Исследование возможности переработки гальванических шламов путем введения их в строительные материалы

Приведены анализ ситуации в сфере утилизации отходов гальванического производства, оценка вредности химических компонентнов гальваношламов и рассмотрена возможность переработки шламов путем отверждения в бетонной смеси в составе тротуарной плитки.

Была обозначена актуальность проблемы утилизации и переработки отходов гальванического производства, обозначены возможные последствия неправильной утилизации гальваношламов и какой вред они представляют для человека и окружающей среды. Предложена возможная технология производства тротуарной плитки с использованием шламов в качестве наполнителя. Произведена предварительная оценка возможности удешевления стоимости конечного продукта за счет экономии красящих пигментов. Результаты исследований показали, что переработка гальваношламов путем отверждения их в бетонной смеси не только экологично, но и удешевит производство тротуарной плитки.

Сегодня очень важными являются проблемы совершенствования методов переработки отходов и стоков гальванического производства. Актуальны как никогда и вопросы промышленной безопасности, экологической безопасности государства. По прогнозу до конца 2020 года тяжелые металлы займут одно из первых мест среди опасных факторов в общем загрязнении окружающей среды [1].

В настоящее время известен ряд методов утилизации шламов, в которых преобладают соединения железа: введение их в строительные материалы (бетоны, асфальтобетоны, тротуарную плитку, керамику), использование в качестве сырья для получения пигментов, ферритных материалов, катализаторов.

Утилизация гальваношламов путем получения нерастворимых отвержденных материалов достигается методами химической фиксации: спеканием, ферритизацией твердой фазы отходов, силикатизацией и т.д.

При этом отходы гальванического производства являются практически инертным (в худшем случае малоактивным) наполнителем.

Указанный шлам получают при очистке сточных вод гальванического цеха методами электрокоагуляции, нейтрализации, реагентной очистки с использованием ферроферригидрозоля, нейтрализации стоков известковым молоком [2]. В соответствии с проведенными токсикологическими исследованиями шлам отнесен к 4 классу опасности. Исследуемый шлам является полидисперсным материалам с различным содержанием частиц размером от 0,2 до 40–60 мкм в зависимости от метода их получения.

Ордоном С.Ф. были предложены низкотемпературные технологии утилизации шламов – введение их в бетонные и асфальтобетонные смеси для дорожных покрытий, с добавкой его до 30% взамен части песка, а также безобжигового крупного заполнителя на основе отходов полиэтилена и шламов, получение гипсового вяжущего. Асфальтобетон с искусственным заполнителем, по мнению Ордона Сергея Федоровича целесообразно применять для верхнего слоя дорожных покрытий на наиболее нагруженных участках [2].

Изыскания Криницына Д. О., Мельникова Ю. Т., Кравцовой Е. Д. в области возможностей применения и утилизации гальваношламов рекомендуют для использования в ландшафтном строительстве гальванические шламы смешивать с летучей золой котельных установок или мусоросжигающих заводов. Связующая способность золы обеспечивает надежное затвердение смеси, аналогичное процессу схватывания и упрочения цементных растворов. Как показали исследования, отвержденный продукт обладает высокой стойкостью к выщелачиванию. Это позволяет получать достаточно инертный по отношению к окружающей среде материал [3].

Технологическая схема производства тротуарной плитки с добавлением гальваношлама подразумевает внесение гальваношлама в готовый состав бетонной смеси перед формовкой и вибропрессованием, с предварительным тщательным перемешиванием (Рис.1).

Рисунок 1. Технологическая схема производства тротуарной плитки с добавлением гальваношлама

Для проведения экспериментов, готовили смесь «шлам: песок, щебень, цемент в различных соотношениях». Затем подвергали смесь термообработке в тиглях при температуре 900-1000˚С, и определили изменение цвета и структуры смеси после обжига. Исследовательская работа была проведена Сметаниным И.С. [4].

При соотношении смеси шлам: песок 1: 2 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от коричнево-зелёного до сине-голубого, структура – крупнодисперсная, плотная.

При соотношении смеси шлам: песок 2:1 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от темно-зелёного до серого цвета, структура-мелкодисперсная.

При соотношении смеси шлам: цемент 1:2 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от светло-серого до ярко-бирюзового, структура- крупнодисперсная, плотная.

При соотношении смеси шлам: цемент 2:1 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от коричнево-серого до бирюзового цвета, структура- плотная, крупнодисперсная.

При соотношении смеси шлам: щебень 1:2 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от зелёного до светло-зеленого с преобразованием бирюзовых кристаллов, структура – крупнодисперсная, плотная.

При соотношении смеси шлам: щебень 2:1 экспериментальный образец после обжига изменил цвет от темно-серого до бордового цвета, структура – мелкодисперсная, рыхлая.

Исследование смеси гальванический шлам: состав тротуарной плитки позволили сделать вывод о том, что добавки шлама приводят к улучшению цвета плитки при обжиге температурой 1000˚С.

Объектом исследований стал производственный гальванический шлам с предприятия АО «Авиаавтоматика» имени В.В. Тарасова» г. Курска [4].

В соответствии с приведенными методиками проводились эксперименты: Измерение pH, равна 8,5; Измерение влажности, сухой остаток = 70,8%.

При этом что при соотношении 1:1, что при соотношении 2:1 с исходными компонентами цветовые показатели разнятся только яркостью цвета. Добавка же шлама в смесовой состав тротуарной плитки изменила цвет с темно-серого на светло-оранжевый. (рис.2).

Рисунок 2. Полученная плитка с добавлением гальваношлама

Были проведены опыты в производственном масштабе, которые подтвердили все лабораторные испытания.

Использование гальванического шлама в качестве добавки для создания цвета при производстве тротуарной плитки позволит экономить дорогостоящее привозное сырье, а также исключить неорганизованное складирование отходов гальванических производств.

Таким образом, изучив свойства гальванического шлама, можно рассчитывать на положительный эффект в основной задаче исследования – переработка отходов гальванического производства, а также ряде второстепенных:

·     снижение стоимости плитки;

·     возможностью изготавливать плитку без покупки дорогостоящего красящего пигмента, применяемого в данный момент.