Отходы фосфорной промышленности

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
	Отходы фосфорной промышленности
1.1	Классификация отходов
1.2	Пути образования промышленных отходов
1.3	Исследования по утилизации фосфогипсовых отходов в технике и строительстве
1.4	Материалы на основе гипсо- и известь содержащих отходов
1.5	Экологическая оценка отходов фосфорной промышленности
	Конструкции земляного полотна и требования к его возведению
2.1	Требования к конструкции земляного полотна
2.2	Требования к вяжущим материалам
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в результате научно-технического прогресса строительная отрасль претерпевает огромные технологические изменения. Сегодня стало возможным использование многих отходов промышленности, на базе которых в настоящее время изготавливают разнообразные строительные материалы.

В настоящее время в Казахстане накоплены миллионы тонн отходов фосфорной промышленности Жамбылского региона, что делает проблему их утилизации актуальной.

Как показывает мировой опыт, дорожное строительство является одним из наиболее материалоёмких производств, требующих расширения ассортимента применяемого сырья и материалов. Расширение сырьевой базы дорожного строительства, насыщение рынка строительными материалами низкой себестоимости можно осуществить путем замены природного сырья отходами фосфорной промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки, вскрышные породы). Утилизация исторических многотоннажных отходов фосфорной промышленности будет способствовать улучшению экологической обстановки и удешевлению дорожного строитльства Жамбылского региона.

Целью данной работы является разработка технологии использования отходов фосфорной промышленности в дорожном строительстве.

Основные задачи:

1) Исследование свойств отходов фосфорной промышленности Жамбылского региона;

2) Изучение оптимального содержания отходов фосфорной промышленности в составе дорожных смесей ( щебеночных, песчано-гравийных, песчанных) и конструкций;

3) Изучение оптимального содержания отходов фосфорной промышленности в слоях дорожных конструкций;

4) Выбор компонентов неорганических вяжущих для устройства земляного полотна и слоёв оснований дорожных одежд;

5) Применение фосфодигидрата сульфата кальция (фосфогипс дигидрат) в качестве компонента минеральных вяжущих для обработки каменных материалов и грунтов конструктивных слоёв дорожной одежды;

6) Применение фосфодигидрата сульфата кальция (фосфогипс дигидрат) как основного материала или гранулометрической добавки при устройстве земляного полотна и слоёв оснований дорожных одежд;

7) Технология строительства конструктивных слоёв дорожных одежд с применением материалов, содержащих в своём составе отходы фосфорной промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки).

Отходы фосфорной промышленности

Классификация отходов

Отходы различаются:

по происхождению:

1. отходы производства (промышленные отходы)

2. отходы потребления (коммунально-бытовые)

по агрегатному состоянию:

1. твёрдые

2. жидкие

3. газообразные

по классу опасности (для человека или для окружающей природной среды)

Классы опасности для окружающей природной среды:

1й — чрезвычайно опасные

2й — высоко опасные

3й — умеренно опасные

4й — малоопасные

5й — практически неопасные

Отходы производства

Промышленные отходы — твёрдые, жидкие и газообразные отходы производства, полученные в результате химических, термических, механических и других преобразований материалов природного и антропогенного происхождения.

Отходы определённой продукции — неупотребимые остатки сырья или возникающие в ходе технологических процессов вещества и энергия, не подвергающиеся утилизации.

Часть отходов, которая может быть использована в том же производстве, называется возвратными отходами. Сюда входят остатки сырья и других видов материальных ресурсов, образовавшиеся в процессе производства товаров (выполнения работ, оказания услуг). Из-за частичной утраты некоторых потребительских свойств возвратные отходы могут использоваться в условиях со сниженными требованиями к продукту, или с повышенным расходом, иногда они не используются по прямому назначению, а лишь в подсобном производстве (например, автомобильные отработанные масла — для смазки неответственных узлов техники). При этом остатки сырья и др. материальных ценностей, которые передаются в другие подразделения в качестве полноценного сырья, в соответствии с технологическим процессом, а также попутная продукция, получаемая в результате осуществления технологического процесса, к возвратным отходам не относятся.

Отходы, которые в рамках данного производства не могут быть использованы, но могут применяться в других производствах, именуются вторичным сырьём.

Отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно. Они образуют безвозвратные потери, их предварительно обезвреживают в случае опасности и захоранивают на спецполигонах.

Одни из самых объёмных промышленных отходов — это отходы углесодержащие. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность, угледобывающая и другие виды промышленности являются источниками опасных углеродсодержащих отходов. Для их обезвреживания используют различные методы и технологии. Современные научные разработки позволяют обезвреживать большую часть промышленных отходов, уменьшать их объем и обеспечить максимальную безопасность. Сегодня обезвреживание опасных отходов можно провести термическими, физико-химическими, химическими и другими способами. Так, например, при помощи методов, окислительно-восстановительных реакций, реакций замещения происходит перевод различных токсичных и опасных соединений в нерастворимую форму.

Использование отходов. В ХХ веке количество отходов производства и потребления росло так быстро, что образование отходов стало важной проблемой больших городов и крупных производств. Наряду с большим количеством отходов стал остро вставать вопрос о нехватке природных ресурсов. Селективный сбор и последующее использование вторичных ресурсов частично помогает снизить нагрузку на окружающую среду и решить вопрос с дополнительным получением сырья.

Опасность отходов

Основная статья: Класс опасности

Опасность отходов определяется их физико-химическими свойствами, а также условиями их хранения или размещения в окружающей среде.

Для отходов необходимо составление паспорта отходов, определение класса опасности и лимитов на размещение отхода в окружающей среде, лимитов на накопление на предприятии и других документов.

Понятие «Опасные отходы» используется в следующих случаях:

отходы содержат вредные вещества, в том числе содержащие возбудителей инфекционных болезней, токсичные, взрывоопасные и пожароопасные, с высокой реакционной способностью, например, вызывающие коррозию, радиоактивные;отходы представляют опасность для здоровья человека или для нормального состояния окружающей природной среды [1].

1.2 Пути образования промышленных отходов

Одним из массовых видов отходов являются отходы химической промышленности, которые относятся к гипсосодержащим отходам - фосфогипс, борогипс, хлорогипс, титаногипс и др. Наибольшее количество сульфата кальция содержится в фосфогипсе, ежегодный прирост объёма которого в странах СНГ составляет около 30 млн. т.

Фосфогипс образуется при получении экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на предприятиях, выпускающих фосфорные удобрения. ЭФК получают путём кислотной переработки апатитовых и фосфоритовых руд. Реакция сернофосфорнокислотного разложения фторапатита в общем случае имеет вид:

Ca₅ (PO₄ )₃ F+5H₂SO₄ +nH₃PO₄ +mH₂O=(n 3)H₃ PO₄+5CaSO₄ mH₂O +HF (1)

В зависимости от температурно-концентрационных условий процесса, качества сырья и образующегося сульфата кальция различают следующие режимы экстракции фосфорной кислоты: одноступенчатые - дигидратный, полугидратный и ангидридный; двухступенчатые - дигидрат-полугидратный и полугидрат дигидратный. В нашей стране нашли применение только дигидратный и полугидратный режимы экстракции фосфорной кислоты.

При дигидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 70-80 °С, при этом образуется водный раствор ортофосфорной кислоты концен-трацией 25-32 % в пересчёте на P₂O₅. При полугидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 95 -100 °С с получением водного раствора орто-фосфорной кислоты концентрацией 35-50 % в пересчёте на P₂O_5.

Следует отметить, что по данным авторов полугидратный процесс имеет ряд существенных преимуществ перед дигидратным:

- за счёт повышения концентрации ортофосфорной кислоты возрастает произ-водительность оборудования в среднем на 35-40 %;

- скорость фильтрации жидкой фазы увеличивается в 1,8-2 раза, что свя-зано с образованием крупных изотермических кристаллов полуводного гипса;

- себестоимость продукции снижается на 10-15 %.

