Производство удобрений и кислот из отходов металлургии
Обновлено: 19.09.2024
МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ / ПРОМЫШЛЕННЫЕ ОТХОДЫ / УТИЛИЗАЦИЯ / КАРБОНАТ КАЛЬЦИЯ / ПЛАВ-СУШКА / МОДЕЛИРОВАНИЕ / MINERAL FERTILIZERS / INDUSTRIAL WASTE / RECYCLING / CALCIUM CARBONATE / MELTING DRYING / MODELING
Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Харичев О.Е., Тарчигина Н.Ф.
Развитие производства минеральных удобрений неизбежно сопровождается накоплением промышленных отходов , что приводит к загрязнению окружающей среды. Утилизация и, как следствие, уменьшение экологического воздействия на окружающую среду важнейшая задача современности. Эффективным направлением решения данной проблемы является непосредственное применение этих отходов в производстве минеральных удобрений . Представляемая работа посвящена изучению использования отхода производства нитроаммофоски карбоната кальция .
Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Харичев О.Е., Тарчигина Н.Ф.
Некоторые аспекты технологических решений производства нитроаммофоски и повышения эффективности использования вторичных ресурсов посредством введения карбоната кальция в плав
Универсальная технология получения бесхлорных водорастворимых комплексных удобрений на основе технических продуктов
EFFICIENCY OF SECONDARY RESOURCES IN THE PRODUCTION OF MINERAL FERTILIZERS
The development of fertilizer production is inevitably accompanied by the accumulation of industrial waste , which leads to environmental pollution. Recycling and as a consequence reducing of the environmental impact on the environment the most important task of our time. An effective direction of solving this problem is an immediate application of the waste in the production of mineral fertilizers . The presented work is devoted to the study of the use of production of NPK waste calcium carbonate .
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВТОРИЧНЫХ РЕСУРСОВ В ПРОИЗВОДСТВЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
Аннотация. Развитие производства минеральных удобрений неизбежно сопровождается накоплением промышленных отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды. Утилизация и, как следствие, уменьшение экологического воздействия на окружающую среду - важнейшая задача современности. Эффективным направлением решения данной проблемы является непосредственное применение этих отходов в производстве минеральных удобрений. Представляемая работа посвящена изучению использования отхода производства нитроаммофоски - карбоната кальция.
Ключевые слова: минеральные удобрения, промышленные отходы, утилизация, карбонат кальция, плав-сушка, моделирование.
O.E. Kharichev, JSC Avangard
N.F. Tarchigina, Moscow polytechnic university
EFFICIENCY OF SECONDARY RESOURCES IN THE PRODUCTION OF MINERAL FERTILIZERS
Abstract. The development of fertilizer production is inevitably accompanied by the accumulation of industrial waste, which leads to environmental pollution. Recycling and as a consequence reducing of the environmental impact on the environment - the most important task of our time. An effective direction of solving this problem is an immediate application of the waste in the production of mineral fertilizers. The presented work is devoted to the study of the use of production of NPK waste - calcium carbonate.
Keywords: mineral fertilizers, industrial waste, recycling, calcium carbonate, melting drying, modeling.
В связи с ростом объемов производства минеральных удобрений становится весьма актуальной проблема утилизации промышленных отходов, которые при определенных условиях могут найти свое применение. Рост производства минеральных удобрений должен сопровождаться радикальными техническими усовершенствованиями, заменой на новые методы их получения, укрупнением промышленных агрегатов, повышением качества продукции и снижением её стоимости.
В производстве нитроаммофоски одним из побочных продуктов является конверсионный карбонат кальция (КК), значительная часть которого не находит применения и направляется в отвалы. Таким образом, в существующем технологическом процессе не решается важная задача комплексной безотходной переработки ценного фосфорсодержащего сырья и снижения себестоимости получения нитроаммофоски. Именно для решения этих задач были проведены исследования по установлению физико-химических характеристик КК конверсионного, нитроаммофоски марки NPK 16:16:16; получению методом смешения их - опытных образцов новых видов удобрений, варьируя при этом способ введения КК в плав нитроаммофоски, а также влажность вводимого компонента [2].
Разложение апатитового концентрата азотной кислотой является сложным процессом, в результате которого образуется раствор - азотнокислотная вытяжка, содержащая нитрат кальция, свободную фосфорную и избыточную азотную кислоту.
