Экология строительных материалов

                       БЕЛГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

                            УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.Г. ШУХОВА

                                                          КАФЕДРА 

                                            КОНТРОЛЬНАЯ  РАБОТА

По дисциплине: Экология производства строительных материалов

                                             Вариант -3.

3 курса__26ПЭ-д-112 во группы

Дистанционного  отделения

                                                            Белгород,2013 г.

                                                           ПЛАН

1. Основные газовые компоненты отходящих газов обжиговых печей производства извести.
2. Характеристика аспирационного воздуха цементных мельниц и силосов.
3. Система пылеулавливания аэрозолей стадии помола сырья производства силикатных бетонов.
4. Технологические схемы и аппараты, используемые для улавливания пыли при производстве керамической плитки.
5. Основные характеристики аспирационного воздуха дробильно-сортировочного участка производства заполнителей.
6. Основные направления использования керамзитовой пыли.
7. Основные методы обезвреживания газов. Образующихся на рубероидных и минераловатных  заводах.
8. Мероприятия по снижению объема образования вредных воздействий при производстве асфальтобетонных смесей.

  Вопрос 1. Основные газовые компоненты отходящих газов обжиговых печей производства извести.

          Химический состав отходящих газов известеобжиговых печей заводов России

1. * - содержание компонентов газов над чертой – в % по объему, под чертой – в мг/м³

При сжигании угля диоксида серы образуется больше, чем при  сгорании мазута с таким же содержанием  серы. При использовании газообразного  топлива отходящие газы  характеризуются  пониженным содержанием СО. Это объясняется тем, что при сжигании газ сгорает лучше мазута, а мазут- лучше угля. Колебание содержания серы и хлора в карбонатном сырье также влияет на содержание выбросов SJ2 и HCl с отходящими газами.

Вопрос 2. Характеристика аспирационного воздуха цементных  мельниц и силосов.

                               Свойства пыли, удаляемой от цементных мельниц и силосов

Угол естественного откоса пыли цементных мельниц, осажденной в электрофильтре, – 40°, а в рукавном фильтре – 52°; угол обрушения этой пыли составляет соответственно 57 и 67°. Воздух, отбираемый из цементных мельниц, подвергается очистке с помощью рукавных или электрофильтров. При значительной концентрации пыли в аспирируемом воздухе необходимо установление перед ними циклонов. При этом важно не допускать просасывание через 1 м² ткани фильтров более 60-70 м³ воздуха за 1 ч. Воздух из сепаратора мельниц и головок элеваторов для очистки пропускается через рукавный фильтр. Содержание пыли в аспирационном воздухе на выходе из мельницы достигает 670 г/м³, а после очистки в фильтре не превышает 1,5 мг/м³.

Вопрос 3.         Система пылеулавливания аэрозолей стадии помола сырья производства силикатных бетонов.

