Эколого-экономическое обоснование получения серных композиционных материалов

Есенаманова Ж.С., Утегулов Ж.Н., Утегулов Н.И.

Атырауский государственный университет имени Х.Досмухамедова

Назарбаев Университет

Казахский национальный технический университет имени К.И.Сатпаева

Серный композиционный материал (СКМ) относится к новым материалам, поэтому задача данного исследования, заключается в обосновании эколого-экономических критериев использования отходов серы, с применением даже неиспользуемых в строительстве из-за низкой прочности. В этой связи определение возможности получения на серных отходах и ЗШО достаточно прочных мелкозернистых бетонов и бетонитов, при оптимальных расходах кремнезема и алюминия хлорида, является немаловажным фактором в части рационального использования отходов, в связи с отдаленностью района, и дефицитом водных ресурсов [1].

Подбор состава смеси на мелком пористом заполнителе, имеет целью установление такого расхода материала на 1 м³ бетона, при котором надежно и наиболее экономично обеспечивается получение заданной прочности, подвижности и водопоглощения серной композиционной смеси. На основании полученных характеристик составляющих СКМ: серы, ЗШО, кремнезема и алюминия хлорида можно провести расчетно-экспериментальным методом, предложенным Ю.М.Баженовым.

1. Определяем отношение серы и кремнезема С/К:

Исходные данные: А=0,70; R_ц=400,00; R₂₈=200,00;

где А - безразмерный коэффициент учитывающий свойства и качества кремнезема: для крупного А=0,7, для среднего А=0,6, для мелкого А=0,5; R_ц - марка (или активность) СКМ; R₂₈ - пределы прочности мелкозернистого СКМ при сжатии в возрасте 28 дней (т.е. марка СКМ).

Прочность СКМ будет различной в зависимости от крупности кремнезема при прочих равных условиях, и при одной и той же крупности кремнезема, но при разных соотношениях, (например 1:1 или 1:1,5), прочность также будет неодинаковой. Эти условия отражаются приведенным выше коэффициентом А.

При использовании в СКМ кремнезема крупностью фракций до 10 мм, в нашем случае В/С уточнено путем проведения предварительных испытаний СКМ. Соотношение между СКМ и количеством отходов, обеспечивающее требуемую подвижность серной композиционной смеси определялись экспериментально и по графику корректировки этого соотношения.

2. Определяем расход серы С (кг/м³) :

Исходные данные:

п=3; В/С=0,66; γ_ц=1,27; γ_п=2,70;

где п - количество частей серы, приходящейся на 1 часть СКМ; γ_ц - удельный вес СКМ; γ_п - удельный вес серы.

Увеличение подвижности смеси для обеспечения удобоукладываемости достигалось за счет введения в смесь модификатора. В качестве модификатора использован алюминия хлорид, которые, адсорбируясь на кремнеземе, повышают подвижность смеси.

3. Определяем расход кремнезема К (кг/м³) :

4. Определяем расход модификатора Q (к/м³):

5. Расчетный объемный вес свежеуложенной СКМ в кг/м³ – γ_см:

кг/м³

Одним из основных показателей целесообразности применения того или иного вида СКМ является его экономическая эффективность и уровень себестоимости по сравнению с аналогичными материалами. Выполненные расчеты показывают экономический эффект от применения серного заполнителя в СКМ [2]. Подсчеты экономических показателей проведены с учетом следующих двух факторов:

1. С использованием части отходов серы, которые в настоящее время скопливаются в большом объеме, увеличивается полезный выход продукции при разработке СКМ.

Указанный эффект выявляется в каждом частном случае из сметы производства, и в общем виде он может быть получен следующим путем [105]. Пусть общие затраты на 1 тенге товарной продукции составляют Т, в том числе затраты по вскрышным работам - П %. Стоимость реализуемой части отходов составляет Р % от общей стоимости товарной продукции. Тогда экономический эффект Э_о можно представить в виде формулы:

где - стоимость подлежащей реализации продукции предприятия.