Имеющиеся карбонаты кальция и магния разлагаются с образованием нитратов и выделением CO2.
CaCO3+2HNO3=Ca(NO3)2+ CO2+H2O Mg CO3+2HNO3= Mg(NO3)2+ CO2+H2O
Конверсионный карбонат кальция получают осаждением кальция из водных растворов нитрата кальция карбонатом аммония:
(NH4)2CO3+ Ca(NO3)2= CaCO3+2NH4NO3
Ориентировочный состав нитроаммофоски (NPK),%: моно- и диаммонийфосфаты NH4H2PO4, (NH4)2HPO4 - 23,2%, дикальцийфосфат CaHPO4 - 4,5%, нитрат аммония NH4NO3 -39,0%, хлорид калия KCl - 27,5%, фторид кальция CaF2 - 5,3%, вода H2O - 0,5%.
Азотно-кислотный метод разложения фосфатов позволяет, наряду с получением NPK-удобрений, попутно выделить из сырья ценные вещества: стронций, редкоземельные элементы, находящие применение в различных отраслях народного хозяйства. Основными стадиями процесса производства нитроаммофоски являются: разложение апатитового концентрата азотной кислотой, кристаллизация нитрата кальция, аммонизация азотно-фосфорнокислых растворов, выпаривание аммонизированной пульпы, смешение с хлористым калием, гранулирование нитроаммофоски, сушка, классификация высушенного продукта, охлаждение (кондиционирование), готовый продукт.
Гранулометрический состав КК и NPK (определялся ситовым анализом) представлен основной фракцией с размерами частиц продукта от 0,16 мм и менее 0,056 мм (около 90 %), а состав нитроаммофоски - от 1.0 до 4.0 мм (не менее 99.8%). Элементный и фазовый состав нитроаммофоски 16:16:16 определяли рентгено-флуоресцентным методом 3.
Тестирование карбоната кальция и нитроаммофоски марок NPK 16:16:16 показало, что качество исходного сырья соответствует установленным требованиям по техническим условиям. Присутствие незначительного количества примесных соединений стронция, железа, фтора является следствием недостаточной чистоты подаваемого на конверсию исходного раствора
нитрата кальция, а глубокая его очистка от примесных ионов достаточно сложная задача, связанная с усложнением технологического процесса.
Опытные образцы новых видов удобрений с карбонатом кальция получали путем введения его в плав нитроаммофоски при определенных условиях: температура плава нитроаммофоски 140 ±5°С, механическое перемешивание с частотой вращения 200 об/мин, время смешения 30 секунд, расходные нормы карбоната кальция 5, 10, 15, 20 и 25% от массы плава нитроаммофоски.
Введение в плав нитроаммофоски марки ЫРК 16-16-16 карбоната кальция (СаС03) с влажностью 10%. Процесс смешения увлажненного КК с нагретым плавом нитроаммофоски сопровождался вспениванием последнего, степень которого возрастала с увеличением расходов СаС03. Это, возможно, было связано с испарением влаги при соприкосновении с его горячей поверхностью, а также частичным разложением карбоната кальция и выделением газообразного СО2. Для предотвращения данного явления дозировку КК осуществляли порциями, хорошо смешивая с плавом ЫРК. В тоже время наблюдали его загустение, особенно быстрое при высоких дозировках КК - свыше 15%. Застывшие капли опытных образцов удобрений имели хороший внешний вид, но произошло изменение их окраски с розового цвета до серого. Следует отметить, что введение КК в плав ЫРК приводило к снижению в опытных образцах готового продукта суммы основных питательных веществ (азота, фосфора, калия) с 47% до 38,4% (для расходной нормы карбоната кальция 5%), а также к увеличению в них массовой доли влаги почти в 2 раза. Величина водородного показателя (рН) полученных удобрений по сравнению с исходной нитроаммофоской марки 16:16:16 возросла незначительно - с 4,7 до 5,1, в зависимости от количества вводимого КК, поэтому данное удобрение вряд ли можно отнести к мелиорантам кислых почв (рис. 2).
Задания Д3 № 2917
Что из перечисленного ниже является примером нерационального природопользования в металлургической промышленности?