В производстве силикатных бетонов применение автоклавной  обработки позволяет использовать взамен традиционных сырьевых компонентов  металлургические шлаки с неустойчивой структурой, например, распадающиеся. Это обусловлено тем, что основным минералом шлаков, подверженных силикатному  распаду (главным образом сталеплавильных, феррохромовых и феррованадиевых), является γ-C₂S, который практически не обладает гидравлическими свойствами в нормальных условиях и проявляет реакционные способности при автоклавировании. Наличие низкоосновных гидросиликатов кальция группы CSH(B) в продуктах автоклавного синтеза обуславливает вяжущему, приготовленному на основе таких шлаков, высокие показатели прочности. Использование саморассыпающихся электросталеплавильных шлаков в технологии производства силикатных материалов как плотной, так и ячеистой структуры изучалось в работах. В работе исследовали влияние условий первичной переработки саморассыпающихся шлаков ОАО «Оскольский электрометаллургический комбинат» (ОАО ОЭМК, г.Старый Оскол) на их структуру и свойства силикатных бетонов с их использованием. Саморассыпающиеся шлаки получали по двум технологиям первичной переработки: гидравлической, характерной для получения шлакового щебня – когда вода подается на поверхность шлака после его охлаждения в воздушных условиях до температуры 600^оС. Использование воды на стадии формирования кристаллической структуры расплава приводит к релаксации внутренних напряжений в структуре шлака, что совместно с эффектом Ребиндера приводит к формированию более устойчивой, стабильной внутренней структуры частиц шлака. И воздушно-сухой, основанной на послойном медленном охлаждении в естественных условиях, когда в частицах шлака после силикатного распада частично сохраняется напряженная и деформированная структура. В результате, хотя удельная поверхность несколько ниже, чем у шлаков гидравлического охлаждения, но его энергонасыщенность оказывается существенно выше, что определяет его химически активное состояние при последующем автоклавировании в составе силикатных бетонов. С использованием шлаков воздушного охлаждения разработаны составы силикатных бетонов плотной и ячеистой структуры и апробированы в промышленных условиях на предприятиях по производству строительных материалов. Выпущена партия силикатного кирпича (более 15 тыс. шт.) на заводе силикатного кирпича ОАО ОЭМК с содержанием шлака 23%, что позволило сократить расход традиционного вяжущего (песок + известь) практически в 2 раза. При этом плотность кирпича несколько увеличилась (в среднем на 5%), а прочность возрасла на 30% , морозостойкость – не менее 25 циклов.

Вопрос 4.Технологические схемы и аппараты, используемые для улавливания пыли при производстве керамической плитки.

Большое значение на предприятиях керамической промышленности имеет  проблема борьбы с запыленностью  в цехах, создания нормальных санитарно-гигиенических  условий труда и защиты окружающей среды. Керамические заводы оснащены специальными пылеуловителями. Однако эффективность  их недостаточна, и запыленность воздуха  в производственных помещениях, а  также в прилежащей местности  превышает иногда допустимые концентрации. Высоким пылеобразованием сопровождаются процессы дробления, помола, просеивания и смешивания материалов, а также сушки и обжига изделий.

Объемы и запыленность газов, выделяющихся при производстве керамических         изделий

Пыль, осаждаемая из отходящих  газов печей, сушильных барабанов  и распылительных сушилок, образуется в результате дезинтеграции, механических и термических процессов; ее физико-химические свойства в некоторой степени аналогичны свойствам исходных материалов. Интенсивность пылевыделения сильно колеблется в зависимости от режима работы технологического оборудования, а также от свойств перерабатываемого материала. Пыль, осаждаемая из отходящих газов печей, сушильных барабанов и распылительных сушилок, образуется в результате дезинтеграции, механических и термических процессов; ее физико-химические свойства в некоторой степени аналогичны свойствам исходных материалов. Интенсивность пылевыделения сильно колеблется в зависимости от режима работы технологического оборудования, а также от свойств перерабатываемого материала. Наиболее тонкодисперсной является пыль каолина и глины; масса частиц размером менее 5 мкм от общей массы пыли составляет от 20 до 50%. Плотность частиц осажденной пыли (кг/м³): глина 2600-2700, каолин 2500-2600, шамот 2700-2800, пресс-порошок 2600-2700. Насыпная масса осажденной пыли (в неуплотненном состоянии) составляет (кг/м³): каолин - 400, глина - 900, шамот - 1100, а пресс-порошок - 1000. Пыль керамических производств - сильнослипающаяся. Сыпучесть этих пылей характеризуется следующими величинами углов естественного откоса: каолин 44-48°, глина 37-42°, шамот 39-41°; коэффициент трения глинистых материалов о сталь колеблется в пределах 0,75-1,0. Смачиваемость пылей высокая: глины 83-90%, каолина 77-90%, шамота 59-85%, но вяжущими свойствами они не обладают. Электрическое сопротивление пылей керамического производства также высокое (табл. 4.4); в рабочих условиях оно превышает критическую величину (2-10⁸ Ом-м), что свидетельствует о возможных затруднениях при использовании электрофильтров для удаления этих пылей. Для обеспыливания аэрозолей керамических предприятий применяются преимущественно группы циклонов, рукавные фильтры и мокрые пылеуловители. При этом циклоны достаточно эффективны - степень обеспыливания составляет 85% и выше. Эксплуатация обычных рукавных фильтров, установленных в холодных помещениях и не имеющих электрокалориферов для подогрева обдувочного (регенерационного) воздуха, затруднена в особенности в переходные периоды вследствие залипания ткани при повышенной влажности аэрозоля. В связи с этим в качестве аппарата II ступени обеспыливания аэрозолей, выделяющихся практически при всех процессах, все шире используются мокрые способы. Достаточно эффективные аппараты второй ступени обеспыливания аспирационного воздуха при подготовке шихты (дробление, помол, просеивание, смешивание и т. п.), а также отходящих газов сушильных барабанов, башенных распылительных сушилок, вращающихся и других печей - центробежные скрубберы при установке их в утепленных помещениях и при применении в качестве аппаратов I ступени групп циклонов типа ЦН-11. КПД такой установки 99,7-99,9%. Сухие электрофильтры в таких случаях (даже при благоприятных условиях) недостаточно эффективны. Так, например, обеспыливающая установка у вращающейся печи для обжига шамота, состоящая из группы циклонов ЦН и электрофильтра ГПИ 42×3 м, обеспечивает степень обеспыливания газов не более 98% при высокой конечной запыленности (до 0,4 г/м³).

