Помощь студентам в учебе
Обезвреживание отходов железной окалины посредством деминерализации
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Отходы производства 9
1.1.1 Классификация отходов производства 10
1.1.2 Классы опасности отходов 12
1.2 Замасленная железная окалина 19
1.2.1 Состав и состояние 19
1.2.2 Образование замасленной железной окалины 21
1.2.3 Химические свойства железной окалины 23
1.2.4 Пути применения замасленной железной окалины 24
1.2.5 Перспективные технологии переработки замасленной окалины 28
1.3 Характеристика Кузнечного завода ПАО «КАМАЗ» 29
1.3.1 Общая информация 30
1.3.2 Используемое оборудование 31
1.3.3 Основной спектр выпускаемой продукции 32
1.4 ООО «Поволжская экологическая компания» 32
1.4.1 Производственная база 34
1.4.2 Полигон ТБО и промышленных отходов 36
1.4.3 Карьер качественного грунта 38
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 39
2.1 Определение фракционного состава 39
2.2 Потенциометрическое определение рН с применением -рН-метра-
АНИОН 4111 40
2.2.1 Потенциометрия 40
2.2.2 Иономер универсальный АНИОН-4111 42
2.3 Кондуктометрическое определение удельной электропроводности и
общей минерализации 44
2.3.1 Основы метода 44
2.3.2 Кондуктометр АНИОН 7025 47
2.4 ИК-спектроскопическое определение нефтепродуктов анализатором-
КОНЦЕНТРАТОМЕРОМ КН-3 48
2.4.1 Концентратомер КН-3 48
2.5 Определения плотности по контрольным образцам 50
2.5.1 Область применения 50
2.5.2 Контрольные образцы 50
2.5.3 Подготовка образцов к испытаниям 51
2.5.4 Проведение испытаний 51
2.6 Определение прочности по контрольным образцам 52
2.6.1 Область применения 52
2.6.2 Сущность метода 52
2.6.3 Контрольные образцы 52
2.6.4 Подготовка образцов к испытаниям 54
2.6.5 Проведение испытаний 54
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 56
3.1 Определение фракционного состава 59
3.2 Определение содержания нефтепродуктов 61
3.3 Определение pH, УЭП и минерализации водной вытяжки 62
3.3.1 Определение pH 62
3.3.2 УЭП и Минерализация 63
3.3.2.1 Удельная деминерализация (ступенчатая деминерализация) 66
3.3.2.2 Минерализация по нарастающей (нарастающая минерализация) 68
3.3.2.3 Деминерализация по нарастающей (нарастающая деминерализация) 69
3.3.2.4 Эффективность деминерализации по нарастающей 71
3.4 Выбор требуемых пропорций цемента, песка, щебня и замасленной
железной окалины для изготовления образцов бетона 72
3.5 Масса и плотность бетонных образцов с добавлением замасленной
железной окалины 75
3.5 Определение прочности бетона с добавлением железной окалины при
сжатии по контрольным образцам 75
3.7 Результаты измерения УЭП, относительной минерализации и Ph водных суспензий кубических образцов бетона 77
3.7.1 Минерализация суспензий ЗЖО по стадиям 78
3.7.2 Удельная деминерализация образцов бетона (ступенчатая
деминерализация) 79
3.7.3 Минерализация образца бетона по нарастающей (нарастающая
минерализация) 81
3.7.4 Деминерализация образца бетона по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 82
3.7.5 Эффективность деминерализации по нарастающей 83
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В АНАЛИТИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ 85
4.1 Общие положения 85
4.2 Средства индивидуальной защиты 86
4.3 Правила пожарной безопасности в лаборатории 87
4.4 Правила электробезопасности в лаборатории 88
4.5 Правила безопасной работы с химическими веществами 90
4.5.1 Общие положения 90
4.5.2 Работа с кислотами и щелочами 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 95
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 9
1.1 Отходы производства 9
1.1.1 Классификация отходов производства 10
1.1.2 Классы опасности отходов 12
1.2 Замасленная железная окалина 19
1.2.1 Состав и состояние 19
1.2.2 Образование замасленной железной окалины 21
1.2.3 Химические свойства железной окалины 23
1.2.4 Пути применения замасленной железной окалины 24
1.2.5 Перспективные технологии переработки замасленной окалины 28
1.3 Характеристика Кузнечного завода ПАО «КАМАЗ» 29
1.3.1 Общая информация 30
1.3.2 Используемое оборудование 31
1.3.3 Основной спектр выпускаемой продукции 32
1.4 ООО «Поволжская экологическая компания» 32
1.4.1 Производственная база 34
1.4.2 Полигон ТБО и промышленных отходов 36
1.4.3 Карьер качественного грунта 38
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 39
2.1 Определение фракционного состава 39
2.2 Потенциометрическое определение рН с применением -рН-метра-
АНИОН 4111 40
2.2.1 Потенциометрия 40
2.2.2 Иономер универсальный АНИОН-4111 42