1) использование вторичного сырья
2) производство удобрений и кислот из отходов металлургии
3) использование систем оборотного водоснабжения
4) неполное извлечение металла из руды
Неполное извлечение металла из руды является примером нерационального природопользования.
Перспективные удобрения из металлургических отходов
Автор: Солодуша Петр Юрьевич,
9 класс, МБОУ г. Иркутска Лицей №1.
Научные руководители:
Минчева Елена Вячеславовна к.б.н., н.с., ЛИН СО РАН;
Нефедьева Марина Анатольевна, учитель информатики, МБОУ г. Иркутска Лицей №1.
Введение 3
Раздел 1. Важность макро- и микроэлементов для растений 4
Раздел 2. Экспериментальная часть 8
2.1. Описание объекта исследования 8
2.2. Биолого-хозяйственная характеристика опытных культур 9
2.3. Условия эксперимента 10
Раздел 3. Статистический анализ данных 10
Список литературы 13
ПриложениЕ 14
Важность сельскохозяйственных растений в жизни человека очевидна. Растения дают пищу людям, служат кормом для сельскохозяйственных животных, применяются в качестве сырья в промышленном производстве.
Для роста растениям необходим солнечный свет, вода и питательные вещества (действующие вещества). Действующие вещества поступают из воздуха или из почвы. Если в почве содержится достаточное их количество, растения с большой вероятностью будут хорошо развиваться и дадут богатый урожай. При недостатке хотя бы одного действующего вещества развитие растения замедляется, а урожайность снижается. Удобрения необходимы для получения высоких урожаев, так как они снабжают растения питательными веществами, содержание которых в почве может быть недостаточным. Внесение удобрений во многих случаях позволяет удвоить и даже утроить урожай. Стоимость жидких минеральных микроудобрений на сегодняшний день варьируется от 2 до 157 рублей за 1 литр [1].
В то же время при металлургическом производстве остается большое количество отходов – пыли, шламы, шлаки и т.д. В настоящее время разработаны различные технологии комплексной переработки шламов (пылей); часть из них реализована в промышленном масштабе за рубежом. У нас такие технологии разрабатываются на уровне исследовательских работ и полупромышленных испытаний. В основном шламы накапливаются в специальных приемниках – шламонакопителях. В составе сталеплавильных шламов содержатся оксиды железа, кремния, марганца, кальция, алюминия, фосфора, магния, а также хрома, ванадия, титана, вольфрама. Согласно [2], некоторые из этих элементов в микро количествах могут быть полезны для растений. Кроме того, по оценке [2], использование шламов в качестве микроудобрения может составить существенный экономический эффект.
Перспектива использования шламов в качестве минеральных веществ позволила бы снизить экономические затраты на производство минеральных удобрений и отчасти решить проблему утилизации шлама.
Актуальность работы связана, во-первых, с необходимостью поиска ресурсосберегающих способов утилизации запасов высокодисперсных отходов металлургической промышленности России, во-вторых, с созданием дешёвых эффективных и экологически безопасных минеральных удобрений. Большинство описанных в литературе исследований по данной тематике концентрируются лишь на одной из проблем. Новизна данного исследования заключается в попытке найти решение обеих задач одновременно.
Целью данной работы стало исследование влияния различных концентраций сталеплавильных шламов на всхожесть семян и морфофизиологические показатели сельскохозяйственно-важных растений.
Для реализации данной цели были сформулированы и выполнены следующие задачи:
1. Анализ литературы по теме исследования.
2. Проведение лабораторных экспериментов для подбора концентрации шлама, оказывающей благотворное влияние на прорастание семян и рост корней у опытных растений.
3. Статистический анализ полученных результатов.
Краткие сведения, полученные из литературных источников, включены в разделы 1 и 2. Описание условий лабораторных экспериментов содержится в разделе 2. Результаты, полученные при решении задач № 2 и 3, изложены в третьем разделе данной работы.
Работа выполнялась в 2015-2016 учебном году на базе Лимнологического института Сибирского отделения Российской академии наук.
Важность макро- и микроэлементов для растений
Все элементы в зависимости от их количественного содержания в растении принято делить на макроэлементы (содержание более 0,01 %) и микроэлементы (содержание менее 0,01 %). К макроэлементам относятся: фосфор, сера, калий, кальций, магний, они необходимы растению в больших количествах. К микроэлементам (содержание менее 0,01 %) относятся: железо, марганец, медь, цинк, бор, молибден, кобальт, хлор.
