Екологічно безпечні процеси утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДЕРЖАВНА ЕКОЛОГІЧНА АКАДЕМІЯ ПІСЛЯДИПЛОМНОЇ ОСВІТИ ТА УПРАВЛІННЯ МІНПРИРОДИ УКРАЇНИ

УДК 504.75 + 691.311

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЕКОЛОГІЧНО БЕЗПЕЧНІ ПРОЦЕСИ УТИЛІЗАЦІЇ ФОСФОГІПСУ І КОНВЕРТОРНОГО ШЛАКУ

Спеціальність 21.06.01 - екологічна безпека

ІВАЩЕНКО ТАРАС ГРИГОРОВИЧ

Київ - 2010

Дисертація є рукописом

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Крайнов Ігор Павлович, Державна екологічна академія післядипломної освіти та управління Мінприроди України, завідувач кафедри прикладних проблем поводження з відходами.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Касимов Олександр Меджітович, Український державний інститут екологічних проблем Мінприроди України, завідувач лабораторії систем і методів управління промисловими відходами і викидами в атмосферу;

кандидат технічних наук, старший науковий співробітник Вакал Сергій Васильович, директор Сумського державного науково-дослідного інституту мінеральних добрив і пігментів Мінпромполітики України.

Захист відбудеться 03.06. 2010 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.880.01 в Державній екологічній академії післядипломної освіти та управління Мінприроди України за адресою 03035, м. Київ, вул. Урицького 35, корп. 2.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Державної екологічної академії післядипломної освіти та управління Мінприроди України за адресою 03035, м. Київ, вул. Урицького 35, корп. 2.

Автореферат розісланий 30.03.2010р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доцент М.М. Тимошенко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи. Серед багатотоннажних відходів виробництва мінеральних добрив та металургійного виробництва значний обсяг складають фосфогіпс та конверторний шлак. Комплекс екологічних питань, пов'язаних з їх поводженням, є типовим для тих регіонів, в яких було або є виробництво фосфорних мінеральних добрив (м.м. Суми, Рівне, Армянськ, Вінниця, Дніпродзержинськ), а також киснево-конверторного виробництва сталі (Донецька, Луганська, Кіровогорадська, Дніпропетровська, Запорізька обл.). Значні об'єми та хімічний склад таких відходів обумовлюють підвищену екологічну небезпеку навколо об'єктів з їх наявністю, тільки на ВАТ «Дніпровський металургійний комбінат» накопичено понад 2,5 млн. тон конверторного шлаку, ці відходи займають площини землі і забруднюють природне середовище, питання їх утилізації також потребує свого розв'язання.

Відомі технології утилізації фосфогіпсу з отриманням будівельних матеріалів передбачають обов'язковий процес видалення з нього води, що призводить до додаткового забруднення довкілля стічними водами, викидами оксиду вуглецю та водяної пари в атмосферу.

Таким чином проведення досліджень, спрямованих на поліпшення екологічного стану навколо об'єктів з наявністю накопичень багатотоннажних відходів - фосфориту та конверторного шлаку шляхом обґрунтування екологічно прийнятних процесів їх утилізації, є актуальним.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами НДР, темами. Дисертаційна робота проводилась в рамках виконання НДР за темою «Теоретичні основи створення енергозаощаджуючої технології гіпсових в'яжучих та матеріалів з природного та техногенного гіпсу» (№ ДР 0108U000411) у відповідності до Програми Кабінету Міністрів України «Використання відходів виробництва та споживання». Ідея роботи полягає у поліпшенні екологічного стану навколо небезпечних об'єктів з наявністю багатотоннажних накопичень фосфогіпсу та конверторного шлаку шляхом застосування екологічно прийнятних процесів їх утилізації з отриманням товарної продукції.

Метою роботи є розкриття особливостей впливу способів та технологічних рішень на екологічність процесів утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку, якість отриманої під час їх реалізації товарної продукції, як підґрунтя зменшення негативного впливу на довкілля та здоров'я людей навколо об'єктів з їх наявністю, а також більш раціонального використання природних ресурсів.