Вопрос 5. Основные характеристики аспирационного воздуха дробильно-сортировочного участка.

При производстве блоков, панелей  и других элементов стеновых бетонных конструкций применяют мелкий и  крупный заполнители: щебень, песок, керамзит, перлит и др. Эти материалы  выпускают на специальных предприятиях: дробильно-сортировочных заводах  щебня, заводах керамзита, аглопорита, перлита и других легких заполнителей.

Основные источники неблагоприятного воздействия на окружающую среду, возникающие  при функционировании карьеров и  камнедробильных заводов, следующие:

- изъятие из оборота  земель, необходимых для добычи  материалов, а также для подъездных  путей;

- изменение гидрологического  режима, загрязнение стоков подземных  вод;

- пылеобразование, сопровождающее  процессы дробления, сортировки (грохочения), перегрузки и транспортировки минеральных материалов;

- выделение в атмосферу  отработавших газов двигателей  автомобилей и специальной техники  (экскаваторов, бульдозеров, дробильных  и сортировочных установок и  др.);

- шумовое и вибрационное  воздействие машин и механизмов.

В результате окружающая среда  загрязняется вредными веществами: окисью углерода, углеводородами, оксидами азота, серы, сажей, пылью. Объем загрязнений  зависит от объема карьера, вида добываемого  минерального материала, типа используемого  оборудования, экологической уязвимости территории. Применяются следующие методы снижения неблагоприятного воздействия карьерных хозяйств на окружающую среду:

- обустройство и рекультивация  земель;

- пылеподавление водо-воздушными смесями;

- пылеудаление;

- регулировка двигателей  автотранспорта и другой техники;

- очистка сточных вод;

- корректировка режима  работы предприятия в соответствии  с климатическими и метеорологическими  условиями.

Технологические схемы переработки  сырья для производства крупных  и мелких заполнителей включают такие  переделы как дробление (при производстве щебня), рассев на фракции, промывка, сушка  и складирование готовой продукции. Основными источниками загрязняющих веществ являются дробильно-сортировочное  оборудование и склады. Технологические  процессы на этих предприятиях, как  правило, сопровождаются пылевыделением, причем в пыли содержатся тонкодисперсные  частицы, загрязняющие воздух в цехах  и окружающую атмосферу; интенсификация этих процессов приводит к увеличению пылеуноса. Это обусловливает актуальность рациональной организации технологических процессов и ликвидации пылевыделений.

