< < < Назад к статьям

Второе социальное предназначение цементных заводов

Бабич М.В. - директор ГП «СЕПРОЦЕМ»

Наряду с изготовлением продукции цементные заводы являются уникальными предприятиями для утилизации вторичных материалов (отходов). Сравнительные экологические балансы показывают, что использование вторичных материалов на цементном заводе выглядит более предпочтительно, чем другие способы их утилизации, т.к. выделение тяжелых металлов при производстве цемента и при эксплуатации бетонных изделий очень незначительно (1). Технология изготовления цемента позволяет использовать вторичные материалы на всех стадиях его производства:

  • приготовление сырьевой смеси;
  • обжиг портландцементного клинкера;
  • измельчение цементной шихты.

Т.о., можно утверждать, что на цементном заводе реализуется самая надежная, дешевая и совместимая с окружающей средой утилизация промышленных и бытовых отходов.

1. Использование вторичных материалов в портландцементной сырьевой смеси.Ингредиентами сырьевой смеси являются природные материалы – носители кальция, кремния и алюминия. В качестве носителя железа применяют вторичные материалы – пиритные огарки, колошниковую пыль и красные шламы. В табл.1 помещен перечень вторичных материалов, которые могут быть использованы в портландцементной сырьевой смеси.Таблица 1

Носители Са, Sі Доменные и топливные шлаки
Носители Sі, Al Зола - уноса и золошлаковые отходы
Носители Sі, Fе Хвосты обогащения железных руд
Носители Sі Отработанные формовочные массы
Носители Аl Шлаки цветной металлургии
Носители Fе Пиритные огарки, колошниковая пыль, красные шламы

Перспективным является применение золы - уноса или золошлаковых отходов совместно с отработанными формовочными массами (ОФМ). Изменяя соотношение этих материалов можно моделировать химический состав второго основного компонента сырьевой смеси - глины. Примерный химический состав некоторых вторичных материалов представлен в табл. 2

Таблица 2

Наименование материала Содержание оксидов,
CaO SiO2 Al2О3 Fe2О3 MgO
Зола-уноса (Змиевская ТЭС) 2,9 49,4 22,4 17,8 2,0
Золошлаковые отходы(Змиевская ТЭС) 2,8 50,6 26,1 13,0 1,9
Отработанные формовочные массы (Центролит, г.Купянск) 1,8 90,3 1,4 2,4 0,8
Хвосты обогащения железныхруд 1,9 60,2 1,3; 21,8 3,4

Применение вторичных материалов не только уменьшает долю природного сырья в смеси, а также способствует интенсификации обжига клинкера. Процесс клинкерообразования при наличии вторичных материалов ускоряется за счет большого количества неравновесного расплава, который образуется в результате их контактного плавления.

2. Вторичные материалы при обжиге клинкера

Более 80% портландцементного клинкера в Украине обжигают по устаревшей «мокрой» технологии. В 2007 году цементные заводы израсходовали 1,74 млрд. м3 природного газа. Недостаток цементной про-мышленности – высокая энергоемкость - можно превратить в достоинство, если на цементных заводах достичь высокой степени использования вторичных материалов взамен природного топлива. С точки зрения государственных интересов предложенная концепция развития цементной отрасли выглядит более разумной, т.к. ее реализация даст возможность утилизировать ежегодно более 1 млн. тонн промышленных и бытовых отходов и снизить расход природного топлива на цементных заводах до уровня современного «сухого» способа производства.

Целесообразность реализации предложенной концепции развития цементной отрасли можно подтвердить соответствующими расчетами. Удельные капитальные затраты на тонну цемента при переводе на сухой способ производства цемента составляют около 100 €. Перевод всей цементной отрасли потребует около 1200млн.€. Стоимость мусороперера-батывающих заводов, обеспечивающих ежегодное производство 1 млн.тонн готовых для обжига отходов составляет 36-50 млн. €. Преимущества утилизации топливосодержащих отходов на цементном заводе очевидны.