Задачі дослідження. Для досягнення поставленої мети було визначено і поставлено до вирішення такі задачі:

- здійснити аналіз наявних технологій утилізації відвального фосфогіпсу і конверторного шлаку та виявити шляхи їх удосконалення з точки зору сучасних екологічних вимог;

- виявити взаємозв'язок між витратою теплової енергії та викидами газоподібних забруднювачів в атмосферу під час теплової обробки фосфогіпсу;

- обґрунтувати принципову технологічну схему і апробувати екологічно безпечний процес утилізації відвального фосфогіпсу з апатитової сировини і технологічного фосфогіпсу з фосфоритової сировини;

- обґрунтувати технологічні схеми та апробувати екологічно безпечні процеси утилізації відвального фосфогіпсу з отриманням товарної продукції;

- обґрунтувати технологічну схему та апробувати екологічно безпечний процес утилізації конверторного шлаку;

- провести оцінку токсиколого-гігієнічних та економічних аспектів утилізації фосфогіпсу та конверторного шлаку;

- розробити технічні вимоги та технічні документи щодо вироблення товарної продукції під час реалізації запропонованих процесів утилізації фосфогіпсу та конверторного шлаку.

Об'єктом дослідження було екологічність процесів утилізації багатотоннажних відходів фосфогіпсу і конверторного шлаку та якість отриманої при цьому товарної продукції.

Предметом дослідження було виявлення впливу технологічних рішень на екологічність процесів утилізації фосфогіпсу та конверторного шлаку, показники якості отриманої при цьому товарної продукції, а також на екологічний стан навколо об'єктів утворення, накопичення і зберігання таких багатотоннажних промислових відходів.

Методи дослідження. Теоретичною і методологічною основою досліджень були положення та висновки, які містяться у роботах українських та іноземних вчених з питань утилізації багатотоннажних відходів виробництва фосфорних мінеральних добрив, а також сталі конверторним способом. Під час виконання дисертаційної роботи застосовувались методи логічного узагальнення та системного підходу, аналізу і синтезу.

Для визначення складу і властивостей відходів, та продукції, яку отримано в результаті їх утилізації, було використано методи фізико-хімічного аналізу, у тому числі за методом гамма-бета-спектрометрії визначалась питома активність природних радіонуклідів у фосфогіпсі. Показники якості товарної продукції визначали за методиками, передбаченими державними стандартами, із використанням метрологічно атестованого вимірювального обладнання.

Наукова новизна отриманих результатів полягає в розкритті особливостей впливу способів на екологічність процесів утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку та якість отриманої при цьому продукції як підґрунтя поліпшення екологічного стану навколо об'єктів з їх наявністю. При цьому:

- вперше експериментально показано ефективність екологічно прийнятного процесу утилізації відвального фосфогіпсу, сутність якого полягає у термічній дегідратації під час його зваженого стану за температур в діапазоні від 100 до 120°С з утворенням в-напівгідрату сульфату кальцію та подальшим застосуванням у якості в'яжучого для отримання сухих будівельних сумішей та газогіпсобетону за температурного діапазону від 15 до 35°С без автоклавного оброблення;

- вперше встановлено залежність масової витрати в-напівгідрату сульфату кальцію від продуктивності механічного активатора, вихідної та кінцевої масової частки води у свіжоутвореному фосфоритному фосфогіпсі, необхідної для отримання будівельних виробів з їх суміші без механічного або теплового видалення води, яка описується запропонованою математичною формулою;

- вперше теоретично обґрунтовано та експериментально підтверджено ефективність хімічного зневоднення фосфоритного фосфогіпсу шляхом додавання до нього в-напівгідрату сульфату кальцію отриманого з апатитового фосфогіпсу що покладено в основу екологічно прийнятного процесу утилізації фосфогіпсів у виробництві будівельних виробів;

- вперше встановлено, що додавання до конверторного шлаку 15-30 % мас. відходів виробництва карбіду кремнію призводить до отримання цією малонебезпечною сумішшю властивостей абразивного матеріалу, придатного для оброблення металевих поверхонь. З урахуванням отриманих результатів обґрунтовано і апробовано схему екологічно прийнятного процесу утилізації конверторного шлаку, сутність якого полягає у його подрібненні, класифікуванні та змішуванні з відходами виробництва карбіду кремнію.

- набуло подальшого розвитку уявлення про зв'язок інтенсивності газоподібних викидів під час теплового оброблення фосфогіпсу та витратами палива на одиницю виготовленої продукції, який описується запропонованою математичною формулою.