Дробильно-сортировочные  заводы. Горную массу (известняк, доломит, гранит), доставляемую на дробильно-сортировочный завод (ДСЗ) из карьеров автосамосвалами или вагонами, дробят в дробилках, сортируют на грохотах и складируют. На первой стадии дробления используются щековые дробилки, на второй - конусные или молотковые, а на третьей - короткоконусные или тоже молотковые. Сортировка материала включает предварительное грохочение на колосниковых грохотах с удалением мелких фракций и окончательное разделение на заданные фракции с помощью виброгрохотов. Все эти операции сопровождаются значительным выделением пыли: при дроблении - над загрузочным зевом дробилки и внизу - у выхода материала на конвейер, а при грохочении - над ситами и на участке выдачи подрешетного продукта на ленту конвейера. Интенсивности пылевыделений и запыленности, получены при действующих системах аспирации и при значениях влажности сырья 0,4-0,7%. Запыленность воздуха у аспирируемых очагов пылевыделения при переработке различных пород достигает: на входе материала в дробилку 0,3- 1,5г/м³, а при выходе - 1,5-15 г/м³.

Вопрос 6. Основные направления использования керамзитовой пыли.

Пыль керамзитовых заводов  находит широкое применение в  производстве керамзитового гравия, мелкого заполнителя легких бетонов, керамического кирпича и теплоизоляционной  засыпки. Проведены исследования по использованию керамзитовой пыли в  качестве адсорбента при очистке  сточных вод гальванического  производства от ионов тяжелых металлов.

Вопрос 7. Основные методы обезвреживания газов, образующихся на рубероидных и минераловатных заводах.

Технология изготовления мягких кровельных материалов связана  с переработкой нефтяного битума, применяемого для пропитки и покрытия рубероида. В процессе подготовки битум  подвергается подогреву, обезвоживанию  и окислению. Битум, поступающий  на пропитку, нагревается в трубчатой печи до 180-200°С. При нагреве испаряется вода и выделяются легкие углеводороды. Окисление осуществляется воздухом при 230-250°С в установках периодического или непрерывного действия. В процессе окисления сжатый воздух пропускается через слой расплавленного битума. При этом выделяются пары воды, низкокипящие фракции углеводородов, оксид и диоксид углерода, сероводород и сернистый ангидрид. Окисление 1 т битума сопровождается выделением 10 кг легких углеводородов, 2,5 кг оксида углерода, 0,25 кг сернистых соединений. Отработанный воздух, удаляемый из узла нагрева и окисления битума, имеет наибольшую концентрацию загрязняющих веществ. Битум, предназначенный для пропитки, подается в камеру предварительного полива и пропиточную ванну рубероидного агрегата. В обоих случаях с поверхности расплавленного битума выделяются в окружающую среду легкие углеводороды, оксид углерода, сероводород и сернистый газ. Пропиточный битум, применяемый для приготовления покровного состава, подается с температурой 185-210°С в смеситель для смешивания с минеральным наполнителем. Смесь поступает в покровный лоток. Источником газовыделения в этом случае является обрабатываемая поверхность полотна. Интенсивность газовыделения оценивается коэффициентом удельной интенсивности составленной по данным НИПИОТстрома, общее количество аспирируемых газов в рубероидном агрегате приведено в таблице. Значительное количество вредных газов выделяется при производстве наиболее распространенного теплоизоляционного материала - минеральной ваты. Минеральную вату получают путем распыления расплава из металлургических и топливных шлаков, горных пород или иных силикатных материалов (рис. 6.1).Независимо от типа плавильного агрегата производство минеральной ваты состоит из следующих этапов: подготовка сырьевых материалов путем дробления, плавление сырья и получение расплава в вагранках или ванных печах, распыление минерального расплава, осаждение минеральной ваты и образование минераловатных мягких, полужестких и жестких изделий.