2.3 Кондуктометрическое определение удельной электропроводности и
общей минерализации 44
2.3.1 Основы метода 44
2.3.2 Кондуктометр АНИОН 7025 47
2.4 ИК-спектроскопическое определение нефтепродуктов анализатором-
КОНЦЕНТРАТОМЕРОМ КН-3 48
2.4.1 Концентратомер КН-3 48
2.5 Определения плотности по контрольным образцам 50
2.5.1 Область применения 50
2.5.2 Контрольные образцы 50
2.5.3 Подготовка образцов к испытаниям 51
2.5.4 Проведение испытаний 51
2.6 Определение прочности по контрольным образцам 52
2.6.1 Область применения 52
2.6.2 Сущность метода 52
2.6.3 Контрольные образцы 52
2.6.4 Подготовка образцов к испытаниям 54
2.6.5 Проведение испытаний 54
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 56
3.1 Определение фракционного состава 59
3.2 Определение содержания нефтепродуктов 61
3.3 Определение pH, УЭП и минерализации водной вытяжки 62
3.3.1 Определение pH 62
3.3.2 УЭП и Минерализация 63
3.3.2.1 Удельная деминерализация (ступенчатая деминерализация) 66
3.3.2.2 Минерализация по нарастающей (нарастающая минерализация) 68
3.3.2.3 Деминерализация по нарастающей (нарастающая деминерализация) 69
3.3.2.4 Эффективность деминерализации по нарастающей 71
3.4 Выбор требуемых пропорций цемента, песка, щебня и замасленной
железной окалины для изготовления образцов бетона 72
3.5 Масса и плотность бетонных образцов с добавлением замасленной
железной окалины 75
3.5 Определение прочности бетона с добавлением железной окалины при
сжатии по контрольным образцам 75
3.7 Результаты измерения УЭП, относительной минерализации и Ph водных суспензий кубических образцов бетона 77
3.7.1 Минерализация суспензий ЗЖО по стадиям 78
3.7.2 Удельная деминерализация образцов бетона (ступенчатая
деминерализация) 79
3.7.3 Минерализация образца бетона по нарастающей (нарастающая
минерализация) 81
3.7.4 Деминерализация образца бетона по нарастающей (нарастающая
деминерализация) 82
3.7.5 Эффективность деминерализации по нарастающей 83
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В АНАЛИТИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ 85
4.1 Общие положения 85
4.2 Средства индивидуальной защиты 86
4.3 Правила пожарной безопасности в лаборатории 87
4.4 Правила электробезопасности в лаборатории 88
4.5 Правила безопасной работы с химическими веществами 90
4.5.1 Общие положения 90
4.5.2 Работа с кислотами и щелочами 91
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 92
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 94
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 95
Одной из наиболее острых экологических проблем в настоящее время является загрязнение окружающей среды отходами производства и потребления. Она занимает сегодня одно из центральных мест среди всего комплекса вопросов, связанных с обеспечением экологической устойчивости.
Отсутствие существенных положительных сдвигов в сфере обращения с отходами обуславливает накопление негативных эффектов в окружающей среде, что выступает серьезным фактором риска для общественного здоровья [1]. Все отходы подразделяются на бытовые и промышленные (производственные).
В связи с огромными объемами образующихся отходов замасленной окалины в РФ, отсутствуют способы ее утилизации. Из-за этого упускается ценное сырье чистого металла. Затрачиваются большие расходы на хранение замасленной окалины. Упущение большой прибыли из-за невозврата окалины в производство.
Все существующие способы очищения окалины, такие как химическое и термическое обезмасливание - дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения, не получили практической реализации. Поэтому создание нового вида продукции на основе замасленной окалины и определение технической и экономической целесообразности ее использования на разных стадиях металлургического передела является актуальной проблемой.
Бытовые отходы могут находиться как в твердом, так и жидком и реже в газообразном состоянии. Твердые бытовые отходы (ТБО) - совокупность твердых веществ (пластмасса, бумага, стекло, кожа) и пищевых отбросов, образующихся в бытовых условиях. Жидкие бытовые отходы представлены в основном сточными водами хозяйственно-бытового назначения. Газообразные - выбросами различных газов.
Промышленные (производственные) отходы (ОП) - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Они бывают твердыми (отходы металлов, пластмасс, древесина), жидкими (производственные сточные воды, отработанные органические растворители) и газообразными (выбросы промышленных печей, автотранспорта).