Обґрунтованість та достовірність наукових положень, результатів досліджень та висновків підтверджується аналізом вітчизняних та закордонних літературних джерел, відповідністю методів поставленими в роботі меті і задачі досліджень, застосуванням апробованих фізико-хімічних та аналітичних методів досліджень, достатнім об'ємом експериментального матеріалу, отриманого з використанням стандартних методик, метрологічно-атестованого обладнання і повірених засобів вимірювальної техніки, задовільною збіжністю результатів, а також їх поширеною апробацією з практичним впровадженням.

Практичні результати проведеної роботи:

- розроблено і апробовано захищений патентом України екологічно прийнятний безвідходний процес утилізації фосфогіпсу з отриманням гіпсового в'яжучого;

- розроблено і апробовано захищений патентом України екологічно прийнятний процес утилізації фосфогіпсу шляхом отримання будівельних виробів за сумісного пресування свіжоутвореного фосфоритного фосфогіпсу і в'яжучого, отриманого з відвального фосфогіпсу;

- розроблено захищену патентом України композицію для виготовлення ніздрюватого бетону на основі гіпсового в'яжучого з фосфогіпсу;

- розроблено захищену патентом України композицію сухої будівельної суміші на основі гіпсового в'яжучого з фосфогіпсу для улаштування штукатурного покриття;

- розроблено і зареєстровано технічні умови на дві марки фосфоритного фосфогіпсу для цементної промисловості, шість марок конверторного шлаку для металургії і абразивної обробки металевих виробів;

- почався процес звільнення і рекультивації територій, зайнятих фосфогіпсом і конверторним шлаком, що сприяє поліпшенню екологічного стану на об'єктах їх накопичення;

- під час апробування та відпрацювання на дослідній установці високошвидкісної безвідходної технології отримання обпалювального в'яжучого з фосфогіпсу визначені оптимальні технологічні параметри процесу; перелік необхідного устаткування, а також видані вихідні дані для проектування в м. Дніпродзержинську першої черги промислової установки отримання в'яжучого з фосфогіпсу продуктивністю 200000 т/рік.; розроблено технологію сумісної утилізації свіжого і відвального фосфогіпсів, яка дозволяє отримувати будівельні вироби стандартної якості за спрощеною схемою без забруднення навколишнього середовища стічними водами, а також зі зменшеними в 20 разів викидами газоподібних забруднювачів, при цьому зменшено у 21 раз витрати енергетичних ресурсів.

Реалізація результатів досліджень. Результати досліджень дисертаційної роботи впроваджено і підтверджено відповідними актами:

- на підприємстві ЗАТ «Дніпрохімбуд» (м. Дніпродзержинськ) шляхом виготовлення за запропонованим в дисертації способом блоків із ніздрюватого бетону, до рецептури якого входить 79% мас гіпсового в'яжучого з фосфогіпсу. За такими показниками якості, як об'ємна маса, міцність за стиснення та коефіцієнт теплопровідності такий бетон переважає вимоги стандартів;

- на підприємстві ЗАТ «Дніпрохімбуд» (м. Дніпродзержинськ) шляхом виготовлення із фосфогіпсу, негашеного вапна та напівгідрату сульфату кальцію за запропонованим в дисертації способом стінових блоків для внутрішніх перегородок. За такими показниками якості, як міцність на стиснення, питома густина, коефіцієнт водостійкості відповідає стандартним вимогам;

- в проектній документації будівництва заводу з утилізації фосфогіпсу шляхом виробництва з нього гіпсового в'яжучого (ТОВ «Екологія-Дніпро 2004», м. Дніпропетровськ);

- на підприємстві ТОВ Торговельно-будівельна компанія «МЕГА-СЕРВІС» (м. Дніпродзержинськ) шляхом виготовлення виробу з використанням в його рецептурі відкласифікованого конверторного шлаку.

Особистий внесок здобувача у роботу полягає у формулюванні ідеї роботи, мети, задач досліджень, виборі методів досліджень, методик експериментів, переважного внеску в узагальнення висновків, а також у впровадженні результатів досліджень.