Образующийся при полугидратном процессе попутный продукт состоит в основном из полуводного гипса - фосфополугидрата, который отличается меньшим по сравнению с фосфогипсом-дигидратом содержанием примесей.

В странах СНГ для производства ЭФК используют только Кольский апатитовый концентрат и рядовые Каратауские фосфориты. По данным НИУИФа около 85 % ЭФК из апатитового концентрата производится по дигидратному способу, около 15 % - по полугидратному. Из Каратауских фосфоритов ЭФК производят только дигидратным способом. На I т ЭФК в пересчёте на P₂O₅ образуется в среднем 4,5 т фосфогипса при переработке апатитовых концентратов и 6,3 т фосфогипса при разложении фосфоритов.

Точных данных о величине мировых отвалов фосфогипса и других видов "химического" гипса в литературе нет. В США (г. Майами) состоялся симпозиум по проблемам фосфогипса, на котором было отмечено, что из ежегодно образуемого в мире объёма фосфогипса 58 % складируется в шламонакопителях, 28 % сбрасывается в водоёмы и лишь 14 % утилизируется.

В тоже время потребность в природном гипсе в мире достигла 80-85 млн. т в год, в том числе в странах СНГ - более 14 млн. т, В ближайшем будущем потребность стран СНГ в гипсовом камне достигнет 37 млн. т, а производство гипса в мире составит 125 млн. т в год.

По данным НИУИФа у нас в стране ежегодно образуется более 15 млн.т фосфогипса, в том числе более 3 млн. т фосфополугидрата. География образования этих отходов в России и СНГ довольно широка, что делает ФПГ реальным резервом гипсовых вяжущих в строительном производстве и, кроме того это позволит предупредить дальнейшее загрязнение окружающей среды.

Кроме фосфогипса в относительно небольших количествах в качестве отходов получаются в производствах: плавиковой кислоты из плавикового шпата - фторогипс; борной кислоты - борогипс; лимонной - цитрогипс и других органических пищевых кислот. При технологической обработке целлюлозы получается гидролизный гипс; при обработке известью травильных растворов - феррогипс и в некоторых других производствах. По химическому составу фосфогипсы относительно однородны. Качество фосфогипса, как сырья промышленности строительных материалов (ПСМ), следует оценивать показателем марочности К_м, который является эмпирическим коэффициентом и определяется по формуле:

К_м = [(СаО+SО₃)-∑ оксидов примесей]/ (СаО+SО₃₎ (2)

По данному показателю фосфогипс относят к гипсовому сырью первого-второго сорта (ГОСТ 4013-82).

Вместе с тем, при использовании фосфогипса, как сырья ПСМ следует учитывать наличие в нём примесей: фтористых соединений, остатков фосфорной кислоты и др.

Многотоннажными отходами металлургической промышленности являются различные шлаки, химический состав которых идентичен природному сырью для производства цементов. Их применяют в качестве минеральных добавок в технологии производства цемента на основе природного сырья. По данным ученных на основе шлаков возможно получать вяжущие для производства строительных изделий и выполнения строительных процессов и работ [2].

Требования к конструкции земляного полотна

Земляное полотно является одним из основных элементов автомобильной дороги. Конструкции земляного полотна разрабатывают на основе данных о рельефе местности, почвенно-грунтовых, геологических, гидрологических и климатических условиях, руководствуясь типовыми поперечными профилями, технологическими указаниями и нормами.

Конструкция земляного полотна должна сохранять прочность и устойчивость при многократных проездах транспортных средств, воздействиях атмосферы и других природных явлениях. На протяжении всего срока службы дороги геометрическая форма земляного полотна должна оставаться неизменной. Основными параметрами конструкции земляного полотна являются ширина, высота насыпи или глубина выемки, крутизна откосов, уклоны поверхности (рисунок 2.1, 2.2).