Рассмотрим два макроэлемента, которые поглощаются растением из почвенных растворов: кальций и магний.
Кальций. Общее содержание кальция у разных видов растений составляет 5–30 мг на 1 г сухой массы. Много кальция содержат бобовые, гречиха, подсолнечник, картофель, капуста, гораздо меньше – зерновые, лен, сахарная свекла. В тканях двудольных растений кальция больше, чем у однодольных. Роль кальция разнообразна. Соединяясь с пектиновыми веществами, он дает пектаты кальция – очень важную составляющую клеточных оболочек растений. Кальций также необходим для нормального функционирования мембран. Его недостаток приводит к увеличению проницаемости мембран, нарушению их целостности и процессов мембранного транспорта. Кроме того, кальций принимает участие в поддержании структуры митохондрий, рибосом и хромосом, являясь связующим звеном между ДНК и белком. При недостатке кальция наблюдается повреждение хромосом и нарушение митотического цикла. Кальций является активатором ряда ферментов в растении (фосфорилазы, аденозинтрифосфатазы, дегидрогеназы, амилазы и др.). Ионы кальция служат посредниками для реакций растения на внешние и гормональные сигналы, входя в состав сигнальных систем.
Магний. Существование растения невозможно без магния, так как он является для растений гарантом фотосинтеза. Магний входит в состав фотосинтетического пигмента хлорофилла, участвует в аккумуляции солнечной энергии в процессе фотосинтеза, в передвижении фосфора и в углеводном обмене, влияет на активность окислительно–восстановительных процессов. В хлорофилле сосредоточено около 10 % всего магния, усвояемого растениями. Наибольшее количество магния содержится в семенах и в молодых частях растений. В зерне магний локализуется в основном в зародыше. В бобовых культурах, корне- и клубнеплодах магния больше всего в листьях.
Хорошее обеспечение растений магнием способствует усилению в них восстановительных процессов и приводит к накоплению органических соединений — эфирных масел, жиров и др. Этот элемент активизирует многие ферментативные процессы, особенно фосфорилирование и регулирование коллоидно-химического состояния протоплазмы клеток.
Недостаток магния тормозит синтез азотсодержащих соединений, особенно хлорофилла. Внешне недостаток магния проявляется в виде хлороза листьев. У хлебных злаков недостаток магния вызывает мраморность и полосчатость листьев, у двудольных растений желтеют участки листа между жилками. Постепенно пожелтевшая часть листьев буреет и отмирает. Признаки магниевого голодания проявляются в первую очередь на старых листьях растений.
Микроэлементы требуются растению в небольших количествах, но без них оно не способно завершить свой жизненных цикл. В основном микроэлементы поглощаются из почвы растением в ионном виде: Fe в виде Fe 2+ /Fe 3+ , Cu в виде Cu 2+ /Cu + , Mn в виде Mn 2+ , Zn в виде Zn 2+ , Ni в виде Ni 2+ , Mo в виде MoO4 – , B в виде BO3 3– , Cl в виде Cl – ) [3]. Также хоть и незначительные количества растению требуются кобальт (в виде Со 2+ ), ванадий (VO4 3– ), стронций (Sr 2+ ) и йод (I – ). Среди указанных элементов Fe, Mn, Cu, Zn и Mo функционируют в клетке главным образом как существенная составная часть ферментов. Многие важные ферменты представляют собой специфические белки, к которым присоединены особые группы, называемые простетическими группами, или коферментами, которые могут полностью или частично состоять из этих металлов. Рассмотрим физиологическую роль некоторых микроэлементов.
Кремний. Большая часть кремния сосредоточена в клеточных стенках растения. Поэтому чем больше кремния, тем более прочные стебли имеют растения, что повышает устойчивость растений против полегания. При недостатке кремния у растений задерживается рост, уменьшается количество семян во время репродуктивной стадии, уменьшается число зрелых семян и нарушается ультраструктура клеточных органелл.
Железо. Среднее содержание железа в растениях составляет 20–80 мг на 1 кг сухой массы. Железо входит в состав многих важных ферментов, в том числе цитохромов – переносчиков электронов, участвующих в процессе дыхания, а также окислительных ферментов пероксидазы и каталазы. Железо имеет существенное значение и для ферментов, участвующих в синтезе хлорофилла. Недостаток железа вызывает глубоких хлороз в развивающихся листьях, которые могут стать совершенно белыми.