Апробація результатів дисертації. Основні наукові положення роботи та її окремі результати доповідалися, обговорювалися та були схвалені на: 4-й Всеукраїнській науково-методичній конференції “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”, Дніпродзержинськ, 22-25 жовтня. 2002 р.; IV Української науково-технічної. конференції. „Сучасні проблеми технології неорганічних речовин” (14-16 жовтня 2008 р., м. Дніпродзержинськ) - ДДТУ, 2008 р.; науковій конференції. „Екологія довкілля - 2008”. „Ресурсо- та енергозбереження на підприємствах гірничо-металургійного та хімічного комплексу України” (07-11 жовтня 2008р., м. Партеніт, Крим) - Київ: Тов-во „Знання”, 2008 р.; на 1 Міжнародному конгресі «Захист навколишнього середовища, енергозбереження, збалансоване природокористування» (м. Львів, 28-29 травня 2009 р.).

Публікації. Основні результати дисертації викладено в 15 наукових працях, 10 з яких у виданнях, віднесених переліком ВАК України до фахових, 5 - у матеріалах наукових конференцій, отримано також 4 патенти України на корисні моделі.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається із вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел (132 найменування) та 9 додатків. Дисертація містить 25 таблиць, 26 рисунків. Обсяг основної частини дисертації становить 116 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтовано актуальність теми, сформульовано ідею, мету, об'єкт, предмет і задачі дослідження, наукову новизну, практичне значення, а також наведено відомості щодо публікації та апробації результатів роботи.

У першому розділі наведено результати аналізу існуючих технологій утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку. Найбільш розповсюдженим способом утилізації фосфогіпсу є перероблення його на будівельні матеріали з обов'язковим процесом видалення з нього води або механічним віджиманням у фільтрах, або тепловим обробленням. Застосування таких процесів призводять до забруднення навколишнього природного середовища стічними водами, значного збільшення енергетичних витрат та викидів оксидів вуглецю і парів води в атмосферу. Масове використання фосфогіпсу замість природного гіпсового каменя в світовій практиці стримується відсутністю екологічно та економічно прийнятних процесів його утилізації, а в Україні вони взагалі відсутні.

Розглянуто також питання утилізації багатотоннажного відходу киснево-конверторного виробництва сталі. Наведено хімічний склад конверторного шлаку та його магнітних фракцій, що утворюється на різних металургійних комбінатах, шляхи його вторинного використання в металургійному виробництві, будівельній індустрії та металообробці.

На підставі проведеного аналізу сформульовано ідею, мету і задачі дослідження.

У другому розділі викладено характеристики досліджуваних та допоміжних речовин, об'єкти та основні методи дослідження, обґрунтовано технологічні схеми та апробовано екологічно прийнятний процес утилізації відвального фосфогіпсу з апатитової сировини. Наведено результати досліджень, які проводилися із використанням дослідно-промислової установки випалення матеріалів у зваженому стані. На підставі проведених досліджень запропоновано спосіб утворення гіпсового в'яжучого з фосфогіпсу за рахунок випалення апатитового фосфогіпсу після його висушування. Стадія висушування здійснюється в два етапи. Перший етап відбувається під час помелу фосфогіпсу за рахунок подавання в млин теплоносія з температурою 400-500⁰С. Досушування суміші продовжується в процесі транспортування фосфогіпсу через сепаратор та циклон разом з теплоносієм. На цьому етапі процесу масова частка води у суміші досягає значень у діапазоні від 5 до 7% мас. Другий етап починається після того, як суміш поступає в лінію нагріву, де зустрічається з теплоносієм, який відпрацював в лінії випалення. При проходженні лінії нагріву і другого циклону вміст води у фосфогіпсі зменшується до значень менше 1% . Після відділення від теплоносія фосфогіпс поступає в лінію випалення (дегідратації). Тут фосфогіпс зустрічається знову з теплоносієм. який генерується в теплогенераторі. При випаленні тепло теплоносія витрачається на ендотермічну реакцію дегідратації. На основі результатів експериментальних досліджень встановлено, що при високошвидкісному випалюванні фосфогіпсу з апатитової сировини, можливо виготовити гіпсові в'яжучі з фосфогіпсу (ГВФ) груп швидкого твердіння та нормального твердіння за ДСТУ Б В.2.7-82-99 шляхом змінення тривалості термічної обробки. Виявлено, що температура теплоносія та тривалість його впливу впливає на міцність отриманого гіпсового в'яжучого та проміжок часу його тужавіння.

