Экономические и экологические аспекты использования вторичных сырьевых ресурсов

Рациональное решение проблемы промышленных отходов зависит от ряда факторов: вещественного состава отходов, их агрегатного состояния, количества, технологических особенностей и т. д. Наиболее эффективным решением проблемы промышленных отходов является внедрение безотходных технологий в производство. Разработка безотходных производств осуществляется за счет принципиального изменения технологических процессов, а также систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использование минерального сырья. При комплексном использовании сырьевых материалов промышленные отходы одних производств являются исходными сырьевыми материалами для других. Важность комплексного использования сырьевых материалов можно рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решить задачи охраны окружающей среды, освободить ценные земельные угодья, занимаемые под отвалы и шламохранилища, устранить вредные выбросы в окружающую среду. Во-вторых, отходы в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье. В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаются удельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их окупаемости.

Решение вопросов экономии и рационального использования материальных ресурсов заключается прежде всего в реализации имеющихся резервов, возникновение и возрастание которых обусловлено непрерывным повышением уровня развития науки, техники, технологии, экономики и организации производства.

Одно из наиболее перспективных направлений утилизации промышленных отходов – это использование их в строительстве и производстве строительных материалов, что позволяет до 40% снизить расходы материальных ресурсов, используемых в производстве, без ухудшения качественных характеристик.

Одним из альтернативных источников сырья для строительного комплекса являются гипсосодержащие отходы, которых в странах СНГ уже накоплено сотни миллионов тонн в различном виде и состоянии: фосфогипс, фосфополугидрат, борогипс, фторогипс, цитрогипс и другие. Работа предприятий по производству минеральных удобрений сопровождается образованием крупнотоннажных отходов, объем которых достигает десятков миллионов тонн. Наиболее многотоннажным из них является фосфогипс дигидрат, содержащий в составе более 80-90% двуводного гипса. Известно [2], что при производстве 1 тонны фосфорной кислоты образуется около 4,5 тонны тонкодисперсного влажного осадка техногенного гипса.

Современные методы утилизации фосфогипса, разработанные отечественными и зарубежными исследователями [1], подтверждают возможность широкого использования фосфогипса в качестве сырья для изготовления гипсовых вяжущих веществ.

Исследованиями установлено [2], что фосфорные руды различных месторождений отличаются по физическим и химическим свойствам в зависимости от минералогического состава, структуры, содержания примесей. Также данные исследования показали, что фосфориты – это осадочные породы, содержащие помимо фосфата кальция примеси силикатных и алюминатных соединений, кварца, кальцита и др.

На предприятии АО «АммофосМаксам» фосфорная кислота экстрагируется методом сернокислотного разложения фосфоритной муки с осаждением сульфата кальция в виде дигидрата (CaSО₄х2H₂О). Внешний вид фосфогипса АО «АммофосМаксам» – легкокомкающийся материал серого цвета. Гранулометрический состав представлен в основном фракциями 1,6-0,4 и 0,16- 0,1 мм. Удельный вес фосфогипса, высушенного в естественных условиях, составляет 2,34-2,36 г/см³.

Вещественный состав и структура фосфоритов разнообразны. Широко развиты фосфатно-карбонатные и фосфатно-кремнистые формы, содержащиеся в фосфоритной руде. 

Таблица 1.

Химический состав фосфогипса «Аммофос Максам»,%

Химический анализ показывает (табл. 1), что вещественный состав довольно постоянен и в основном состоит из двуводного гипса с примесью кремнезема и незначительного количества Р₂О₅, MgO, соединений алюминия и железа. Расчетное количество двуводного гипса составляет 91-95%.

Таблица 2.

Результаты химического анализа исходных добавок

Рисунок 1. Рентгенограмма известняка Джизакского месторождения

На рентгенограммах Джизакского известняка (рис. 1) наблюдаются основные линии d=0,302; 0,208; 0,208; 0,190; 0,186 нм, соответствующие карбонату кальция. Результаты химического, дифференциально- термического (рис. 2) и рентгенофазового анализов показывают, что Джизакские известняки в основном состоят из кальцита с незначительным содержанием кремнезема.

Рисунок 2. Дифференциально-термические кривые Джизакского известняка

Результаты химического анализа (табл. 2) показывают, что шлаки в своем составе содержат такие основные соединения, как SiО₂; AI₂O₃; Fе₂О₃; CaO; MgO; МnО и другие. Из литературных данных известно [3], что вышеуказанные соединения являются основными компонентами, используемыми для производства строительных материалов. Рентгенофазовый анализ показал, что шлаки в основном состоят из оккерманита 2СаОхMgOх2SiО₂, смешанного во всех отношениях с галенитом 2СаОхА1₂O₃хSi0₂, образуя серию твердых растворов. Мелилиты – минерал, образующийся в доменных шлаках в широком диапазоне смешанных растворов с межплоскостными расстояниями d = 0,442; 0,371; 0,306; 0,239; 0,229; 0,177; 0,175; 0,157-0,154 нм; мервинита 3СаОхMgOх2SiО₂ с межплоскостными расстояниями d = 0,292 - 0,284; 0,281 - 0,273; 0,274-0,276; 0,241; 0,226-0,220; 0,203; 0,190-0,190 нм; вюсита d = 0,253-0,247; 0,219-0,214; 0,153-0,151нм, также наблюдаются линии четырехкальциевого алюмоферрита С₄AF d = 0,724; 0,195-0,192; 0,184-0,182; 0,153 нм.

Известно, что мелилиты в доменных шлаках кристаллизуются преимущественно в виде коротких призм, в результате чего оптический знак минерала и знак главной зоны, как правило, противоположны. Окерманит практически может содержаться во всех доменных шлаках и кристаллизуется в основном в виде коротких призм и табличек с коэффициентами светопреломления щ =1.633; п₀ = 1,631.

Мервинит – 3СаОх-MgOх2SiO₂ – образуется в доменных шлаках. По структуре представляют собой тонкую смесь очень мелких зерен, в основном карбоната кальция и глинистых частиц.

Рисунок 3. Рентгенограмма шлаков АГМК и «Узметкомбинат»

В зависимости от значения коэффициента качества и химического состава доменные шлаки подразделяются на различные сорта.

Рентгенографические исследования показывают близкую кристаллическую структуру изучаемых проб фосфогипса. На рентгенограммах (рис. 3) в основном наблюдаются линии дифракционных максимумов двуводного гипса со значениями межплоскостных расстояний d= 0,755; 0,429; 0,375; 0,304; 0,286; 0,189 нм; также наблюдаются линии кварца, составляющие основную массу примесей d = 0,333; 0,244; 0,221; 0,180 нм.

Таким образом, химический, дифференциально-термический и рентгенофазовый анализы показывают, что Джизакские известняки в основном состоят из кальцита с незначительным содержанием кремнезема, что делает его привлекательным сырьем для производства минеральных вяжущих веществ. Также результаты сопоставления коэффициента качества и химического состава шлаков АПО «Узметкомбинат» показывают, что они относятся к основным шлакам, также делая их перспективным сырьем для производства шлакощелочных вяжущих.