а - высотой до 2 м; б- высотой до 2 м с боковыми резервами; в - высотой от 2 до 6 м; г - высотой от 6 до 12 м.

А - ширина возводимого земляного полотна; В - ширина дорожного полотна; b - ширина проезжей части

Рисунок 2.1. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на участках насыпей

При наличии неблагоприятных условий земляное полотно возводят по индивидуальным проектам. К таким условиям относят: насыпи высотой более 12 м; выемки глубиной более 12 м; наличие слабых грунтов в основании насыпей или болота глубиной более 4 м; расположение дороги на оползневых склонах, при использовании избыточно засоленных грунтов, в случаях если дорога может быть подвержена воздействию селевых потоков, камнепадов, снежных лавин и других явлений.

С целью увеличения устойчивости земляного полотна, сокращения объемов работ и уменьшения занимаемой территории применяют конструкции с армированным земляным полотном. К тому же армирование повышает модуль упругости грунта в 1,5 - 2 раза. Для армирования применяют геосинтетические и металлические сетки и решетки, а также нетканые синтетические материалы.

Для повышения прочности земляного полотна из слабых грунтов применяют различные методы укрепления. Это достигается посредством перемешивания грунта с малоактивными вяжущими материалами (зола, молотый шлак, бокситовый шлам и др.), добавками другого грунта и получения оптимальной смеси по зерновому составу. Возможно укрепление цементом или известью повышающих водостойкость и прочность грунта в несколько раз.

Конструкция земляного полотна подвергается динамическому действию транспортных средств и статическому воздействию расположенных выше масс грунта и дорожной одежды. Кроме нагрузок на грунты воздействуют еще погодно-климатические факторы, которые вызывают процессы попеременного увлажнения-высыхания и замерзания-оттаивания. Во время этих процессов изменяются физико-механические свойства грунтов и, в частности, прочность, модуль упругости, сцепление, сдвигоустойчивость. Особенность конструкций земляного полотна состоит в том, что напряжения в грунтах, возникающие от действия транспортных средств, с глубиной быстро затухают, в то время как от расположенных выше масс грунта возрастают (рис. 2.3). Значительные напряжения от проезжающих автомобилей возникают в верхней части насыпей, в так называемой динамически активной зоне, глубиной 0,6-1,0 м от поверхности покрытия.

а - глубиной до 5 м на снегозаносимых участках; б - глубиной до 12 м с безоткосными полками

Рисунок 2.2. Конструкции земляного полотна в поперечном профиле на участках выемок

Рисунок 2.3. Изменение удельной нагрузки по глубине

На верхнюю часть земляного полотна в большей степени воздействуют погодно-климатические факторы, вызывая существенные изменения свойств грунта. В земляное полотно проникает часть влаги при выпадении атмосферных осадков и стоке поверхностных вод, а также в результате капиллярного поднятия влаги при наличии грунтовых вод. Интенсивность изменения количества влаги в грунте земляного полотна зависит от вида грунта, количества атмосферных осадков, продолжительности увлажнения поверхностными или грунтовыми водами и от температурного режима. При замерзании происходит накопление влаги и увеличение объема грунта (пучинообразование). При оттаивании замерзшего грунта происходит его разуплотнение и большая потеря прочности и сопротивляемости внешним нагрузкам (до 30-60 % при супесчаных и суглинистых грунтах и 70-80 % при пылеватых разновидностях). Снижение прочности и возникающие при оттаивании просадочные деформации зависят от скорости оттаивания. Чем быстрее происходит оттаивание, тем больше падает прочность грунтов.