Запропоновано та апробовано захищений патентом України екологічно прийнятний технологічний процес утилізації випаленого відвального фосфогіпсу шляхом виготовлення з нього газогіпсобетону. Екологічність та економічність процесу забезпечується тим, що він не потребує автоклавного теплового оброблення і не супроводжується викидами парниковоутворювальних газів.

Визначено, що показники якості газогіпсобетонної композиції для виготовлення ніздрюватого бетону мають такі значення:

- об'ємна маса, кг/м³ - 455- 540,

- міцність при стисканні, МПа - 1,35- 1,50,

- коефіцієнт теплопровідності, л, Вт/м·^оС - 0,15-0,16.

Наведено також результати досліджень з отримання сухих будівельних сумішей, які отрмувалися на основі ГВФ, який завжди містить сліди Н₃ро₄, що сприяє пороутворенню і полегшує нанесення штукатурних сумішей на поверхню, зменшує налипання розчинів на інструмент. Приготування штукатурних сумішей на ГВФ дає можливість зменшити склад компонентів суміші, а саме: не вводити додатково пластифікатори і мікрогазоутворювачі.

В таблиці 1 наведено результати визначення показників якості сухих будівельних сумішей, отриманих із гіпсових в'яжучих як на основі природного гіпсу, так і на основі фосфогіпсу.

Таблиця 1. Результати експериментальних досліджень з визначення показників якості сухих будівельних сумішей з фосфогіпсу та природного гіпсу

Показники якості	Сухі суміші з використанням гіпсового в'яжучого з фосфогіпсу	Сухі суміші з використанням гіпсового в'яжучого з природного гіпсу
Термін придатності, хв.	75 - 100	30
Адгезія до основи через 24 години, МПа	0,55 - 0,8	0,5
Міцність розчину на стиснення, Мпа	5,2 - 6,2	5,0
Міцність на розтягування при вигині, МПа	1,3 - 1,7	1,1
Максимальна товщина нанесеного шару, мм	12,0	5,0

Аналіз результатів досліджень, наведених у табл. 1, дозволяє зробити висновок про суттєві переваги сухої будівельної суміші на основі гіпсового в'яжучого, отриманого під час утилізації фосфогіпсу запропонованим способом, за такими показниками, як термін придатності (у 2-3 рази), адгезії до основи (у 1,1-1,6 разів), а також максимальної товщини нанесеного шару (у 2,4 раза).

Третій розділ присвячено обґрунтуванню технологічних рішень та апробуванню екологічно прийнятних процесів сумісної утилізації двох видів фосфогіпсу:

- технологічний фосфогіпс з фосфоритної сировини, основною речовиною якого є дигідрат сульфату кальцію (CaSO₄·2H₂O);

- відвальний фосфогіпс з апатитової сировини після його випалення з перетворенням у в- напівгідрат сульфату кальцію (в-CaSO₄·0,5H₂O).

Технологічний фосфогіпс з фосфоритної сировини, який є відходом виробництва фосфорної кислоти (свіжоутворений) Дніпровського заводу мінеральних добрив, відповідав марці ФГД-2 за ТУ У 26.5-30299063-007-2004 «Фосфогіпс дрібнодісперсний ФГД». Виявлено вплив способу формування зразків на міцність за стиснення після виготовлення зразків на основі свіжоутвореного технологічного фосфогіпсу і встановлено, що значення міцності для чотирьох досліджених способів дорівнювало 0;1; 4 та18 МПа відповідно.

На рис 1. Наведено результати досліджень з виявлення залежності міцності сформованих зразків із суміші відвального невипаленого апатитового фосфогіпсу та свіжо утвореного фосфоритного фосфогіпсу.

На підставі отриманих результатів та з урахуванням того, що хімічною основою невипаленого апатитового фосфогіпсу є дигідрат сульфату кальцію, а випаленого є в - напівгідрат сульфату кальцію, було зроблено теоретичне припущення стосовно більш ефективного застосування останнього, що було підтверджено експериментально.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Залежність міцності за стиснення зразків, сформованих із суміші відвального невипаленого апатитового фосфогіпсу та свіжоутвореного фосфоритного фосфогіпсу від значень тиску формування та тривалості твердіння. 1 - тиск формування - 10 МПа; 2 - тиск формування - 15 МПа; 3 - тиск формування - 20 МПа

Встановлено,що зразки із дослідженої суміші набули найвищого значення міцності за стиснення (12 МПа) забезпечується після 7 діб твердіння за умови тиску формування 10 МПа.

Відомими способами видалення води є два:механічний, внаслідок застосування якого з'являється новий вид відходів - стічні води; теплова обробка - висушування - яка призводить до значних витрат палива, а при згорянні палива утворюються продукти, які забруднюють атмосферу парниковоутворюючими газами. Під час виконання роботи було висунуто теоретичне припущення щодо хімічного видалення води за допомогою напівгідрату сульфату кальцію - або в- модифікації. Спочатку теоретично визначили кількість напівгідрату сульфату кальцію (формула 1), який необхідно додати до технологічного фосфогіпсу, щоб зв'язати частку зайвої води у фосфогіпсу, с тим щоб суміш мала остаточну вологість, необхідну для якісного формування виробів. Запропоновано формулу, за допомогою якої можна визначити витрату (кг/с) випаленого відвального фосфогіпсу - напівгідрату сульфату кальцію (ПСК), який додають до технологічного фосфогіпсу :

фосфогіпс шлак утилізація забруднювач

ПСК = (1,2 1,4) (1)

де Р - продуктивність активатора по суміші фосфогіпсу з вологістю, яка залишилася в ньому після її хімічного видалення, кг/с, Wn - початкова вологість свіжого фосфогіпсу %, Wk - вологість суміші відвального випаленого та свіжого фосфогіпсу після хімічного видалення вологи %.

Визначено, що раціональне співвідношення між свіжоутвореним фосфоритним фосфогіпсом і напівгідратом сульфату кальцію, отриманим шляхом випалу апатитового фосфогіпсу , знаходиться в межах (85 ±5)% випаленого фосфогіпсу, напівгідрат сульфату кальцію - решта - рис. 2.



Рис. 2. Залежність міцності на стиск зразків від співвідношення технологічного і випаленого відвального фосфогіпсу та тривалості твердіння

Виявлено вплив величини пресового тиску на міцність на стиснення зразків будівельних виробів, які тверділи протягом 1 доби, 3 діб та 7 діб (рис. 3). Встановлено, що за пресового тиску в діапазоні від 10 до 40 МПа отримуються зразки з міцністю від 12 до 21 МПа залежно від тривалості твердіння.



Рис. 3. Залежність міцності на стиск фосфогіпсових зразків від величини пресового тиску для різних значень тривалості твердіння.

На підставі проведених досліджень розроблено новий екологічно чистий процес (рис. 4) сумісної утилізації свіжоутвореного і відвального фосфогіпсу, який дозволяє отримувати будівельні вироби стандартної якості, за спрощеною схемою, без забруднення навколишнього середовища стічними водами та зі зменшеним викидом газоподібних забруднюючих речовин в атмосферу.



Рис. 4. Принципова схема процесу сумісної утилізації свіжоутвореного і відвального фосфогіпсу.

Усереднені параметри отримуваних виробів за кімнатної температури: міцність при стисненні -10,0-20,0 МПа; міцність при вигині 4,5-5,0 МПа; середня щільність -1100-1500 кг/м³.

Запропонований процес дозволяє отримати будівельні вироби, за спрощеною технологією, виключаючи забруднення навколишнього середовища і знизити витрати енергетичних ресурсів. В суміші, що містить свіжий фосфогіпс, напівгідрат сульфату кальцію, отриманий з відвального фосфогіпсу, оксид кальцію і пісок, відмічено утворення гідросилікатів без автоклавної обробки.

У четвертому розділі наведено результати досліджень з вивчення можливісті використання конверторного шлаку в якості дрібнодисперсного наповнювача до пінополімерних ізоляцій (ППМІ). Як полімерну складову у ППМІ використовували поліізоціанат (ПІЦ) - лейконат. В таблиці 2 наведено результати досліджень з виявлення впливу співвідношень компонентів в системі полімер-конверторний шлак на міцність за стиснення зразків ППМІ.