Наибольшее количество промышленных отходов образует предприятия черной и цветной металлургии, угольная промышленность, тепловые электростанции, промышленность строительных материалов [2].
Развитие сферы обращения с отходами включает в себя решение двух основных связанных между собой задач: минимизации степени негативного воздействия отходов на окружающую среду и максимизации степени возвращения отходов во вторичный хозяйственный оборот. Вторая задача непосредственно связана с первой, поскольку, чем больший относительный объем образуемых отходов подвергается переработке и вновь используется в производственном цикле, тем меньшее количество отходов размещается в не переработанном виде в окружающей среде.
Различные подходы к классификации отходов базируются на следующих классификационных признаках: место образования отходов (отрасль промышленности); стадия производственного цикла; вид отхода; степень ущерба окружающей среде и здоровью человека; направление использования; эффективность использования; величина запаса и объёмы образования; степень изученности и разработанности технологий утилизации.
Мелкие и средние предприятия, не имея достаточных средств, а зачастую и желания, для организации работ по утилизации, переработке и уничтожению отходов, используют возможности городских свалок для размещения отходов производства. К сожалению, в большинстве регионов и городов РФ имеет место вывоз промышленных отходов на несанкционированные свалки, причем основную часть этих отходов составляют опасные отходы (до 80%) [3].
Металлургическое производство, как потенциально главный потребитель железной окалины, относительно удалено от производителя ЗЖО - кузнечного завода ПАО «КАМАЗ», что накладывает в данном конкретном случае определенные логистические ограничения на использование ЗЖО в производстве качественных сплавов и требует удаление масленной компоненты из ЗЖО.
Объемы образования ЗЖО на кузнечном заводе ПАО «КАМАЗ» (порядка 200 т/год) не столь велики, чтобы обеспечить данным вторичным ресурсом какое-либо крупное производство, например металлургическое в силу специфики состава ЗЖО конкретного техпроцесса его возникновения.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование определённых показателей замасленной железной окалины, являющейся отходом кузнечного завода, для разработки возможного способа её применения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) определение фракционного состава;
2) определение рН, УЭП и минерализации водной вытяжки;
3) определение деминерализации водной вытяжки;
4) определение содержания нефтепродуктов;
5) выбор подходящего компонентного состава замасленной железной окалины (ЗЖО) для изготовления строительной смеси с добавлением ЗЖО;
6) приготовление образцов затвердевшей массы;
7) определение плотности образцов;
8) определение прочности образцов;
9) формирование предложений по применению замасленной железной окалины.
Отсутствие существенных положительных сдвигов в сфере обращения с отходами обуславливает накопление негативных эффектов в окружающей среде, что выступает серьезным фактором риска для общественного здоровья [1]. Все отходы подразделяются на бытовые и промышленные (производственные).
В связи с огромными объемами образующихся отходов замасленной окалины в РФ, отсутствуют способы ее утилизации. Из-за этого упускается ценное сырье чистого металла. Затрачиваются большие расходы на хранение замасленной окалины. Упущение большой прибыли из-за невозврата окалины в производство.
Все существующие способы очищения окалины, такие как химическое и термическое обезмасливание - дорогостоящие процессы, создающие дополнительные экологические осложнения, не получили практической реализации. Поэтому создание нового вида продукции на основе замасленной окалины и определение технической и экономической целесообразности ее использования на разных стадиях металлургического передела является актуальной проблемой.
Бытовые отходы могут находиться как в твердом, так и жидком и реже в газообразном состоянии. Твердые бытовые отходы (ТБО) - совокупность твердых веществ (пластмасса, бумага, стекло, кожа) и пищевых отбросов, образующихся в бытовых условиях. Жидкие бытовые отходы представлены в основном сточными водами хозяйственно-бытового назначения. Газообразные - выбросами различных газов.
Промышленные (производственные) отходы (ОП) - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшихся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. Они бывают твердыми (отходы металлов, пластмасс, древесина), жидкими (производственные сточные воды, отработанные органические растворители) и газообразными (выбросы промышленных печей, автотранспорта).
Наибольшее количество промышленных отходов образует предприятия черной и цветной металлургии, угольная промышленность, тепловые электростанции, промышленность строительных материалов [2].
Развитие сферы обращения с отходами включает в себя решение двух основных связанных между собой задач: минимизации степени негативного воздействия отходов на окружающую среду и максимизации степени возвращения отходов во вторичный хозяйственный оборот. Вторая задача непосредственно связана с первой, поскольку, чем больший относительный объем образуемых отходов подвергается переработке и вновь используется в производственном цикле, тем меньшее количество отходов размещается в не переработанном виде в окружающей среде.