Марганец. Марганец в клетки поступает в форме ионов Mn 2+ . Среднее его содержание составляет 1 мг на 1 кг сухой массы. Он накапливается в листьях и необходим для фотолиза воды с выделением кислорода и восстановления углекислого газа при фотосинтезе, а также способствует увеличению содержания сахаров и их оттоку из листьев. При недостатке марганца у растений виден точечный хлороз листьев (между жилками появляются желтые пятна, а затем клетки в этих участках отмирают).
Молибден. Молибден поступает в растения в форме аниона МоО 2– 4, концентрируется в молодых, растущих органах. Его больше в листьях, чем в корнях и стеблях, а в листе сосредоточен, в основном, в хлоропластах. Наибольшее содержание молибдена характерно для бобовых (0,5–20 мг на 1 кг сухой массы), злаки содержат от 0,2 до 2 мг на кг сухой массы. При недостатке молибдена в тканях накапливается большое количество нитратов, не развиваются клубеньки на корнях бобовых, тормозится рост растений, наблюдаются деформации листовых пластинок. При высоких дозах молибден токсичен.
Кобальт. Среднее содержание кобальта в растениях 0,02 мг на 1 кг сухой массы. Кобальт необходим бобовым растениям для обеспечения размножения клубеньковых бактерий. В растениях кобальт встречается в ионной форме и в витамине В12. Растения не вырабатывают этот витамин. Он синтезируется бактероидами клубеньков бобовых растений. Внешние признаки недостатка кобальта сходны с признаками азотного (молибденового) голодания.
Медь. Среднее содержание меди в растениях 0,2 мг на 1 кг сухой массы. Основная часть всей меди, находящейся в листьях, сосредоточено в хлоропластах. Медь повышает устойчивость растений к полеганию, повышает засухо–, морозо– и жароустойчивость. Недостаток меди вызывает задержку роста и цветения, хлороз, завядание растений.
Цинк. Содержание цинка в надземных частях бобовых и злаковых растений составляет 15–60 мг на 1 кг сухой массы. Повышенная концентрация отмечается в листьях, репродуктивных органах и конусах нарастания, наибольшая – в семенах. Цинк помогает использованию углекислого газа в процессе фотосинтеза. При отсутствии цинка формируются чахлые растения.
Бор. Среднее содержание бора составляет 0,1 мг на 1 кг сухой массы растения. В клетках большая часть бора сосредоточена в клеточных стенках. Бор является активатором роста пыльцевых трубок, прорастание пыльцы, увеличивает количество цветков и плодов. Без него нарушается созревание семян. Бор снижает активность некоторых дыхательных ферментов, оказывает влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмен.
Алюминий. В больших концентрациях алюминий содержится в папоротнике и чае. При недостатке алюминия наблюдается хлороз листьев, а при его избытке развивается токсический эффект – алюминий способен связывать фосфор, вызывая фосфорное голодание у растений.
Никель. Роль никеля для высших растений как микроэлемента была доказана недавно. До этого считали никель необходимым микроэлементом многих бактерий. У высших растений никель входит в состав фермента уреазы, который осуществляет реакцию разложения мочевины.
Таким образом, в физиологических концентрациях многие металлы представляют собой важнейшие микроэлементы, жизненно необходимые для нормального функционирования биосистем. Недостаточное содержание микроэлементов в почве часто приводит к развитию фитопатологии и снижению продуктивности растений. Установлено, что все перечисленные элементы равнозначны и полное исключение любого из них приводит растение к глубокому страданию и гибели, ни один из перечисленных элементов не может быть заменен другим, даже близким по химическим свойствам [4].
Экспериментальная часть
2.1. Описание объекта исследования
Объект исследования – высокодисперсные шламы. Шлам (от нем. грязь) – это отходы металлургического производства в виде осадка, образующегося при промывке какого-либо материала.
В соответствии с целями и задачами проекта был осуществлен выбор ряда культур. Отбор проводился по следующим критериям:
1) Распространённость культуры в России, особенно в её средней полосе, поскольку результаты проекта будут востребованы в первую очередь, именно здесь.