Таблиця 2 Результати визначення міцності зразків ППМІ за різного співвідношення компонентів

Об'ємне співвідношення (полімер - конверторний шлак)	Міцність за стиснення, МПа
1 : 0	2,0
1 : 0,5	9,5
1 : 1	6,0
1 : 1,5	4,5

Аналіз отриманих експериментальних даних показує, що міцність за стиснення зразків ППМІ з дрібнодисперсним конверторним шлаком зростає майже у 5 разів. Наведено також результати досліджень з розроблення способу утилізації конверторного шлаку, за яким товарний продукт отримують змішуванням компонентів в співвідношенні конверторний шлак, - 70-85 % мас., відходи виробництва карбіду кремнію - решта.

Результати випробувань абразивного матеріалу за різного вмісту карбіду кремнію і різного розміру зерен проілюстровано на рис.5.

Рис. 5 Залежність абразивної здатності композицій від вмісту карбіду кремнію у його суміші з конверторним шлаком.

Аналіз даних випробувань показав, що найкращі результати досягаються для композицій за вмісту відходів виробництва карбіду кремнію від 15 до 30 масових відсотків, конверторний шлак - решта. На підставі отриманих результатів розроблено і зареєстровано технічні умови на шість марок шлаку для металургії і абразивної обробки металевих виробів. Таким чином, вказаний великотоннажний відхід переведено в категорію побічного товарного продукту основного виробництва.

У п'ятому розділі викладено результати оцінки екологічних та економічних аспектів запропонованих процесів утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку. Було визначено питому активність природних радіонуклідів в сірійському фосфориті і отриманому з нього фосфогіпсу.

Таблиця 4 Питома активність радіонуклідів в фосфориті і отриманому з нього фосфогіпсі

Найменування зразків	Питома активність природних радіонуклідів, Бк/кг
	Ra-226	Th-232	K-40	U-234	U-235	U-238	Po-210	Pb-210	Th-230
Фосфорит сірійський	780± 140	< 10	< 60	650± 115	31,6± 8,4	650± 115	463± 93	720± 120	792± 110
Фосфогіпс ФГМ	421± 84	< 8	< 50	92± 28	4,5± 1,3	92± 28	234± 54	435± 92	387± 100
Відсоток переходу	54,0			14,2	14,2	14,2	50,5	60,4	48,9

Розраховано питому активність природних радіонуклідів, яка складає: для фосфориту близько 790 Бк/кг, для отриманого з нього фосфогіпсу - 425 Бк/кг. Таким чином, в процесі отримання екстракційної фосфорної кислоти з сірійського фосфориту близько 54% природних радіонуклідів, що визначають клас використання матеріалу в будівництві, переходить у фосфогіпс. Оскільки за НРБУ-97 1-й клас будівельних матеріалів і мінеральної сировини повинен мати ефективну питому активність не вище 370 Бк/кг, використання свіжоутвореного фосфоритного фосфогіпсу в будівельній індустрії доцільно не в чистому вигляді, а в суміші з відвальним апатитовим фосфогіпсом, ефективна питома активність природних радіонуклідів в якому складає близько 50 Бк/кг. Проведені дослідження з виявлення взаємозв'язку між витратою теплової енергії та викидами газоподібних забруднювачів в атмосферу під час теплової обробки фосфогіпсу і запропонована формула, яка відображає питому кількість газів, що виділилися в процесі виробництва продукції при термічній обробці, м³/кг продукції :

(2)