В этом аспекте очень важным является то, что согласно Киотскому протоколу СО2, выделяемый при обжиге отходов, не учитывается в общем балансе СО2, в отличие от СО2, производимого при сгорании природного топлива. Уменьшенная эмиссия СО2 на цементном заводе может быть предметом торговли. Текущая цена биогенной эмиссии СО2 составляет примерно 20 $ США за тонну (2).

В настоящее время в Европе некоторые заводы работают с нулевыми затратами на топливо или даже зарабатывают деньги имея возможность использовать безвредный для окружающей среды способ утилизации отходов.

Понятно, что использование топливосодержащих отходов в Украине лежит в плоскости системного подхода к решению данной проблемы.

В настоящее время внедряют модуль этой системы, включающий оценку воздействия топливосодержащих отходов на окружающую среду, режим обжига клинкера и на качество цемента. Изучение проводят в полупромышленных условиях во вращающейся печи Харьковского опытного цементного завода (ХОЦЗ), к выполнению исследований привлекают: «СЕПРОЦЕМ», который дает заключение по качеству клинкера и цемента, институт экологических проблем, который дает заключение по экологической безопасности процесса, и «ХОЦЗ» дает заключение по параметрам обжига клинкера. Затем при положительных результатах проводят промышленную проверку и внедрение данной технологии на цементном заводе.

3. Применение вторичных материалов при помоле цемента

В Европе по экономическим и экологическим причинам происходит изменение ассортимента выпускаемых цементов – значительно увеличивается доля цементов СЕМ II (содержание добавок 6-35%). В 2007г. в Украине произведено: ПЦ II/А-Ш-400 – 5,08.т., ПЦ II/Б -Ш-400 – 2,85 млн.т., ШПЦ III/А-400 – 2,44 млн.т., ПЦ II/А-Ш-500 – 0,95 млн.т., ПЦ I-500 – 2,42 млн.т. Как видно из представленных данных, в основном, в качестве активной минеральной добавки используют гранулированный доменный шлак (далее шлак). Цементы со шлаком получают путем его совместного помола с портландцементным клинкером. Этот способ не является рациональным, т.к. вследствие меньшей активности шлак должен измельчаться более тонко.

В настоящее время применяют иную технологию производства цементов со шлаком, которая основана на раздельном помоле клинкера и шлака. Шлак измельчают до оптимальной дисперсности, затем смешивают его с тонкомолотым клинкером. В табл.3 представлены свойства бездоба-вочного цемента и цемента с 30 и 60% шлака, которые получены смешением раздельно измельченных клинкера и шлака. Как видно из данных табл.3 цементы с высоким содержанием шлака показывают высокую стандартную прочность – прочность при сжатии в возрасте 28 суток.

Наряду со шлаком при производстве цемента могут быть использованы золы-уноса и отработанные формовочные массы. Золы-уноса, благодаря

Таблица 3

Цемент Содержание шлака Предел прочности, МПа, в возрасте
при сжатии при изгибе
2 7 28 2 7 28
№1 0 25,2 43,8 53,0 5,2 6,7 7,1
№2 30 18,4 35,6 4,4 4,0 5,7 7,4
№3 60 11,6 26,2 50,6 2,6 5,2 7,8

высокой дисперсности, могут подаваться в поток цемента за мельницу. Согласно ДСТУ Б В.2.7-46-96 «Цементи загальнобудівельного призначення.» .в портландцемент с добавками разрешается вводить до 20% золы-уноса. В табл. 4 приведены свойства цементов с золой - уноса Ладыженской, Бурштынской и Змиевской ТЭС.Из данных табл. 4 видно, что введение золы-уноса повышает текучесть цементного раствора и в количестве 10% не влияет на стандартную прочность цемента.Таблица 4

 Наименование золы - уноса Кол-во золы НГТ,% Сроки схватывания,чаc- мин В/Ц Предел прочнос- ти при сжатии, МПа, в возрасте
начало конец 2 сут. 7 сут. 28 сут.
- 25,00 3-10 4-15 0,38 30,0 41,7 52,9
Ладыжинская 10  23,75 3-25 4-40 0,36 28,8 41,3 54,1
20  23,50 3-50 4-50 0,35 25,1 38,4 48,7
Бурштынская 10  23,75 3-35 4-40 0,36 28,5 41,6 50,5
20  23,50 3-40 5-00 0,35 26,2 38,0 49,1
Змиевская 10 24,00 4-00 5-00 0,37 28,2 45,4 52,2
20  24,25 4-05 5-20 0,37 24,9 40,1 49,2

Как добавки в цемент ОФМ изучали с 1987г. В результате исследований установлено, что наряду с термоактивированным кварцем в процессе струк-турообразования при твердении ОФМ участвуют продукты термического разложения глинистых минералов. Отмечено, что с увеличением кратности использования в литейном производстве формовочных масс, содержание глины в них возрастает. Это обусловлено тем, что для обеспечения заданной прочности и пористости в повторно применяемую формовочную массу добавляют «свежую» смесь с повышенным содержанием глины.

Следовательно, количество глины характеризует степень термической обработки формовочной массы, которая во многом определяет ее пуццолановую активность. С достаточной точностью количество глины в ОФМ можно оценить по содержанию Аl2Оз, поэтому этот показатель был использован при проведении корреляционного анализа связи между указанными параметрами.В результате расчетов установлено, что на отрезке 0<х

Формула

Композиционная совместимость ОФМ со шлаком в цементе показана в табл. 5. Как видно из данных табл. прочность цементов с ОФМ превышает базовые показатели цемента без ОФМ. Особенно следует отметить повы-шение ранней прочности, низкое значение которой для шлакосодержащих цементов является основным недостатком. Широкая сеть источников ОФМ и близости их к цементным заводам позволяет с минимальными транспортными затратами осуществлять их доставку потребителям.

Таблица 5

№ пп Состав цемента, % Время помола,мин Удельная поверхность,м2/кг Предел прочнос-ти при сжатии, МПа, в возрасте
клинкер шлак ОФМ гипс 2 сут. 7 сут. 28 сут.
1 65 30 - 5 40 298 15,8 30,7 46,3
2 65 25 5 5 40 331 18,0 32,5 48,1
3 55 40 - 5 45 328 13,9 27,8 44,6
4 55 35 5 5 45 366 16,7 31,3 49,1

 

4 Разрешительно – правовые аспекты утилизации отходов

При утилизации вторичных материалов внимание государства должно быть сконцентрировано на трех группах проблем (3):

  • при разработке национальных нормативных документов или техничес-ких регламентов не должны предъявляться повышенные требования к применению вторичных материалов. Это было бы контрпродуктивно в аспекте общей экологии;
  • должны быть созданы системы сбора и сортировки вторичных мате-риалов (отходов), разработаны планы размещения отходов с целью предотвращения их нелегального складирования;
  • определены проблемы, учитывающие мнение людей, живущих побли-зости к цементным предприятиям.

Заключение

Существующая технология производства цемента в Украине позволяет цементным заводам использовать большое количество вторичных материалов. Сравнительные экологические балансы показывают, что применение вторичных материалов на цементных заводах является самым надежным, дешевым и совместимым с окружающей средой способом утилизации промышленных и бытовых отходов.

Литература

  1. Шеур А. Утилизация альтернативного топлива и сырьевых материалов в цементной промышленности- Cement International, № 1, 2003.
  2. Лехтенберг Д. Альтернативное топливо в развивающихся странах – World Cement, март , 2008.
  3. Чандел Д. Использование отходов – International Cement Revien, № 11, 2001.


Дата публикации: 06/03/2012 года




© 2010-2018. Державне підприємство «Орган з сертифікації цементів СЕПРОЦЕМ». Всі права захищені.Посилання на ДП «СЕПРОЦЕМ» обов'язкове!