Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Использование отходов молибденошеелита в керамическом производстве и вовлечение подотвальных земель в биологический оборот г. Владикавказа

ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Использование отходов молибденошеелита в керамическом производстве и вовлечение подотвальных земель в биологический оборот г. Владикавказа"

На правахрукописи

ХУБАЕВА Галина Петровна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ МОЛИБДЕНОШЕЕЛИТА В КЕРАМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ВОВЛЕЧЕНИЕ ПОДОТВАЛЬНЫХ ЗЕМЕЛЬ В БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОБОРОТ г. ВЛАДИКАВКАЗА

Специальность 25.00.36 - «Геоэкология»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владикавказ - 2004

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете)

Научный руководитель доктор технических наук,

профессор Алборов И.Д.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Богуш И.А.

кандидат технических наук Цгоев Т.Ф.

Ведущая организация ОАО «Зильгинский кирпичный завод»

Защита состоится 18 июня 2004 года в 13.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.246.04 Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) по адресу: 362021, Республика Северная Осетия-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, СКШИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Северо-Кавказского горнометаллургического института (государственный технологический универитет).

Автореферат разослан 7 мая 2004 г.

Ученый секретарь регионального диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

В.М.Алкацева

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Несмотря на заметный спад производства в стране за последние десять лет, уровень загрязнения геосфер на территории Республики Северная Осетия-Алания остается высоким. Так, в 2000 г. выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от всех источников составили 121,097 тыс. т, в том числе от стационарных - 12,636 тыс. т. Как и прежде одним из основных загрязнителей атмосферного воздуха остается ОАО «Победит», выбрасывая почти 568 т вредных веществ в год. Уровень загрязнения поверхностных вод остается высоким, причем основными источниками загрязнения и здесь является ОАО «Победит» (загрязняющие вещества - вольфрам, молибден, кобальт, нефтепродукты). Содержание тяжелых металлов в почвах г. Владикавказа и его окрестностей, по данным Минприроды РСО-Алания, превышает ПДК в 41 раз.

На начало 2000 г. в республике накоплено около 10 млн. т отходов производства 1-1У класса опасности, в том числе I класса - 610 т, П-го класса - 58000 т, Ш-го класса - 27000 т, 1У-го класса - 983600 т. Кроме того, образуется ежегодно около 800 тыс. м3 твердых бытовых отходов, которые занимают активные участки городской агломерации и создают многоплановый негативный эколого-экономический эффект в целом регионе.

В регионе примерно 175 лет функционирует горно-металлургический комплекс с пиротехнологией получения полиметаллов, что отрицательно повлияло на состояние биосферы региона и продолжает влиять на демографические показатели населения г. Владикавказа и ее окрестностей.

Мониторинговыми исследованиями установлены главные факторы загрязнения геосфер, включающие выделение загрязняющих веществ из открытых свалок металлургических отходов и отходов обогатительного производства, а также выбросы металлургических производств в атмосферу города. Таким образом, дальнейшая деградация окружающей среды снижает жизненный по-

тенциал населения, может привести к

-ъ

ГЛ'Г. (ПОТЕХА

Г.П«тср»ург ОЭ 2С-0^»«т Ч

ческим показателям и патологическим отклонениям в генофонде проживающего в этих условиях населения. Поэтому разработка технологических решений по использованию вторичных ресурсов шеелитовольфрамового производства, научное обоснование принципов вовлечения занимаемых ими территорий в хозяйственном использовании и создание механизма регулирования экологией городской агломерации г. Владикавказа являются актуальной задачей настоящего времени.

Цель работы: повышение экологической безопасности агломерации г. Владикавказа на основе:

- использования трансформированных и фактических молибденошеели-товых шлаков в керамическом производстве;

- вовлечение территории отвала шлаков в биогеохимический кругооборот путем освобождения и использования ее в хозяйственном обороте;

- регулирование объектами техносферы параметров воздействия загрязнителей на окружающую среду.

Методика исследований. Применен комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ ранее выполненных работ, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях, разработана инструкция по использованию отходов молибденошеелита в качестве отощающих добавок в производстве керамического кирпича.

Обработка и анализ экспериментальных данных проведены методами математической статистики с использованием ЭВМ.