2) Принадлежность культуры преимущественно к категории технических культур или растений–сидератов, т.к. использование данных категорий растений предполагает наименьшую потенциальную опасность поступления токсичных компонентов отходов непосредственно в пищу человека.
3) Быстрый вегетационный цикл, в связи в тем, что ограниченный срок выполнения проекта не позволяет использовать растения с длительной вегетацией, двулетние и многолетние культуры.
2.2. Биолого-хозяйственная характеристика опытных культур
Рожь посевная (Secale cereale) – однолетнее или двулетнее травянистое растение, важнейшая продовольственная и кормовая культура. Возделывают её в Германии, Польше, Скандинавии, России, Китае, Белоруссии, Канаде и США. На территории России она выращивается в основном в пределах лесной зоны. Рожь имеет мочковатую корневую систему, поэтому она хорошо переносит лёгкие песчаные почвы, а благодаря высокой физиологической активности быстро усваивает из почвы полезные вещества из труднорастворимых соединений. Существуют озимая и яровая форма ржи.
Овес посевной (Avéna satíva) – однолетнее травяное растение. Широко используется в сельском хозяйстве. Семена прорастают при +2°С, всходы переносят небольшие заморозки. Овес успешно выращивается в северных областях России. Корневая система мочковатая, может проникать в почву на глубину до 2 м, но основная часть корней (80 – 90 %) сосредоточена в пахотном слое.
Горох посевной (Písum sativum) – однолетнее травянистое растение семейства бобовых. Важнейшая зернобобовая культура. В использовании гороха как сельскохозяйственной культуры различают продовольственное, зернофуражное и укосное направления. Широкое распространение обусловлено высоким содержанием белка в зерне. Выращивается в регионах с умеренным климатом. Корень стержневой, проникает в почву до 1,5 м. Боковые корни расположены в пахотном слое почвы. Существуют озимая и яровая форма.
Чечевица культурная (Lens culinaris) – однолетнее травянистое растение. Основная зернобобовая культура. Наибольшие площади возделывания чечевицы находятся в Индии, Канаде, Турции, Непале, Иране; в Центральной Европе её разводят мало. Чечевицу выращивают для продовольственных целей. Растение теплолюбиво, страдает от заморозков. Корневая система чечевицы со стержневым корнем, проникающим на глубину до 1м. с большим количеством боковых корней, расположенных в пахотном слое почвы. На главном и боковых корнях образуются клубеньки.
2.3. Условия эксперимента
Исследования проводились в лабораторных условиях (температура окружающего воздуха в лаборатории от + 18°С до + 25°С, относительная влажность воздуха 80±5%, атмосферное давление 84-106 кПа (630-800 мм рт.ст.), освещение помещения естественное или искусственное, не ограничивается особыми требованиями). Культивирование семян растений осуществлялось в чашках Петри (100 семян в каждой чашке) на культивационных средах, содержащих различные концентрации шлама металлургического производства (от 0,001% до 1%) в дистиллированной воде. Контролем служила дистиллированная вода. Полив осуществлялся с помощью пипетки одинаковым количеством жидкости. Энергия прорастания и всхожесть определялись соответственно: на первые, вторые и третьи сутки эксперимента, измерение длины ростков и корней семян выполнялось с помощью миллиметровой линейки на третьи сутки эксперимента.
Раздел 3. Статистический анализ данных
Важнейшим свидетельством благополучия растений является группа показателей, которые обычно относятся к группе вегетативных показателей роста и развития. Сюда, в частности, входит масса надземных и подземных частей проростков, а также их длина. Учет перечисленных данных может лечь в основу объективного заключения о степени благополучия испытуемых растений.
Для оценки влияния компонентов металлургических шламов на вегетативные и генеративные функции растений были измерены корни семян, проросших на средах с различными концентрациями шлама. Данные заносились в сводную таблицу MS Excel [5]. Общее количество семян, участвующих эксперименте, равно 2000. При анализе экспериментальных данных учитывалась точечная оценка математического ожидания длины корней растений, подсчитанная по формуле
,
- объем выборки (количество семян в одной чашке Петри), - наблюдаемая длина корня.
Сравнительный анализ проводился в зависимости от корневой системы опытных растений. Результаты оформлены в таблицы 1-4.
