Уханёва М. И., асп., Хоботова Э. Б., д-р хим. н.

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЕЗНЫХ СВОЙСТВ ТВЁРДЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

В Украине проблема твёрдых промышленных отходов в результате больших объёмов их накопления приобрела особенную остроту. Одним из перспективных путей решения этой проблемы является использование отходов для создания новых эффективных технических материалов.

Хранилища промышленных отходов могут рассматриваться как своеобразные техногенные вторичные залежи полезных ископаемых. Эффективность использования вторичного сырья зависит от многих факторов: его комплексности, формы нахождения в отходах, кондиционного содержания утилизируемого соединения или элемента. Поэтому целью работы являлась разработка методики, которая оптимизирует последовательность и повышает эффективность проведения научных исследований полезных свойств отходов. Основные последовательные стадии разработанной методики и возможные рекомендации по их результатам представлены в схеме (рис. 1).

1 стадия – определение химического состава отходов.

В зависимости от наличия определённых элементов или их отсутствия намечается два возможных пути использования отходов: в строительной отрасли и в качестве сорбентов. Основными характеристиками, позволяющими использование отходов в производстве строительных материалов, является значительное содержание в отходах Ca, Si, Al, Fe, Mg, которые могут входить в состав гидравлически активных соединений, а также наличие углерода, присутствие которого позволяет экономить энергию в процессах обжига или спекания сырьевой смеси. В производстве сорбентов использование высокоуглеродистых материалов должно осуществляться при отсутствии токсичных элементов в их составе.

Рисунок 1 – Методика определения полезных свойств промышленных отходов с целью их утилизации в качестве технических материалов

2 стадия – определение минералогического состава отходов.

Наличие в составе промышленных отходов песков, известняков, гипса указывает на возможность их использования в качестве сырья при производстве стройматериалов. Если в состав кристаллической фазы отходов входят слюды, гидрослюды, глины, хлориты, а также трепела и опоки, то данные отходы могут быть использованы как в производстве стройматериалов, так и сорбентов. Наличие слоистых структур с большим количеством пор и пустот указывает на возможность использования отходов в качестве сорбентов.

Содержание соединений в стекловидном высокоактивном состоянии определяет возможность использования отходов как при производстве строительных материалов, так и при производстве сорбентов.

3 стадия – проведение специфических исследований. Стадия 3 необходима, если исследования на предыдущих стадиях показали пригодность отходов для использования в определенном качестве.

3а стадия – определение теплотворной способности.

При использовании промышленных отходов в качестве сырьевого компонента при производстве стройматериалов необходимо изучение их способности к горению и теплотворных свойств. Теплотворная способность отходов варьирует в зависимости от состояния и количества угля в них. Выгорание остаточного количества угля будет способствовать экономии энергии в процессе спекания сырья в печи обжига.

3б стадия – определение гидравлической активности отходов.

При использовании отходов в качестве активной добавки к цементному клинкеру необходимо учитывать их гидравлическую активность, которая обусловливается оксидным составом и присутствием свободной извести. Характеристика гидравлической активности осуществляется как методами титриметрии, так и расчётным методом с помощью системы модулей. Система модулей включает расчет модулей: основности, кислотности, активности, гидравлического, глинитно-железистого, глинозёмного, а также коэффициентов качества и насыщения. Каждый из показателей модульной системы имеет лимиты значений, определяющих возможность использования отходов в производстве строительных материалов.

3в стадия – определение адсорбционной активности отходов.

Сорбционная ёмкость твёрдых промышленных отходов зависит от многих факторов: температуры обжига, содержания углистых примесей, адсорбционной активности глинисто-сланцевых пород и др. На практике прослеживается прямая корреляция между содержанием угля в отходах и адсорбционной активностью. Способность нерудных материалов сорбировать органические соединения указывает на возможность использования их в качестве наполнителя асфальтобетонов, органические и минеральные соединения – в производстве сорбентов.

3г стадия – определение радиационных характеристик отходов.

Использование промышленных отходов в строительстве без ограничения должно обусловливаться принадлежностью данных материалов к I классу радиационной опасности, для которого эффективная удельная активность естественных радионуклидов не должна превышать 370 Бк/кг. Отсутствие искусственных радионуклидов свидетельствует о возможности использования отходов в качестве сорбентов.

3д стадия – исследование морфологии поверхности.

Использованию определенных гранулометрических фракций отходов при производстве сорбентов для очистки питьевой, бытовых и промышленных сточных вод способствуют факторы, которые увеличивают сорбционную ёмкость частиц отходов: наличие высокоразвитой поверхности частиц отходов, их количество, игольчатая и пластинчатая форма.

Таким образом, скорректированная оптимальная методика научных исследований свойств промышленных отходов позволяет наиболее эффективно и полно изучить их свойства, спрогнозировать перспективы утилизации отходов, сократить срок исследований, сэкономить материальные и энергетические ресурсы как при исследованиях, так и при дальнейшем использовании отходов в качестве вторичных ресурсов.