Идея работы заключается в разработке научно-методических принципов использования молибденошеелитовых шлаков в керамическом производстве, регулировании параметров загрязнения геосфер и вовлечении территории отвала шлаков в биогеохимический кругооборот для улучшения экологической обстановки и демографических показателей агломерации г. Владикавказа.

Защищаемые научные положения:

1. Геосфера агломерации г. Владикавказа характеризуется повышенным фоном поллютантов металлургического производства, основным из которых

является молибденошеелитовый компонент.

2. Интегральная эффективность использования молибденошеелитовых отходов в керамическом производстве зависит от площади и продолжительности их хранения и физико-химического состава.

3. Уровень демографических показателей населения агломерации г. Владикавказа зависит от уровня экологической нагрузки на биосферу региона, атмосферный бассейн, водную среду и литосферу и выражается уравнением первого порядка.

4. Уровень экологизации индустриальной селетибной агломерации определяется на основе разработанной эколого-математической модели с учетом ранжирования видов производств по определяемой экологической нагрузки и взаимодействием объектов техногенеза.

Обоснованность и достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью теоретических и экспериментальных исследований и результатами испытаний в промышленных масштабах.

Научная новизна

1. Доказано, что фоновое содержание вольфрамомолибденового компонента в геосфере региона играет господствующую роль в достижении экологической безопасности в рамках агломерации г. Владикавказа.

2. Установлено, что применение отходов молибденошеелитов в керамическом производстве в качестве отощающих добавок по предлагаемой рецептуре обеспечивает снижение выхода брака в производстве, улучшает эстетические свойства и товарный вид выпускаемой продукции, является экологически безопасной и высвобождает пригодную для хозяйственной деятельности территорию.

3. Доказано, что демографические показатели зоны действия полигона отходов напрямую связаны с экологической нагрузкой на геосферу. Получены линейные зависимости для описания этого фактора.

4. Установлено, что обеспечение экологической безопасности геосфер агломерации г. Владикавказа достигается с помощью эколого-математической

модели, описываемой уравнением второго порядка.

Практическое значение исследований заключается: в научном обосновании создания методики использования шеелитовольфрамовых шлаков в керамическом производстве в качестве отощающих добавок и возможности создания экологически безопасных условий в регионе на основе достижения экономического эффекта путем принятия управленческих решений по регулированию параметрами воздействия объектов загрязнения на окружающую среду. Результаты исследований приняты для использования новых экологически чистых технологий в РСО-Алания (2002 г.), а также при составлении научно-технической программы «Экологическая безопасность РСО-Алания».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационных исследований доложены и одобрены на кафедре «Экология» (Владикавказ, СКГТУ, 2001 г.), в институте АО «Кавказцветметпроект», на коллегии Министерства охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов РСО-Алания (Владикавказ, 2002 г.). Диссертация в полном объеме была доложена на заседаниях кафедр: ИЗОС «Инженерные методы защиты окружающей среды» (г. Москва), МГИУ «Безопасность жизнедеятельности и промышленная экология» и Российский научный центр «Курчатовский институт» (2003 г.).

Публикации. Научные положения диссертации опубликованы в семи печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, 47 табл., 16 рис, заключения, библиографического списка из 23 наименований, изложена на 155 страницах машинописного текста и приложение (15 стр.).

Автор выражает искреннюю благодарность доктору геолого-минералогических наук, профессору Келоеву Т.А. за оказанную методическую помощь врешении отдельныхвопросов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Одной из ключевых экологических проблем человеческого общества на современном этапе остается создание сбалансированных равновесных отноше-

ний с окружающей природной средой. Научный анализ опыта взаимоотношений человеческого сообщества и окружающей природной среды дает возможность прогнозировать допустимый уровень хозяйственной деятельности населения Земли с учетом сохранения основных свойств биосферы. Однако имеющаяся база геоинформационных данных не позволяет проигрывать возможные сценарии предполагаемых взаимоотношений из-за ограниченности контролируемых параметров экосферы на глобальном уровне. Мониторинговые наблюдения отличаются более глубоким уровнем и многофункциональным характером, так как экологические факторы являются исходными для проектирования объектов. Это позволяет распознавать все формы пороговых возмущений и деградации окружающей природной среды.

Северный Кавказ является горно-равнинной страной, все административные образования его в той или иной мере включают горные ландшафты, являющиеся территориями особой заботы и взвешенного отношения.

