буде викидатись 270…300 тис. т. SO2, що є безумовно недопустимим.

Очищення димових газів тунельних печей виробництва цегли при використанні відходів вуглезбагачення є практично неможливим через велічезні об’єми цих газів і відносно низький вміст в них двооксиду сірки.

Тому, для промислового залучення відходів вуглезбагачення у виробництво будівельної цегли, керамзиту тощо, що є надзвичайно доцільним з економічної і екологічної точок зору, необхідно знайти новий

підхід в технології цього виробництва, який дозволив би запобігти забрудненню довкілля двооксидом сірки.

Нагромаджені на кафедрі хімії і технології неорганічних речовин Державного университету "Львівська політехніка" наукові і практичні результати з хімії і технології сірки, аналіз патентних матеріалів підвели нас до думки, що найбільш раціональним шляхом вирішення викладеної проблеми є введення в склад керамічної шихти таких додатків, які б в процесі випалювання цегли зв\’ язували сполуки сірки в термічно стійкі і водонерозчинні речовини та залишалися б у будівельній цеглі.

Проведені нами дослідження показали, що у відходах вуглезбагачення сірка знаходиться в трьох формах: піритна, у вигляді органічних сірковмісних сполук (сірка органічна) і сульфатна. Із загального її вмісту у вуглевідходах половина піритної, а решта приблизно однаково поділена між органічною і сульфатною.

В процесі термічної обробки відходів вуглезбагачення спостерігається два температурних інтервали сірковиділення. В інтервалі температур 300…600 0С проходить розклад піриту на заліза сульфід і сірку а також розклад сірковмісних органічних сполук. Утворена сірка, взаємодіючи з киснем пічних газів, окисляється до двооксиду сірки. В другому інтервалі температур 800…950 0С проходить окислення заліза сульфіду киснем пічних газів також з утворенням двооксиду сірки. Сульфатна форма сірки до 10000С залишається незмінною. Тому ми поставили собі за мету ввести в склад керамічної шихти, такі додатки, які б запобігли виділенню SO2 в газову фазу і не знизили б якість керамічного виробу.

Встановлено [1], що для зв\’язування сполук сірки в керамічній масі можуть бути використані гашене і негашене вапно, цементний пил та некондиційні вапняки. Запропоновані кальційвмісні додатки, дали змогу досягнути 80…85%-ного зв\’язування сірки . Така ступінь зв\’язування сірки хоча і є значною, але не є достатньою. На основі дослідження процесів сіркоперетворень, які відбуваються в твердій фазі виробів при їх випалі, запропоновано разом з кальційвмісними використовувати і окислюючі додатки.

Дослідження сірковиділення при випалі керамічних виробів показало, що деяка частина двооксиду сірки утворюється над поверхнею керамічного виробу і тому не зв\’язується кальційвмісними додатками в нелетючі сполуки. Для повнішого зв\’язування сірки потрібно різко збільшити швидкість дифузії кисню в керамічному виробі, що є практично неможливим, або безпосередньо ввести окисник в керамічну масу.

Теоретичний аналіз потенційних окисників сірки в твердій фазі показав, що найбільше придатними для цього можуть бути MnO2, PbO2, CrO3. Як додатки найбільш економічно використовувати відходи виробництв, некондиційні руди або інші недорогі продукти, що містять вказані речовини.

Для підбору найбільш ефективного окислюючого додатку спочатку провели дослідження із використанням чистих PbO2, CrO3 , MnO2 . Одержані експериментальні дані показали, що із вказаних додатків найбільш хімічно-активною речовиною є MnO2. Так при випалі вуглевідходів за температури 6000С і мольного співвідношення оксид металу : сірка рівному двом в газову фазу виділяється: 20% сірки при введенні в шихту CrO3; 18% сірки - у випадку PbO2 і 15% - у випадку застосування MnO2. Враховуючи, що MnO2 є складовою частиною сировинних матеріалів та відходів, яких на Україні є достатньо, для подальших досліджень вибраний даний оксид.

Вивчення закономірностей сіркоперетворень при випалі шихт на основі відходів вуглезбагачення з додатками MnO2 показало, що при температурах до 800 0С із підвищенням в шихті мольного співвідношення MnO2:S зменшується доля сірки, що виділяється в газову фазу. При температурах 900-1000 0С спостерігається різке виділення сірки у вигляді SO2 у газову фазу. Очевидно, це пояснюється термічною нестійкістю тих сульфатів, що утворюються в керамічних виробах, при введенні в шихту тільки MnO2.

Дослідження процесу зв\’язування сполук сірки при випалі відходів вуглезбагачення з додатками показало, що при введенні крім MnO2 ще і CaCO3, утворюються водонерозчинні і термічно стійкі сполуки, які не розкладаються при температурах випалу (950…1000 0С). Оптимальним мольним співвідношенням слід рахувати MnO2 : S = 3.0…3.5:1; CaCO3:S=3.5…4.0:1. При таких співвідношеннях ступінь зв\’язування сірки складає 96…98%.

Досліджено вплив піролюзитових марганцевих руд , піролюзитового концентрату і хвостів збагачення піролюзитових руд, а також вапняку і крейди як додатків при виробництві цегли із вуглевідходів . Аналізуючи експериментальні дані можна констатувати, що спостерігається повна аналогія між чистими продуктами і природними сировинними матеріалами. Це пояснюється тим , що домішки (силікати і алюмосилікати ), які містяться в цих матеріалах не мають істотного впливу на сіркоперетворення при випалі керамічних виробів.

Таким чином, проведені дослідження склали наукову основу для зв\’язування сполук сірки в процесі виробництва будівельної цегли із відходів вуглезбагачення і дали змогу повністю вирішити екологічні проблеми даного виробництва.

Література

1. Верхомій А.І., Микула О.Я. Вплив окислюючих додатків на зв’язування сполук сірки при виробництві будівельної цегли з відходів вуглезбагачення // Вісн. ДУ “Львівська політехніка”. 1999. № 361. С. 7-9.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.