В результате замерзания и оттаивания грунтов, из-за неравномерного накопления влаги может происходить неравномерное поднятие дорожной одежды. Воздействие природных факторов на земляное полотно в разных климатических районах существенно отличается. В северных районах, где близко к поверхности расположены вечномерзлые грунты и промерзание происходит наиболее быстро (10-16 см/сут), миграция влаги в период замерзания незначительна. Это вызывает небольшое морозное пучение грунта. В южных районах, где грунтовые воды залегают глубоко, увлажнение грунта может происходить главным образом за счет атмосферных осадков или поступления влаги из оросительных систем. Благодаря короткому зимнему периоду и небольшим температурам в этих районах, как правило, не происходит морозное пучение и разуплотнение грунта, не наблюдается переувлажнение и потеря прочности грунтов. Однако в отдельных случаях при неблагоприятном сочетании атмосферных явлений пучение возможно. Наиболее неблагоприятными для земляного полотна являются средние климатические условия, зоны избыточного увлажнения, для которых характерны сравнительно длительные зимние периоды. Осенний дождливый период с последующим медленным промерзанием создает наиболее благоприятные условия для влагонакопления и морозного пучения грунтов.

Прочность и устойчивость земляного полотна достигается ограничениями максимальной крутизны откосов в зависимости от высоты насыпей и глубины выемок, отводом поверхностных вод, необходимым возвышением бровки над уровнем поверхностных и грунтовых вод, посредством послойного уплотнения насыпных грунтов, укреплением откосов насыпей и выемок для предохранения от оползения, размыва и развеивания ветром.

Геометрическая форма и конструкция земляного полотна должны способствовать безопасному движению и смягчать последствия при аварийных съездах автомобилей с дороги. Параметры поперечного профиля должны обеспечивать минимальную заносимость дороги снегом или песком. При выборе конструкций земляного полотна следует стремиться к тому, чтобы занимать по возможности минимальную территорию, не нарушать естественный ландшафт, способствовать визуальной привлекательности и отвечать экологическим требованиям.

Требования к вяжущим материалам

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Анализ накопленных данных научных исследований и практический опыт использования отходов фосфорной промышленности в нашей стране и за рубежом показал технико-экономическую целесообразность более широкого использования отходов в дорожном строительстве Как показывает мировой опыт, дорожное строительство является одним из наиболее материалоёмких производств, требующих расширения ассортимента применяемого сырья и материалов. Расширение сырьевой базы дорожного строительства, насыщение рынка строительными материалами низкой себестоимости можно осуществить путем замены природного сырья отходами фосфорной промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки, вскрышные породы). Утилизация исторических многотоннажных отходов фосфорной промышленности будет способствовать улучшению экологической обстановки и удешевлению дорожного строитльства Жамбылского региона.

Экономические преимущества комплексного использования природного сырья и отходов проявляются в следующем:

- достигается экономия капитальных вложений и снижение издержек в отраслях, производящих строительные материалы;

- использование отходов повышает рентабельность производства;

- переработка отходов позволяет стабилизировать экологическую обстановку в стране;

- комплексное использование природного сырья и отходов приводит к повышению уровня обеспеченности народного хозяйства материалами и изделиями, рациональному размещению производительных сил, уменьшению различных статей затрат и, следовательно, обеспечивает повышение эффективности капитальных вложений в народное хозяйство.

На основании изученных материалов и опыта работы некоторых предприятий можно с уверенностью сказать, что накопленные за многие годы отходы промышленности в Казахстане и других странах СНГ являются ценнейшим материалом для дорожного строительства, а их промышленная утилизация не только способствует улучшению экологической обстановки в стране, но и делает строительство дорог более рентабельным, а значит, способствует стабилизации общей экономической обстановки в стране.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Мирсаев, Р.Н. Фосфогипсовые отходы химической промышленности в производстве строительных изделий/ Р.Н. Мирсаев. – М.: Химия, 2004.

[2] Эвенчик, С.Д. Фосфогипс и его использование/ С.Д. Эвенчик, А.А. Новиков. - М.: Химия, 1990.

[3] Twirpx.com Учебно-методическая и профессиональная литература для студентов и преподавателей

[4]Совершенствование теоретических основ укрепления грунтов комплексными вяжущими с целью получения высокопрочных дорожных конструкций / Росдорнии, Союздорнии. - М., 2002.

[5]Фурсов С.Г. Уплотнение грунтов, укрепленных неорганическими вяжущими // Наука и техника в дор. отрасли. - 2006. - № 4.

[6] ГОСТ 310.2-76 Методы определения тонкости помола.

[7] ГОСТ 310.6-85 Методы определения водоотделения.

[8] ГОСТ 310.3-76 Методы определения нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объема.

СОДЕРЖАНИЕ

	ВВЕДЕНИЕ
	Отходы фосфорной промышленности
1.1	Классификация отходов
1.2	Пути образования промышленных отходов
1.3	Исследования по утилизации фосфогипсовых отходов в технике и строительстве
1.4	Материалы на основе гипсо- и известь содержащих отходов
1.5	Экологическая оценка отходов фосфорной промышленности
	Конструкции земляного полотна и требования к его возведению
2.1	Требования к конструкции земляного полотна
2.2	Требования к вяжущим материалам
	ЗАКЛЮЧЕНИЕ
	СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время в результате научно-технического прогресса строительная отрасль претерпевает огромные технологические изменения. Сегодня стало возможным использование многих отходов промышленности, на базе которых в настоящее время изготавливают разнообразные строительные материалы.

В настоящее время в Казахстане накоплены миллионы тонн отходов фосфорной промышленности Жамбылского региона, что делает проблему их утилизации актуальной.

Как показывает мировой опыт, дорожное строительство является одним из наиболее материалоёмких производств, требующих расширения ассортимента применяемого сырья и материалов. Расширение сырьевой базы дорожного строительства, насыщение рынка строительными материалами низкой себестоимости можно осуществить путем замены природного сырья отходами фосфорной промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки, вскрышные породы). Утилизация исторических многотоннажных отходов фосфорной промышленности будет способствовать улучшению экологической обстановки и удешевлению дорожного строитльства Жамбылского региона.

Целью данной работы является разработка технологии использования отходов фосфорной промышленности в дорожном строительстве.

Основные задачи:

1) Исследование свойств отходов фосфорной промышленности Жамбылского региона;

2) Изучение оптимального содержания отходов фосфорной промышленности в составе дорожных смесей ( щебеночных, песчано-гравийных, песчанных) и конструкций;

3) Изучение оптимального содержания отходов фосфорной промышленности в слоях дорожных конструкций;

4) Выбор компонентов неорганических вяжущих для устройства земляного полотна и слоёв оснований дорожных одежд;

5) Применение фосфодигидрата сульфата кальция (фосфогипс дигидрат) в качестве компонента минеральных вяжущих для обработки каменных материалов и грунтов конструктивных слоёв дорожной одежды;

6) Применение фосфодигидрата сульфата кальция (фосфогипс дигидрат) как основного материала или гранулометрической добавки при устройстве земляного полотна и слоёв оснований дорожных одежд;

7) Технология строительства конструктивных слоёв дорожных одежд с применением материалов, содержащих в своём составе отходы фосфорной промышленности (фосфогипс, фосфорные шлаки).

Отходы фосфорной промышленности

Классификация отходов

Отходы различаются:

по происхождению:

1. отходы производства (промышленные отходы)

2. отходы потребления (коммунально-бытовые)

по агрегатному состоянию:

1. твёрдые

2. жидкие

3. газообразные

по классу опасности (для человека или для окружающей природной среды)

Классы опасности для окружающей природной среды:

1й — чрезвычайно опасные

2й — высоко опасные

3й — умеренно опасные

4й — малоопасные

5й — практически неопасные

Отходы производства

Промышленные отходы — твёрдые, жидкие и газообразные отходы производства, полученные в результате химических, термических, механических и других преобразований материалов природного и антропогенного происхождения.

Отходы определённой продукции — неупотребимые остатки сырья или возникающие в ходе технологических процессов вещества и энергия, не подвергающиеся утилизации.

Часть отходов, которая может быть использована в том же производстве, называется возвратными отходами. Сюда входят остатки сырья и других видов материальных ресурсов, образовавшиеся в процессе производства товаров (выполнения работ, оказания услуг). Из-за частичной утраты некоторых потребительских свойств возвратные отходы могут использоваться в условиях со сниженными требованиями к продукту, или с повышенным расходом, иногда они не используются по прямому назначению, а лишь в подсобном производстве (например, автомобильные отработанные масла — для смазки неответственных узлов техники). При этом остатки сырья и др. материальных ценностей, которые передаются в другие подразделения в качестве полноценного сырья, в соответствии с технологическим процессом, а также попутная продукция, получаемая в результате осуществления технологического процесса, к возвратным отходам не относятся.

Отходы, которые в рамках данного производства не могут быть использованы, но могут применяться в других производствах, именуются вторичным сырьём.

Отходы, которые на данном этапе экономического развития перерабатывать нецелесообразно. Они образуют безвозвратные потери, их предварительно обезвреживают в случае опасности и захоранивают на спецполигонах.

Одни из самых объёмных промышленных отходов — это отходы углесодержащие. Нефтедобывающая и нефтеперерабатывающая промышленность, угледобывающая и другие виды промышленности являются источниками опасных углеродсодержащих отходов. Для их обезвреживания используют различные методы и технологии. Современные научные разработки позволяют обезвреживать большую часть промышленных отходов, уменьшать их объем и обеспечить максимальную безопасность. Сегодня обезвреживание опасных отходов можно провести термическими, физико-химическими, химическими и другими способами. Так, например, при помощи методов, окислительно-восстановительных реакций, реакций замещения происходит перевод различных токсичных и опасных соединений в нерастворимую форму.

Использование отходов. В ХХ веке количество отходов производства и потребления росло так быстро, что образование отходов стало важной проблемой больших городов и крупных производств. Наряду с большим количеством отходов стал остро вставать вопрос о нехватке природных ресурсов. Селективный сбор и последующее использование вторичных ресурсов частично помогает снизить нагрузку на окружающую среду и решить вопрос с дополнительным получением сырья.

Опасность отходов

Основная статья: Класс опасности

Опасность отходов определяется их физико-химическими свойствами, а также условиями их хранения или размещения в окружающей среде.

Для отходов необходимо составление паспорта отходов, определение класса опасности и лимитов на размещение отхода в окружающей среде, лимитов на накопление на предприятии и других документов.

Понятие «Опасные отходы» используется в следующих случаях:

отходы содержат вредные вещества, в том числе содержащие возбудителей инфекционных болезней, токсичные, взрывоопасные и пожароопасные, с высокой реакционной способностью, например, вызывающие коррозию, радиоактивные;отходы представляют опасность для здоровья человека или для нормального состояния окружающей природной среды [1].

1.2 Пути образования промышленных отходов

Одним из массовых видов отходов являются отходы химической промышленности, которые относятся к гипсосодержащим отходам - фосфогипс, борогипс, хлорогипс, титаногипс и др. Наибольшее количество сульфата кальция содержится в фосфогипсе, ежегодный прирост объёма которого в странах СНГ составляет около 30 млн. т.

Фосфогипс образуется при получении экстракционной фосфорной кислоты (ЭФК) на предприятиях, выпускающих фосфорные удобрения. ЭФК получают путём кислотной переработки апатитовых и фосфоритовых руд. Реакция сернофосфорнокислотного разложения фторапатита в общем случае имеет вид:

Ca₅ (PO₄ )₃ F+5H₂SO₄ +nH₃PO₄ +mH₂O=(n 3)H₃ PO₄+5CaSO₄ mH₂O +HF (1)

В зависимости от температурно-концентрационных условий процесса, качества сырья и образующегося сульфата кальция различают следующие режимы экстракции фосфорной кислоты: одноступенчатые - дигидратный, полугидратный и ангидридный; двухступенчатые - дигидрат-полугидратный и полугидрат дигидратный. В нашей стране нашли применение только дигидратный и полугидратный режимы экстракции фосфорной кислоты.

При дигидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 70-80 °С, при этом образуется водный раствор ортофосфорной кислоты концен-трацией 25-32 % в пересчёте на P₂O₅. При полугидратном процессе разложение сырья ведут при температуре 95 -100 °С с получением водного раствора орто-фосфорной кислоты концентрацией 35-50 % в пересчёте на P₂O_5.

Следует отметить, что по данным авторов полугидратный процесс имеет ряд существенных преимуществ перед дигидратным:

- за счёт повышения концентрации ортофосфорной кислоты возрастает произ-водительность оборудования в среднем на 35-40 %;

- скорость фильтрации жидкой фазы увеличивается в 1,8-2 раза, что свя-зано с образованием крупных изотермических кристаллов полуводного гипса;

- себестоимость продукции снижается на 10-15 %.

Образующийся при полугидратном процессе попутный продукт состоит в основном из полуводного гипса - фосфополугидрата, который отличается меньшим по сравнению с фосфогипсом-дигидратом содержанием примесей.

В странах СНГ для производства ЭФК используют только Кольский апатитовый концентрат и рядовые Каратауские фосфориты. По данным НИУИФа около 85 % ЭФК из апатитового концентрата производится по дигидратному способу, около 15 % - по полугидратному. Из Каратауских фосфоритов ЭФК производят только дигидратным способом. На I т ЭФК в пересчёте на P₂O₅ образуется в среднем 4,5 т фосфогипса при переработке апатитовых концентратов и 6,3 т фосфогипса при разложении фосфоритов.

Точных данных о величине мировых отвалов фосфогипса и других видов "химического" гипса в литературе нет. В США (г. Майами) состоялся симпозиум по проблемам фосфогипса, на котором было отмечено, что из ежегодно образуемого в мире объёма фосфогипса 58 % складируется в шламонакопителях, 28 % сбрасывается в водоёмы и лишь 14 % утилизируется.

В тоже время потребность в природном гипсе в мире достигла 80-85 млн. т в год, в том числе в странах СНГ - более 14 млн. т, В ближайшем будущем потребность стран СНГ в гипсовом камне достигнет 37 млн. т, а производство гипса в мире составит 125 млн. т в год.

По данным НИУИФа у нас в стране ежегодно образуется более 15 млн.т фосфогипса, в том числе более 3 млн. т фосфополугидрата. География образования этих отходов в России и СНГ довольно широка, что делает ФПГ реальным резервом гипсовых вяжущих в строительном производстве и, кроме того это позволит предупредить дальнейшее загрязнение окружающей среды.

Кроме фосфогипса в относительно небольших количествах в качестве отходов получаются в производствах: плавиковой кислоты из плавикового шпата - фторогипс; борной кислоты - борогипс; лимонной - цитрогипс и других органических пищевых кислот. При технологической обработке целлюлозы получается гидролизный гипс; при обработке известью травильных растворов - феррогипс и в некоторых других производствах. По химическому составу фосфогипсы относительно однородны. Качество фосфогипса, как сырья промышленности строительных материалов (ПСМ), следует оценивать показателем марочности К_м, который является эмпирическим коэффициентом и определяется по формуле:

К_м = [(СаО+SО₃)-∑ оксидов примесей]/ (СаО+SО₃₎ (2)

По данному показателю фосфогипс относят к гипсовому сырью первого-второго сорта (ГОСТ 4013-82).

Вместе с тем, при использовании фосфогипса, как сырья ПСМ следует учитывать наличие в нём примесей: фтористых соединений, остатков фосфорной кислоты и др.

Многотоннажными отходами металлургической промышленности являются различные шлаки, химический состав которых идентичен природному сырью для производства цементов. Их применяют в качестве минеральных добавок в технологии производства цемента на основе природного сырья. По данным ученных на основе шлаков возможно получать вяжущие для производства строительных изделий и выполнения строительных процессов и работ [2].