Республиканская система управления отходами разрабатывалась с целью оздоровления экологической обстановки в республике путем упорядочения деятельности в области обращения с ОПП, обеспечения контролируемости их размещения, ограничения отрицательного воздействия отходов на окружающую среду, формирования отрасли по переработке отходов, сбережения природных ресурсов и формирования сознания общественности в духе грамотного и ответственного использования природных ресурсов.

В рамках системы управления отходами решаются следующие задачи:

- организация учета образования, использования, размещения отходов на территории предприятий и за их пределами;

- организация размещения отходов в республике с соблюдением нормативов качества окружающей среды;

- организация контроля за размещением отходов на предприятиях и в целом по республике;

- определение размеров экологического ущерба, наносимого ОС в результате размещения отходов;

- организация удаления и утилизации отходов с учетом возможностей республики;

- прогнозирование объемов размещения отходов в республике. Схема региональной системы управления отходами показана на рис. 1.

Блок управления

Регулирование хозяйственной деятельности при обращении с ОПП

Блок оценки и прогноза Оценка существующего 5. прогнозируемого состояния ОС при обращении с ОПП

1 >

Блок наблюдений за образованием ОПП. Система сбора, учёта образования ОПП Блок наблюдений за размещением ОПП. Система наблюдений за состоянием ОС в зоне расположения объекта размещения ОПП Блок контроля. Система проверок хозяйственной деятельности предприятий при обращении с ОПП

Рис. 1. Схема регулирования ОПП.

Система сбора и учета образования ОПП включает:

- ведение государственной статистической отчетности по обращению с отходами;

- инвентаризацию мест захоронения и хранения отходов;

- формирование и ведение Государственного кадастра мест захоронения отходов на территории республики;

- составление форм учета и согласование нормативов;

- составление схем потоков отходов.

Промышленные отходы предприятий металлургического комплекса складируются на территориях заводов и на отвальных полях площадью 147,35 га. Отходы этого комплекса содержат свинец, цинк, ртуть, мышьяк, кобальт, торий и другие вредные для окружающей среды вещества. На хвостохранилишах Са-донского свинцово-цинкового комбината складируются отходы, содержащие цинк - 0,08 %, свинец - 0,16 %, серу - 2 %, кремнезем - 64 % и ряд редких и

благородных металлов. На остальных предприятиях отходы складируются в основном неорганизованно на промышленных площадках или вывозятся на полигоны твердых бытовых отходов (ТБО).

Весьма значимой и экологически опасной отраслью народного хозяйства республики является цветная металлургия, которая на территории города представлена ОАО «Электроцинк» и «Победит».

ОАО «Победит» располагается на одной территории с ОАО «Электроцинк» и производит вольфрам металлический, нитевидную проволоку, молибден металлический, разного вида и назначения твёрдые сплавы.

В результате проведённых исследований было установлено, что объём выбросов вредных веществ в атмосферу ОАО «Электроцинк» и «Победит» превышает выбросы всех остальных предприятий города вместе взятых в десятки раз, что определяет решающую роль этих заводов в формировании Владикавказского техногенного ореола рассеяния тяжёлых металлов и в развитии экоза-висимых болезней у населения.

Помимо самих заводов значительную роль в загрязнении окружающей среды ТМ играют и черные отвалы ОАО «Победит» и клинкерные поля ОАО «Электроцинк», расположенные на северо-восточной окраине г. Владикавказа.

Ниже приведена характеристика этих отходов.

В пределах отвального поля размещены:

а). Отвалы клинкера (отходы цинкового производства) на площадке № 1.

Площадь отвалов составляет 226,56 тыс. м2, расчётный вес - 3222,6 т.

б). Отвалы и отстой цинкосодержащих шламов (площадки № 3-8) занимают площадь 24,52 тыс. м2, в объеме около 47,64 тыс. т.

в). Отстойник со шламом после нейтрализации промывной кислоты сернокислотного цеха ОАО «Электроцинк» (площадка №2) занимает площадь 28,32 тыс. м2, расчётный вес шлама - 29,6 тыс. т.

г). Отстойник (подземный) ртутно-селенового шлама сернокислотного производства (площадка №9) занимает площадь 1280 м2, имеет вес 70 т.

Выявлено весьма высокое содержание ртути, селена, мышьяка, таллия,

меди, цинка, кадмия, бария и других токсичных элементов.

д). Отвалы молибденсодержащих отходов ОАО «Победит» (площадка №10), занимают площадь около 800 м2, имеют вес 105 т. Обнаружено весьма высокое содержание меди, вольфрама, молибдена и других токсичных элементов.

е). Отвалы вольфрамосодержащих отходов ОАО «Победит» (площадка №11) занимают площадь 15,72 тыс. м2, имеют вес 32,95 тыс. т, характеризуются высоким содержанием никеля, кобальта, марганца, вольфрама, других токсичных элементов. Восточная часть площадки №11 заполнена отходами с повышенной (до 185 мкР/ч) радиоактивностью.

Для оценки степени влияния объектов, загрязняющих окружающую природу, была разработана методика, позволяющая учитывать все виды воздействия на основе действующих нормативов качества окружающей среды. Этот показатель характеризует отношение количества того или иного химического вещества, выбрасываемого предприятием в течение года, к ПДК соответствующего вещества, назван показателем вредного воздействия и используется для ранжирования предприятий и загрязняющих веществ. Исходные данные для его расчёта являются доступными и достаточными. Так, суммарный показатель вредного воздействия предприятия по выбросам в атмосферу рассчитывается по формуле:

где - количества конкретных вредных веществ (ВВ), выбрасы-

ваемых предприятием в атмосферу за год (в тоннах), дей-

ствующие предельно допустимые концентрации соответствующих ВВ в атмосферном воздухе населённых мест (мг/м3).

Физический смысл показателя вредного воздействия на атмосферу - объём чистого атмосферного воздуха, необходимый для разбавления вредных веществ, выбрасываемых предприятием в атмосферу в течение года, до уровня концентраций, не превышающих ПДК. Размерность показателя вредного воз-

действия на атмосферу - А • 10 м . Для сбросов предприятием сточных вод в речную есть суммарный показатель вредного воздействия рассчитывается аналогично:

т.

-+ +-

(2)

'ПДК, пдкг пдк

где !Я|, «2— "»„ - количества конкретных загрязняемых веществ (ЗВ), выбрасываемых предприятием со сточными водами в речную сеть за год (в тоннах); ПДК1 ПДКг... ПДК„ - действующие предельно допустимые концентрации соответствующих ЗВ в поверхностных водах (мг/л).

Для оценки степени загрязнения выявленных техногенных ореолов и потоков рассеяния использовали показатель загрязнения, представляющий собой сумму превышений коэффициентов концентрации над фоновым уровнем, где значения коэффициентов концентраций близки к единице

где - коэффициент концентрации, представляющий собой отношение содержания /-ого химического элемента в оцениваемом объекте к его фоновому содержанию; п - число химических элементов, входящих в изучаемую ассоциацию; С, - аномальное содержание; Сф - фоновое содержание.

Для оценки степени опасности на том или ином загрязненном участке территории использовали шкалу оценки аэрогенных очагов загрязнения, приведенную в табл. 1, которая была составлена по результатам многолетних исследований других районов страны.

Таблица1

Ориентировочная шкала оценки аэрогенньж очаговзагрязнения

Уровень загрязнения Показатель загрязнения почв

Средний, умеренно опасный средний уровень загрязнения почв (Zc = 16-32) содержание свинца в почве более 100 мг/кг

Высокой опасности средний уровень загрязнения почв (Zc = 32-128). содержание свинца в почве более 150 мг/кг

Очень высокий, чрезвычайно опасный • ^ средний уровень загрязнения почв (Zc >128). содержание свинца в почве более 400 мг/кг

Показатель загрязнения определяется для всех функциональных зон города и для различных структурных элементов техногенных ореолов. При отнесении техногенных ореолов к тому или иному уровню загрязнения (по степени опасности) учитывалось, что вычисленное значение суммарного показателя загрязнения является заниженным из-за недостаточной чувствительности анализов на ртуть и серебро.

Таким образом, выявленные техногенные ореолы загрязнения были дифференцированы по принадлежности к тем или иным источникам. Анализ и оценка загрязнения территории г. Владикавказа токсичными химическими элементами служат основой разработки локальных схем природоохранных мероприятий и составления программ геоэкологического мониторинга разных масштабов на территории города. На основе определения показателя загрязнения установлены категории предприятий г. Владикавказа.