В большинстве случаев  в качестве плавильного агрегата используют вагранки, при работе которых  выделяется значительное количество пыли, окиси углерода и сернистого ангидрида. Концентрация пыли, содержащаяся в  ваграночных газах, зависит от технологии плавки и находится в пределах 3-20 г/м³ в стандартных условиях. Пыль состоит на 80-85% из фракций более 80-200 мкм. Ваграночные газы содержат токсичные компоненты: оксид углерода 5-28%, сернистый ангидрид 0,02-0,5%. По данным НИПИОТстрома, при отсутствии очистки концентрация оксида углерода в приземном слое на расстоянии 400-500 м от источника превышает санитарную норму в 11-22 раза, а сернистого ангидрида - в 4-6 раз. При производстве минераловатных изделий наряду с токсичными газами в выбросах содержится значительное количество минеральных волокон и смолистых веществ. Содержание волокон в газах составляет 200-400 мг/м³, а смолистых веществ 1-2 мг/м³. Количество удаляемого аспирационного воздуха из камер волокнообразования составляет около 40000- 50000 м³/ч, а количество волокон, поступающих с воздухом, составляет около 10-20 кг/час [133]. В дальнейшем вредные вещества улавливаются в системе газоочистки.  Для очистки газовых выбросов рубероидных и минераловатных заводов от углеводорода, фенола и одорирующих компонентов используются следующие методы: конденсация углеводородов и других компонентов с низкой температурой кипения; сорбция твердыми веществами и жидкостями; глубокое окисление в присутствии катализаторов; термическое обезвреживание. При выборе методов обезвреживания токсичных газов - оксида углерода, углеводородов, сернистого ангидрида, фенола и формальдегидов – учитываются их различные физико-химические свойства. Оксид углерода при обычных условиях - газ химически инертный, почти нерастворим в воде, не реагирует с кислотами и щелочами. Сернистый ангидрид относится к среднерастворимым газам, а фенол и формальдегид - к хорошо растворимым газам, реагирующим со щелочами, содовым раствором и некоторыми другими сорбентами. В условиях предприятий промышленности строительных материалов, когда объемы очищаемых газов невелики, рациональным методом очистки от оксида углерода и углеводородов является термическое обезвреживание путем прямого сжигания вредных газов в автономных топках. Для наиболее полного сжигания газообразные отходы перед подачей в топку перемешиваются с воздухом и подогреваются. Для сжигания используются печи с циклонной топкой. Испытания печи дожига, проведенные НИПИОТстромом на Львовском рубероидном заводе, показали, что в результате сжигания количество углеводородов в отходящих газах снижается на 88%, а оксида углерода на 92%. Одновременно снижается содержание сероводорода, который в результате окисления превратился в серный ангидрид. Тепло, выделяемое при сжигании газообразных отходов, может быть использовано для подогрева битума или для получения пара. Иногда газообразные отходы сжигаются в котельных установках со слоевыми или камерными топками. Однако из-за несовершенства горелочных устройств и низкой температуры поступающих на сжигание газов очистка от токсичных и одоризирующих компонентов оказывается неудовлетворительной. Опыты показали, что при использовании специальных горелок и контакта сжигаемого газа с раскаленной поверхностью огнеупорной кладки может быть достигнуто более полное разложение токсичных компонентов. В последние годы широко распространяются методы каталитического окисления вредных компонентов. Вследствие невысоких температур (150-400°С), при которых протекает процесс, стоимость каталитического окисления в 2-3 раза ниже стоимости метода высокотемпературного сжигания. Для проведения каталитических процессов требуется сравнительно несложная аппаратура. В качестве катализаторов используют оксиды металлов и их сплавов. Чаще всего применяют оксиды алюминия А1₂О₃, меди CuО, марганца МnО₂, хрома Сг₂О₃ и композицию из оксидов меди, железа и хрома - НТК-7. Катализатор НТК-7 представляет собой гранулы размером 5x5 мм. За рубежом используют платино-алюминиевые катализаторы, нанесенные на фарфоровые стержни. Данные о рациональных температурах глубокого окисления токсичных и одорирующих компонентов приведены в табл. 6.3. Методы каталитического окисления целесообразно применять при очистке сравнительно небольших количеств газов и невысоком содержании в них токсических компонентов. Широкое использование этого метода сдерживается необходимостью тщательной очистки газов от пыли и смолы перед подачей их на слой катализатора.