По данным ЮНЕСКО, в мире ежегодно извлекают из недр более 120 млрд. т руд, горючих ископаемых, другого сырья (20 т сырья на каждого жителя планеты). По масштабам извлекаемого и перерабатываемого сырья хозяйственная деятельность человека превзошла вулканическую (10 млрд. т в год) и размыв суши всеми реками мира (25 млрд. т в год). Эта деятельность, кроме того, сопровождается образованием колоссального количества отходов.
- горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности;
- энергетический комплекс;
- промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс;
- бытовая деятельность человека.
Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к при-родному сырью. Установлено, что использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40 % потребности строительства в сырьевых ресурсах.
Применение промышленных отходов позволяет на 10-30 % снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями и, кроме того, уменьшить загрязнение окружающей среды.
Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.
В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.
Шлаки черной металлургии
Шлаки черной металлургии – побочный продукт при выплавке чугуна из железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков очень велик и составляет от 0,4 до 0,65 т на 1 т чугуна. В их состав входит до 30 различных химических элементов, главным образом в виде оксидов. Основные оксиды: SiO2, Аl2О3, CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, P2O5, ТiO2, V2O5 и др. Состав шлака зависит от состава кокса, пустой породы и определяет особенности применения шлака. В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность.
Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются в меньшей степени. Трудности их использования связаны с неоднородностью, непостоянством химико-минералогического состава и физико-механических свойств.
Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования – комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для производства строительных материалов.
Золы и шлаки тепловых электростанций
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) – минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн. т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, – до 5 млн. т. По химическому составу топливные золы и шлаки состоят из SiO2, AI2O3, СаО, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо. Используются топливные золы и шлаки всего на 3-4 % от их ежегодного выхода.
Использование зол ТЭС в строительстве и других отраслях сдерживается целым рядом факторов, в частности тем, что на многих ТЭС используется гидроудаление золы, и получаемые золошлаковые отходы (ЗШО) неоднородны и имеют нестабильные физико-химические характеристики.
На современных ТЭС уголь сжигают в пылевидном состоянии. Шлак образуется в результате слипания размягченных частиц золы в объеме топки и накапливается в шлаковом бункере под топкой. Размер зерен шлака 1-50 мм. Зола уносится из топки с дымовыми газами (зола уноса) и улавливается при их очистке в циклонах и электрофильтрах. Размер частиц золы колеблется от нескольких микрон до 50-60 мкм. Большинство зол имеют сферическую форму частиц, гладкую остеклованную поверхность.
Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например, введение 100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3 бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень – в качестве крупного заполнителя.
Отходы горнодобывающей промышленности
Вскрышные породы – горнорудные отходы, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. По ориентировочным подсчетам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т отходов, которые являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. Однако в настоящее время они используются лишь на 6-7 %. Вскрышные и пустые породы находят применение в зависимости от своего состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные и т.д.).
Вскрышные породы – не единственные отходы горнодобывающей промышленности. Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. Горно обогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся в частности при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что их выгодно отличает от других видов минеральных отходов.
Попутно добываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются по генезису, минеральному составу, структуре и текстуре от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это объясняется существенным отличием глубин карьеров по добыче сырья для стройиндустрии (20-50 м) от современной разработки рудных месторождений (350-500 м).
Гипсовые отходы
Гипсовые отходы химической промышленности – продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.
Фосфогипс – отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO4?2H2O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.
Фторгипс (фторангидрит) – побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSO4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.
Титаногипс – отход при сернокислотном разложении титано-держащих руд. Борогипс – отход производства борной кислоты. Сульфогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов ТЭС.
Электротермофосфорные шлаки – отходы производства фосфорной кислоты, получаемой по электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98 % стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ.
Отходы деревообработки и лесохимии
В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов.
Практически не используются кора, пни, вершины, ветви, сучья, а также отходы деревообработки – стружка, щепа, опилки.
Отходы целлюлозно-бумажной промышленности
Отходы целлюлозно-бумажной промышленности – осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп – продукт, получившийся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил – продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул.
Отходы промышленности строительных материалов
При получении цементного клинкера до 30 % объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ. Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом – отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предпри-ятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.
Прочие отходы и вторичные ресурсы – отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.
Из книги: Микульский В.Г.
Строительные материалы (Материаловедение и технология)
Читайте также: