РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ЛАБОРАТОРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ШТАТА ПАРАНA, БРАЗИЛИЯ

РАЗРАБОТКА НОВЫХ МЕТОДОВ УТИЛИЗАЦИИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ В ЛАБОРАТОРИИ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ФЕДЕРАЛЬНОГО УНИВЕРСИТЕТА ШТАТА ПАРАНА, БРАЗИЛИЯ

Мымрин В. А., Понте А. А., Пащук А. С., Федеральный университет штата Парана, Куритиба, Бразилия
Депоулли Э., концерн «Рено», Куритиба, Бразилия

В лаборатории экологических технологий (ЛЭТ) Федерального университета штата Парана (Бразилия) разработаны методы утилизации около 50 видов отходов, образующихся в следующих отраслях промышленности:
– черной и цветной металлургии (все виды отвальных шлаков производства чугуна, стали, цветных металлов, горелая формовочная земля, пыль различных фильтров, содержащая тяжелые металлы, отходы анодизации алюминия и др.);
– горнодобывающей, перерабатывающей и энергетической промышленности (щелочная «красная глина» боксита, кислый осадок ярозита, обрезки, отсевы и паста полировки различных горных пород, жидкие отходы производства алюминия, материал шахтных терриконов и отходы низкокондиционного угля, вскрышные породы открытых разработок, тонкая и сверхтонкая пыль каменного и древесного угля, отсевы добычи горючего сланца, отходы крекинг-процессов нефтепереработки, зола, шлак теплоэлектростанций и мусоросжигательных заводов и пр.);
– химической промышленности (пыль, жидкие отходы и осадки, образуемые в химических процессах, краски и смолы, отходы полиуретана холодильных установок, соли нейтрализации электролита отработанных аккумуляторов и т. д.);
– строительстве (отходы сноса и строительства сооружений, все виды стекол и кирпичей, керамики, бетона и штукатурки и др.).

На основе полученных результатов один из авторов этого доклада (Мымрин В. А.) разработал и читает аспирантам и магистрантам Федерального университета оригинальный курс лекций «Материалы из промышленных отходов». Имеющийся опыт широко используется в промышленности.

В результате сотрудничества ЛЭТ с бразильским филиалом концерна «Рено» в г. Куритиба была решена проблема обезвреживания и утилизации сточных вод всех цехов этого завода. Сточные воды сложного состава накапливаются в общем отстойнике. Образующийся в нем осадок имеет очень высокое содержание тяжелых металлов (Ti, Zn, Ni, Pb, Sn) и органических веществ (около 50 %). Ужесточение экологических норм, рост производства и, соответственно, количества отходов заставляют предприятие искать оптимальные пути их утилизации.

Цели исследования. 1. Разработка нового экологически чистого метода утилизации осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено», как компонента для производства строительных материалов. В исходную смесь включали также горелую формовочную землю литейного производства, отход стекла, образующийся при очистке металлических поверхностей перед гальваническим процессом, и природную глину. 2. Изучение процессов структурообразования новых материалов для управления их свойствами. 3. Снижение себестоимости производства керамических материалов за счет использования в качестве сырья промышленных отходов.

Приготовление образцов и методы исследований. Исходные компоненты при естественной влажности смешивали и формовали в экструдере в виде параллелепипедов размерами 60 x 20 x 10 мм, сушили до постоянного веса при температуре 100 °C. Затем образцы обжигали от 1 до 6 ч при температурах 750, 800, 850, 900, 950 и 980 °C.

Определяли характеристики полученных материалов: прочность на изгиб методом трех точек, абсорбцию воды, линейную деформацию, плотность, химическую стойкость в кислых и щелочных средах, выщелачиваемость и растворимость тяжелых металлов. Состав материалов изучали методами рентгенофазного анализа и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ).

Результаты исследований. Наибольшая прочность на изгиб 9,4 МПа достигнута при температуре обжига 850 °С в течение 6 ч. Большинство материалов имеет прочность около 9 МПа. Величина их усадки при обжиге находится в пределах 6,6–9,5 %, что соответствует требованиям национальных норм. Абсорбция воды колеблется от 19,7 до 23,9 % и не зависит от исходного состава материала.

С помощью рентгенофазового анализа установлено, что после обжига из минералов исходных смесей сохраняются только кварц SiO₂, микроклин K₂O·Al₂O₃·6SiO₂ и гематит Fe₂O₃, но появляется новый минерал рутил TiO_1,892(OH)_0,108, синтезируемый в результате химического взаимодействия компонентов исходных смесей. Наблюдается также высокий фон (рис. 1), характерный для аморфных веществ со сравнительно невысоким гало (2Θ между 15 и 30°), отвечающим структуре стекла.

Рис. 1. Дифрактограмма керамики после обжига при 850 °C в течение 6 ч

Изучение полученных образцов с помощью СЭМ подтверждает синтез большого количества стеклообразного материала (рис. 2).


а	б	в	г

Рис. 2. СЭМ-фотографии:
а — исходная смесь (x 300); б, в, г — после обжига смеси при температуре 850 °C в течение 6 ч (x 3000, x 10000, x 15000 соответственно)

Ничем не связанные частицы исходной смеси (рис. 2а) в результате обжига практически целиком превращаются в стеклообразные структуры, особенно хорошо видимые при больших увеличениях (рис. 2б, 2в, 2г). Синтезом этих структур можно объяснить все механические и химические характеристики полученной керамики, включая растворимость и выщелачиваемость тяжелых металлов, значительно более низкие, чем величины, допустимые международными санитарными нормами.

Выщелачиваемость тяжелых металлов из полученной керамики значительно меньше, чем из осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено» (Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Sn и Cu соответственно в 140, 1965, 417, 2500, 3715, 348 и 17 раз). Этот эффект можно объяснить очень прочным химическим связыванием тяжелых металлов в стеклообразной структуре керамики.

Таким образом, в ЛЭТ разработаны новые экологически безопасные виды керамики, в состав сырья которых входит до 40 % осадка, образующегося в общем отстойнике завода «Рено». Общее содержание промышленных отходов в разработанных материалах достигает 85 %. Единственный природный компонент — глина в количестве 15–20 % — при необходимости (по экономическим причинам или из-за проблем с транспортировкой) также может быть заменен промышленным отходом.

В настоящее время на одном из керамических предприятий, расположенном вблизи завода «Рено», проводятся работы по изменению технологического процесса, которое связано с переводом сырьевой базы на промышленные отходы завода.

OF ENVIRONMENT TECHNOLOGIES OF FEDERAL UNIVERSITY OF PARANA, BRAZIL
Mymrin V. A., Ponte H. A., Paschuk A. S., Federal University of Paranа, Brazil
Depouilly E., Renault, Curitiba, Brazil

The report contains information about the development of new recycling methods for about 50 different types of industrial wastes generated in the following industry sectors: ferrous and non-ferrous metallurgy, mining, oil-processing and chemical industry, heating plants, municipal incineration, construction and demolition wastes, and many others industries. These wastes can be used in different ceramics production (tiles, bricks, refractory, blocks, etc), concrete, cement or similar binding materials, different decorative materials, thermo and acoustic isolation materials, barriers of radiation emission, as bases of road and airfield runways, levee cores, industrial and municipal waste dumps, in the foundations of buildings, and many other types of goods, as raw materials for production of various derived fuels.

Мымрин Всеволод Анатольевич, д-р геол.-минерал. наук, проф., Федеральный университет штата Парана, Centro Politecnico, Jardim das Americas, Curitiba, CEP 81531-990, PR, Brasil. Tel. (41) 3361-34-25. E-mail