Иногда на первой ступени  очистки применяется конденсационный  метод, сущность которого заключается  в том, что при понижении температуры углеводороды и органические вещества превращаются в туман и осаждаются в холодильниках. В качестве холодильников используются противоточные трубчатые теплообменные аппараты. Путем конденсации возможно улавливание фракций с относительно высокой температурой кипения. Поэтому этот метод не может обеспечить достаточную степень очистки при умеренных температурах охлаждающей воды.

Вопрос 8. Мероприятия по снижению объема образования вредных воздействий при производстве асфальтобетонных смесей.

Схема пылеулавливания асфальтобетонного  производства должна состоять из двух ступеней.

  Первая ступень – одиночные, групповые и батарейные циклоны с непрерывным принудительным удалением пыли из бункеров и направлением ее в технологический цикл. Циклоны недостаточно эффективны при диаметре частиц пыли менее 10 мкм, чувствительны к колебаниям газового режима и поэтому используются только в качестве предварительной ступени очистки.

   Вторая ступень – зернистый фильтр с параллельно работающими секциями, вертикальным расположением зернистого слоя и непрерывным удалением загрязненного фильтрующего материала из аппарата в технологический цикл. Это имеет особое значение, так как в настоящее время при приготовлении смеси для верхнего покрытия рекомендуется применение песков с повышенным содержанием пылевидных частиц с целью увеличения шероховатости покрытия. В качестве зернистого слоя используется песок или гравий с диаметром зерен 3-5 мм, толщиной слоя 0,06-0,15 м при удельной газовой нагрузке 1000-1800 м³/м²час. Эффективность работы фильтра составляет 98,4%.

                                                       Литература.

1. Лапшин А.Б., Чукардин В.Е. Основы обеспыливания в силикатной промышленности. – Санкт-Петербург: Изд-во «ФПС», 2007. – 234 с.
2. Защита атмосферы от промышленных загрязнений: Справ. Изд.: В 2-х ч. Пер. с англ./ Под ред. Калверта С.И., Инглунда Г.М. – М.: Металлургия, - 1988. – 472 с.
3. Конев В.А., Решетняк А.Ф., Конев М.В. Агрегат для обжига известняка и химико-термического обезвреживания ТБО // Строит. материалы. - 2009. - № 6. – С.38-39.
4. Банит Ф.Г., Мальгин А.Д. Пылеулавливание и очистка газов в промышленности строительных материалов. – М.: Стройиздат, - 1979. – 351 с.
5. Хоботова Э.Б., Уханева М.И. Определение химического и дисперсного состава цементной пыли// Экология и промышленность, - 2005. - № 1(2). - С.24-26.
6. Абрамсон И.Г., Бернштейн Л.Г. Глобальные экологические проблемы тепловой электроэнергетики и цементного производства // Цемент и его применение. - 2005. - № 3.
7. Бернштейн Л.Г. Проблемы цементной промышленности России и возможные пути их решения // Цемент Известь Гипс - Спец. Выпуск: Мат-лы Междунар. конгресса производителей цемента, - 2008. - № 4. – С.149-155.
8. Гольдштейн Л.Я., Штейерт Н.П. Использование топливных зол и шлаков при производстве цемента. - Л.: Стройиздат, Ленинград. отд-ние, - 1977.-152с.
9. Будников П.П., Панкратов В.Л. Гидравлическая активность некоторых кристаллических и стекловидных фаз доменного шлака. - ДАН СССР. - Т.146. -1962, -№1.
10. Школьник Я.Ш. Возможности повышения гидравлической активности доменных шлаков // Цемент. - 1985. - № 2. - С.14-15.
11. Алехин Ю.А., Люсов А.Н. Экономическая эффективность использования вторичных ресурсов в производстве строительных материалов - М.: Стройиздат. - 1988. – 344 с