В районе деятельности ОАО «Электроцинк» и «Победит» в пахотном слое почвы содержалось Мо 0,59- 0,64 мг/кг, что в 2 раза больше, чем обнаружено его в каштановых почвах других участков вне зоны влияния техногенного объекта (табл. 2).

Таблица 2

Содержание молибдена в основных типах почв, мг/кг

Почва Слой почвы от поверхности , см

010 1020 2030 3040 4050 5060 6070 7080 8090 90100

Обыкновенный чернозем, ОАО «Победит», «Электроцинк» 0,54 0,64 0,70 0,99 1,П 1,02 1,04 1,08 1,19 1,15

Каштановая почва 0,26 0,16 0,09 0,01 0,06 0,31 0,24 0,35 0,40 0,70

Содержание молибдена в почвах вблизи деятельности металлургического объекта не является характерным для техногенного происхождения, хотя прослеживается определенная закономерность скорее технологического фактора.

Как известно, количественной мерой загрязнения биосферы служит величина, суммирующая коэффициенты концентрации или рассеяния по отношению к фоновому уровню:

где С, - отношение содержания химического элемента в оцениваемом объекте к фоновому (Сг).

Однако эта оценка представляется недостаточной. Во-первых, следует учитывать лишь превышение концентраций загрязняющих элементов над фоном. Во-вторых, необходимо ранжировать загрязняющие элементы по степени токсичности. К настоящему времени также не решены и вопросы суммарного влияния на биосферу нескольких элементов, вызывающих эффекты их антагонистического (снижающегося), синергетического (увеличивающегося) или эмерджентного (обусловливающего появление совершенно новых свойств) взаимодействия. Эта проблема очень остра, так как обычно в биосфере присутствует и одновременно взаимодействует большое количество химических элементов. При совместном присутствии в биосфере нескольких токсических элементов (1, 2, ..., п) сумма их концентраций не должна превышать единицу при расчете по формуле:

где Си Сг, С„- фактические концентрации токсиканта; ПДК|, ПДКг, ПДК„ -предельно допустимые концентрации тех же веществ.

Показанные на рис. 1 границы ореола являются условными, так как ореол фактически не оконтурен. Ему свойственна геохимическая ассоциация, отличная от описанных ранее, - ртуть, медь, никель, мышьяк, молибден. Она обусловлена, по-видимому, комбинированным характером загрязнения: вейстоген-ным и аэрогенным (сжигание продуктов складирования).

Рис.2. График выбросов вредных веществ в атмосферу.

Управление экосистемой исследуется применительно к основным разделам деятельности предприятия: экологической, экономической, социальной, финансовой и др. (рис. 2).

Рис. 3. Схема образования отходов.

Включение рассматриваемой системы в систему более высокого уровня открывает дополнительные возможности для экологизации:

1) использование отходов основного производства в виде сырья для других производств,

2) использование отходов технологического производства в качестве сырья для основного производства.

Выбор очередности проведения технологических мероприятий для снижения негативного влияния конкретного предприятия на окружающую среду может быть проведен на основе сравнения расчетных значений предложенного интегрального показателя для различных вариантов экологизации (рис. 3).

Рис. 4 Экологизационная схема.

Влияние вредных веществ на окружающую среду оценивается по форму-

ле:

(6)

где С - концентрация /-го компонента вредных примесей по оси факела на расстоянии х при определенной скорости и направлении ветра, г/м3 (С = 1); п, • частота повторений ветра определенной скорости и направления в течение года; т - число градаций скорости по данному направлению.

Исследования, проведенные автором по использованию клинкера ОАО «Электроцинк» и «Победит» на государственных предприятиях «Владикавказ-строй», показали высокую эффективность и технологичность использования отходов в изготовлении кирпича

Партия кирпича с добавкой отходов ОАО «Победит» в объеме до 5 % характеризуется хорошим товарным видом и высокими эстетическими показателями по сравнению с базовым вариантом. Для использования этого опыта нами проведены исследования с учетом физико-химических свойств отходов метал-

16

лургического производства, подготовлено сырье для его использования в качестве отощающих добавок. Экологический интерес представляют отходы переработки молибденового концентрата ОАО «Победит». Использование их в качестве отощающих добавок при производстве керамического кирпича по данным автора дает обнадеживающие результаты.

В общем виде технология процесса получения молибденошеелитовых отходов такова: сырьем для производства чистых солей молибдена служат молибденовые концентраты, которые перерабатываются по схеме, включающей окислительных обжиг, аммиачное выщелачивание огарка, обработку твердых остатков аммиачного выщелачивания горячими растворами соды для доизвле-чения молибдена. Твердые остатки аммиачного выщелачивания являются отвальными отходами молибденового производства, которые, как и черные отвалы, вывозят на отвальное поле. Химический состав отвалов, % по массе: БЮг -63,24; Ре - 9,80; СаО - 4,14; А1203 - 4,00; Мо - 3,58; Си - 2,85; - 0,52; Аб - 0,1; Бобщ - 1,45. Помимо этого отвалы содержат: РЬ, 2п, Мп, W, Ва, Т|* от 1,0 до 0,1 %; Б, Со, Бе, Сг, Бг, БЬ от 0,1 до 0,02 %; Н^ Сс1, V, В1, Бп от 0,01 до 0,001 %; Лц 68,6 г/т и Аи 2,4-3,5 г/т. Все компоненты, содержащиеся в отвалах, относятся ко II классу опасности и могут быть источником загрязнения окружающей среды, в первую очередь, грунтовых вод, вследствие выщелачивания атмосферными осадками. Площадки для хранения отвалов не имеют защитных экранов или водоупорных устройств от растворов, загрязненных вредными примесями, поэтому грунт под отходами и грунтовые воды насыщаются многочисленными экологически опасными компонентами. Вещественный состав указывает на наличие миграционной активности металлов как в катионной, так и в анионной форме и возможность их перехода в грунтовые и подземные воды. Можно ожидать гидролиза ферритов, силикатов кальция, алюминия, натрия с образованием щелочных растворов, а также окисления сульфидных составляющих, вымывания хемосорбированных на гидроксидах железа анионных форм вольфрама и молибдена и др.

Подтверждением этих положений являются результаты опытов по опре-

делению растворимости веществ, входящих в состав отвалов, которые длительное время считались нерастворимыми.

После длительного контактирования навесок отвалов с дистиллированной водой получали прозрачные фильтраты, которые осторожно упаривали досуха. Сухие выпаренные соли взвешивали и анализировали на атомно-эмиссионном спектрографе. Установлено, что растворяется от 4,5 до 7,6 % сухого отвала.

Выпаренные соли содержат БЮг, № от 1 до 10 %; СаО, А1, >У, Сг, Мо от 0,1 до 1 %; V от 0,01 до 0,1 %; Ре, Бп, РЬ от 0,01 до 0,1 % и Мп, В от 0,0001 до 0,001 %.

Таким образом, подтверждена достаточно высокая растворимость отвалов, сопровождающаяся переходом вредных компонентов в грунтовые воды и почву. Приведенные результаты исследования состава и растворимости отвалов молибденового и вольфрамого производства ОАО «Победит» отвергают мнение об их нерастворимости и экологической безопасности для окружающей среды. Очевидна необходимость надлежащей организации раздельного хранения этих продуктов и разработки способов их утилизации, что обеспечит экологическую безопасность отвалов.

Лабораторно-промышленными исследованиями в СКГТУ установлено, что черные отвалы ОАО «Победит» могут быть использованы в качестве ото-щающих добавок при производстве строительного кирпича при определённом физико-химическом воздействии на эти материалы.

Опытную партию отобрали из отвального поля лежалых в течение пяти и более лет молибденошеелитовых отходов, расположенных в северо-восточной части г. Владикавказа. Пробы отбирали ручным способом. Место отбора участка устанавливали визуально по внешней окраске материала отвала. В табл. 3 приведена первоначальная марочность концентрата, поступающего на ОАО «Победит», а в табл. 4 - химический состав одной из партий.

Марочностьконцентрата

Таблица 3

Марка Мо 5Ю2 Лг Бп РЬ Си

КМ-1 50 5 0,07 0,07 0,07 0,5

КМ-2 48 7 0,07 0,07 0,07 1

КМ-3 47 9 0,07 0,07 0,85 2

Химический состав, %

Таблица 4

ее X се ЕС

№ партии Физ вес, г о 5 св 2 5 гч к Сухой вес, г Вес в пересчете 52 % Вес в пересчете 100 % Кол-во мест Мо > и и. <5 СЛ СаО и а 2 3 О

90 10,008 5.5 9457.6 9605.9 4899,04 5 51.8 0.018 0,99 7.3 - 0,08 0,1 0,25

В соответствии с заключением специализированной лаборатории при Ростовском государственном университете, состав сырья удовлетворяет требования экологической безопасности.

Сырьём для отощающих добавок являются клинкер-отходы обжига ОАО «Победит». Отвалы хранят на открытой площадке, что приводит к загрязнению окружающей природной среды. Подвергаясь воздействию атмосферных осадков, отходы разлагаются, в результате чего происходит выделение большого количества сернистого и углекислого газа и др.

Реакции окисления на атмосферном воздухе

2Мо02 + 02 = 2Мо03, Мо03 + Н20 = Н2Мо4, 2МоБ2 + 602 = 4Б02 + 2Мо02 , 4РеО + 02 = 2Ре203, 2РегОз + 6Н20 = 4Ре(ОН)3.

2Си + 02 = 2СиО, 4Ре + 302 = 2Ре203, 8 + 02 = 2802 + 02 = 2БОз, БО, + Н20 = Н2Б04,

Гранулометрический состав вводимых добавок зависит от режима сушки и обжига керамических изделий. Для расчёта расхода добавок автором использовались данные табл. 5.

Таблица 5

Добавка Количество, % по объёму Максимально допустимая фракция, мм

Отощающие добавки Мо ОАО «Победит» 5 0,25-0,05

10

15

Сырье

Добавки отходов Мо (5,10 и 15 %)

Питатель

I

Вальцы камневыделительные

I

Вальцы грубого помола (зазор 3-4 мм) 1

Вальцы тонкого помола (зазор 1,5-2 мм)

Питатель

(Вода)

глиномешалка с .фильтрующей решеткой

пресс вакуумный

Puc.5 Технологическая схема использования вольфрамомолибденовых отходов при получении керамического изделия.

В результате проведенных промышленных экспериментов с отходами ОАО «Победит» установлено, что их можно использовать в качестве отощаю-щих добавок при производстве кирпича в условиях кирпичного завода «Ир». Отощающие добавки после обжига в печи «КС», взятые на территории завода, не требуют подготовки, которая заключается в измельчении их до заданного зернового состава или в просеивании, и в обезвоживании (рис. 4). В результате получается сырец хорошего качества, повышается его пористость, что обеспечивает скоростной процесс нагрева на всем протяжении обжига. Ускоряется и процесс сушки с 72 до 60 ч, снижается трещиноватость, улучшается товарный вид готовой продукции, повышается прочность изделия и снижается брак.

Необходимый объем отощающих добавок определяли в процессе испытания сырца и устанавливали в процентном отношении по объему от общего количества сырья.

Химический состав полученного готового изделия, %: Ре - 5,1; Мо — 0,002; - 24,4; Си - 0,09; К - 1,6;ЛУ- 0,023.

Химический состав красных отвалов 3 цеха, применяемых в данном эксперименте,

Полупромышленные испытания с отходами ОАО «Победит» проводили с содержанием 5, 10 и 15 % отощающих добавок. Каждый опыт сопровождали лабораторными исследованиями отходов на ОАО «Победит» и готовых изделий на производстве. Прочность керамического кирпича соответствовала: 125; 135; 143 маркам изделия ГОСТа КП-У- 125/25 ГОСТ 530-95, КП-0150/15 ГОСТ 53095 по морозостойкости Б 15. Межгосударственный стандарт. Кирпич и камни керамические. Введен в действие с 1 июля 1996 г. в качестве государственного стандарта Российской Федерации Постановлением Минстроя России от 5 декабря 1995 г. № 18-103.

Заключение

На основании исследований по эффективному использованию отходов молибденошеелитового производства в промстройиндустрии и анализа полученных результатов можно сделать следующие основные выводы и рекомендации:

1. Экспериментально установлено, что отходы молибденошеелитового производства, складируемые на открытом поле в индустриально-селитебной части городской среды, интенсивно загрязняют атмосферный воздух канцерогенными и токсичными компонентами, в подземные воды мигрируют тяжелые металлы, способствуя повышению содержания сопутствующих химических элементов в количествах, превышающих допустимые уровни в 2,6 - 3,5 раза в пределах 5-ти километровой зоны.

2. Установлен ореол рассеивания отходов молибденошеелитового производства с учетом метеорологических параметров и гидродинамической характеристики почвогрунтов местности, который составляет 5 км вокруг хранилища отходов.

3. Доказана экологическая опасность воздействия молибденошеелитовых отходов на население города в пределах ореола рассеивания поллютантов на основании анализа медико-биологических данных поликлиник микрорайонов, прилегающих к территории.

4. Доказана технологическая возможность использования молибденошее-литовых отходов, предложены методика и технология поэтапного применения, разработанные автором.

5. Созданы технологические инструкции и регламент подготовки лежалых и попутных отходов молибденошеелитового производства и установлены граничные условия эффективного их применения.

6. Разработана технологическая схема цепи аппаратов и способы внесения отходов молибденошеелита в качестве отощающих добавок в производство кирпича и определен режим получения качественного изделия с заданными эстетическими свойствами, включая цветность, фактуру и его структуру.

7. Установлено, что применение отходов молибденошеелитового производства снижает брак выпуска кирпича на 15 % без дополнительных материальных затрат.

8. Показана экологическая целесообразность выполненных исследований на основе почти 2-х кратного снижения загрязнения окружающей среды в контрольных точках мониторинга (в атмосферном воздухе в 2,1 раза, в сточных водах в 1,6 раз).

9. Разработана оптимизационная эколого-математическая модель с учетом площади, высвобождаемой утилизируемыми отходами; платежей за загрязнение окружающей среды и интенсивности вовлечения молибденошеелитовых отходов в керамическом производстве в качестве отощающих добавок.

10. Разработанные научно-методические рекомендации широко используются в учебном процессе на профильных специальностях СКГМИ и ВГМТ.

11. Изготовленная готовая продукция получила положительное санитар-но-экологическое заключение государственных специализированных лабораторий, что позволяет ее использование в различных условиях возведения строительных объектов.

12. Установлено, что использование керамического кирпича по предложенной автором технологии наиболее целесообразно на строительных объектах при условии минимального непосредственного контакта с атмосферной влагой.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Ал боров И.Д., Хубаева Г.П. Утилизация отходов переработки молибденового концентрата на предприятиях промстройиндустрии // Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ. Владикавказ, 2000. С. 180.

2. Ллборов И .Д., Хубаева Г.П. Методика использования отощающих добавок. // Труды Северо-Кавказского государственного технологического университета. Вып. №7. 2000. С. 171.

3. Ал боров И.Д., Хубаева Г.П. Перспективы использования отходов ОАО «Электроцинк» и «Победит» // Сб. научных трудов аспирантов СКГТУ. Владикавказ, 2001. С. 123.

4. Хубаева Г.П., Алборов И.Д. Результаты применения отходов производства в качестве отощающих добавок. // Сборник статей аспирантов СКГТУ. 2001. С. 342.

5. Хубаева Г.П. Перспективы использования отходов цветной металлургии // Цветная металлургия. №3.2002 С. 21.

6. Хубаева Г.П. Использование молибденошеелитовых отходов ОАО «Победит» в промстройиндустрии. // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Технология разработки месторождений СКГМИ». Владикавказ. 2003. С. 390.

7. Хубаева Г.П. Исследование по использованию отходов ОАО «Победит» в керамическом производстве. // Материалы II Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Технология разработки месторождений СКГМИ». Владикавказ. 2003. С. 396.

ХУБАЕВА Галина Петровна

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТХОДОВ МОЛИБДЕНОШЕЕЛИТА В КЕРАМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ И ВОВЛЕЧЕНИЕ ПОДОТВАЛЬНЫХ ЗЕМЕЛЬ В БИОЛОГИЧЕСКИЙ ОБОРОТ Г. ВЛАДИКАВКАЗА

Автореферат

Подписано к печати 2004 г. Формат 60x84/16. Печать офс. Бум офс.

Объем 1 пл. Уч.-изд. л. .Тираж 100 экз. Заказ /ЯГ

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический универитет) 362021, РСО-Алания, г.Владикавказ, ул.Николаева, 44