Различные подходы к классификации отходов базируются на следующих классификационных признаках: место образования отходов (отрасль промышленности); стадия производственного цикла; вид отхода; степень ущерба окружающей среде и здоровью человека; направление использования; эффективность использования; величина запаса и объёмы образования; степень изученности и разработанности технологий утилизации.
Мелкие и средние предприятия, не имея достаточных средств, а зачастую и желания, для организации работ по утилизации, переработке и уничтожению отходов, используют возможности городских свалок для размещения отходов производства. К сожалению, в большинстве регионов и городов РФ имеет место вывоз промышленных отходов на несанкционированные свалки, причем основную часть этих отходов составляют опасные отходы (до 80%) [3].
Металлургическое производство, как потенциально главный потребитель железной окалины, относительно удалено от производителя ЗЖО - кузнечного завода ПАО «КАМАЗ», что накладывает в данном конкретном случае определенные логистические ограничения на использование ЗЖО в производстве качественных сплавов и требует удаление масленной компоненты из ЗЖО.
Объемы образования ЗЖО на кузнечном заводе ПАО «КАМАЗ» (порядка 200 т/год) не столь велики, чтобы обеспечить данным вторичным ресурсом какое-либо крупное производство, например металлургическое в силу специфики состава ЗЖО конкретного техпроцесса его возникновения.
Целью выпускной квалификационной работы является исследование определённых показателей замасленной железной окалины, являющейся отходом кузнечного завода, для разработки возможного способа её применения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) определение фракционного состава;
2) определение рН, УЭП и минерализации водной вытяжки;
3) определение деминерализации водной вытяжки;
4) определение содержания нефтепродуктов;
5) выбор подходящего компонентного состава замасленной железной окалины (ЗЖО) для изготовления строительной смеси с добавлением ЗЖО;
6) приготовление образцов затвердевшей массы;
7) определение плотности образцов;
8) определение прочности образцов;
9) формирование предложений по применению замасленной железной окалины.
Исследована эмиссия в водную фазу загрязняющих веществ замасленной железной окалины: электролитов, включая макро-катионы и макро-анионы, нефтепродуктов (масел) и ионов ТМ.
Подготовлены для количественного химического анализа водные и ацетатно-аммонийные вытяжки железной окалины для определения уровня эмиссии загрязняющих веществ в водную фазу. Водная вытяжка имеет рН близкую к нейтральной среде и минерализация не превышается, то есть по этим показателям отвечает нормативам для питьевых вод.
Показано, что по ряду показателей имеет место превышение нормативов вод различного пользования и сточных вод, прежде всего по нефтепродуктам.
Сделан вывод о том, что замасленная железная окалина представляет опасность для окружающей среды при размещении на свалках и полигонах.
На основании экспериментальных исследований и лабораторных испытаний предложено использовать железную окалину для изготовления растворов и бетонов промышленного назначения с повышенной прочностью относительно бетона без ЗЖО и пониженной эмиссией загрязняющих веществ в сравнении с замасленной ЖО.
Изучение на прочность и плотность образцов бетонных кубов с добавлением замасленной железной окалины показало, что добавление
окалины 12,7% в состав бетона приводит к уплотнению (таб.19) и утяжелению строительных материалов.
Таким образом можно сделать вывод, что замасленную железную окалину можно применять в качестве добавки к строительным материалам.
Подготовлены для количественного химического анализа водные и ацетатно-аммонийные вытяжки железной окалины для определения уровня эмиссии загрязняющих веществ в водную фазу. Водная вытяжка имеет рН близкую к нейтральной среде и минерализация не превышается, то есть по этим показателям отвечает нормативам для питьевых вод.
Показано, что по ряду показателей имеет место превышение нормативов вод различного пользования и сточных вод, прежде всего по нефтепродуктам.
Сделан вывод о том, что замасленная железная окалина представляет опасность для окружающей среды при размещении на свалках и полигонах.
На основании экспериментальных исследований и лабораторных испытаний предложено использовать железную окалину для изготовления растворов и бетонов промышленного назначения с повышенной прочностью относительно бетона без ЗЖО и пониженной эмиссией загрязняющих веществ в сравнении с замасленной ЖО.
Изучение на прочность и плотность образцов бетонных кубов с добавлением замасленной железной окалины показало, что добавление
окалины 12,7% в состав бетона приводит к уплотнению (таб.19) и утяжелению строительных материалов.
Таким образом можно сделать вывод, что замасленную железную окалину можно применять в качестве добавки к строительным материалам.