2. От замены заполнителей серными отходами в том числе.

Экономические показатели здесь также зависят от конкретных условий производства, и определение их может быть произведено на основе сравнения затрат на инертные по плановым калькуляциям себестоимости изготовления сборных изделий.

С учетом принятой технологии изготовления изделий из бетонита и обычного бетона подсчет стоимости 1 м³ бетонитовых изделий может быть произведен путем исключения из плановой себестоимости изготовления данного вида изделий затрат на щебень и песок с добавлением затрат на серный заполнитель.

В общем, виде себестоимость м³ бетонитовых изделий С_пл выражается формулой:

где - себестоимость обычного бетонного изделия; - стоимость м³ щебня; - то же кварцевого песка; - то же серного заполнителя; - коэффициент расхода бетона на м³ данного вида изделий (для овальнопустотных панелей перекрытий, например = 0,45).

В качестве примера произведем расчет экономического эффекта от реализации отходов серы применительно к полигонам по хранению серных карт ТОО «ТенгизШевройл» (Атырауская обл.).

Исходные данные:

Объем производства в год = 14400000 тенге.

Стоимость вскрышных работ 46000 тыс. тенге, или П = 32%.

Прейскурантная цена отходов серы - 230 тенге за м³

Цена просеянного отсева из отходов составляет 863 тенге за м³.

Общий объем образуемых отходов около 50%.

Ориентировочный объем скопившихся отходов – 250 тыс. м³.

Расход отходов серы при изготовлении бетонитов с добавкой модификатора алюминия хлорида, в среднем 1800-2200 кг/м³ в зависимости от фракций. Планируемый объем использования отходов серы - 780000 тыс. м³, что составляет порядка 1600 м³ бетона. Нетрудно подсчитать, что в течение 2 лет, только в летний период возможно рациональное использование 2 млн. м³ отходов. Планируемый объем использования отходов за 6 месяцев летнего периода 100 тыс. м³.

Объем производства с учетом реализации отходов достигает:

14400000 + 100×230 = 14,63 млн. тенге

Объем производства с учетом реализации отходов достигает, из расчета расхода в среднем 2000 кг на м³ бетонита, при этом стоимость м³ изготовленного изделия составляет:

144000 + 28000 × 0,23 = 150440 тыс. тенге

Затраты на кремнезем, при стоимости 50 кг кремнезема 500 тенге, тогда при необходимости 250 кг будет составлять:

500 × 5 = 2500 тенге

Расход отходов серы при изготовлении бетонов с добавкой модификатора, в среднем 1800-2200 кг/м³ в зависимости от фракций составят:

2000 × 230 = 460000 тыс. тенге

Стоимость реализуемой части отходов составит:

По этим данным экономический эффект от реализации отходов серы составит:

тыс. тенге

В целом на полигоне за 6 месяцев можно изготовить 1500 м³ серно-композитного бетона. Бетон из СМК реализуется по цене 6 тыс. тенге за м³, дешевле тяжелого бетона марки 300 на 3 тыс. тенге. При этом доход составит:

1500 м³ × 6 = 9,0 млн. тенге.

Затраты на закупку и перевозку цемента, пластификатора, воды, составят 3,6 млн. тенге. Экономический эффект составит:

9,0 – 3,6 = 5,4 млн. тенге.

Экономический эффект от решения экологической проблемы переработки серы нефтегазового комплекса Казахстана с учетом отсутствия необходимости в расходах на хранение составит более 5400000 тенге/год (только для ТШО).

Литература:

1. Лемешев В.Г., Петров С.В. Утилизация золы-уноса ТЭС в производстве строительных материалов // Известия высш. уч. завед. Строительство. - 2002. - №5. - С. 46-49.

2. Композиционный материал на основе смеси серы с золой-уносом. Head William J., Liao Min-Fu. Fly ash sulphur concrete.«Transp. Eng.» I. ASCE. Proc. Amer. Soc. Civ. Eng, 1981. - ¹ 3. - Р. 345-363.