деGг - кількість продуктів згоряння палива, кг/м³ (кг) палива; В_Т - витрати палива на процес випалу, м³ (кг)/кг продукції; G_C - витрати сухої сировинної суміші на одиницю готової продукції, кг/кг продукції; п - кількість молекул води в алюмосилікаті; m - кількість молекул оксидів в солях інших металів, які є у складі сировинної суміші та здатні утворити газоподібні сполуки, що розкладаються при термічній обробці; , М_МеХОy - молекулярна маса відповідно диоксиду вуглеця, карбонату кальцію, карбонату магнію, вологи, алюмосилікатних мінералів, дигідрату сульфату кальцію та інших сполук, здатних до розкладання при термічній обробці, кг; СаCO₃ , MgCO₃ , ASH, , MeXOy - вміст карбонату кальцію, карбонату магнію, алюмосилікатних мінералів, дигідрату сульфату кальцію та інших мінералів в сировині, % від маси сухої сировинної суміші; W - вологість сировинної суміші, % від маси вологої сировинної суміші. Застосування цієї формули надає можливість прогнозування викидів забруднюючих газоподібних сполук в атмосферу на стадії проектування технологічної лінії без складних обчислювань та дорогих вимірів. Крім того, за допомогою формули можна визначити шляхи зменшення забруднення навколишнього середовища токсичними газами, у тому числі і такими, що утворюють парниковий ефект: зменшення вмісту у сировинній суміші карбонатів; зниження вологості сировинної суміші; скорочення витрат палива на технологічний процес; зменшення величини ендотермічного ефекту хімічних реакцій. Порівняння показників з витрат палива на теплову обробку фосфогіпсу (табл. 3) за двома технологіями - автоклавної фірми «Джіуліні» і запропонованої показують, що пропонована технологія відрізняється низькими витратами паливних ресурсів. Так, загальна витрата умовного палива на тонну готової продукції за запропонованою нами технологією в 21 раз нижче, ніж за технологією фірми «Джіуліні».

Таблиця 3 Порівняльні показники споживання палива на теплову обробку фосфогіпсу

Процес утилізації фосфогіпсу	Витрата палива на сушку фосфогіпс, кг у.т./т ПГСК	Витрата палива на утворення ПГСК кг у.т./т ПГСК	Сумарна витрата палива кг у.т./т ПГСК	Частка ПГСК в кінцевій продукції,% мас.	Витрата палива на 1 т продукції, кг у.т./т продукції
„Джіуліні”	50	123,7	173,7	100	173,7
Запропнована	50	80,0	30,0	10	8,0

Витрати на очищення та утилізацію 1 тонни стоків технологічної лінії утилізації фосфогіпсу з отриманням в'яжучого на Воскресенському ПО «Міндобрива» (технологія «Джіуліні») складають у грошовому еквіваленті суму, приблизно рівну вартості виробництва 1 тонни в'яжучого. Стічних вод на 1 тонну в'яжучого за цією технологією утворюється близько 2,5 т. у той час, як за пропонованим у роботі способом відсутні (табл. 4).

Таблиця 4 Показники утворення відходів при переробці фосфогіпсу

Процес утилізації	Питомий вихід відходів, т/т продукту
	Стічні води	Гази, що відходять та створюють парниковий ефект
		Всього	у тому числі
			Со2	Н2о
„Джіуліні”	2,5	4,65	0,24	0,81
Запропонований	0	0,208	0,01	0,028

За процесом, що запропоновано, загальна кількість газових викидів знижується більш ніж в 20 разів, а парникових газів в 24 рази порівняно з процесом фірми «Джіуліні». Технологія, що пропонується має менше теплових витрат, зменшує витрати на очищення стічних вод, знижує забруднення довкілля газовими викидами, звільнює землі, зайняті відходами. Техніко-економічний розрахунок показують, що утилізація щороку 200 тис. т фосфогіпсу та дає економічний ефект від впровадження запропонованого процесу складе більше 500 млн. грн.

В таблиці 5 наведено результати еколого-гігієнічної оцінки шлаку киснево-конверторного виробництва сталі на вміст в ньому важких металів.

Таблиця 5 Вміст важких металів в шлаку киснево-конверторного виробництва сталі ШКМА

Важкий метал	Концентрація, мг/кг
	Рухома форма при 25оС	Валова форма
	ШКМА	ГДК в ґрунті	ШКМА	ГДК в грунті
Свинець (Pb)	< 0,1	-	< 0,1	32,0
Кадмій (Cd)	< 0,1	-	1,3	-
Цинк (Zn)	< 0,1	23,0	18,8	-
Марганець (Mn)	< 0,1	-	10000	1500
Мідь (Cu)	< 0,1	3,0	4,0	-
Хром (Cr)	< 0,1	6,0	143,6	80,0
Нікель (Ni)	< 0,1	4,0	14,0	-

Аналіз отриманих результатів дозволяє зробити висновок, що конверторний шлак є прийнятним з еколого-гігієнічних позицій для використання,у тому числі у запропонованих композиціях (абразивного матеріалу та наповнювача пінополімерних ізоляцій).

ВИСНОВКИ

В дисертації, що є завершеною науково-дослідною роботою, вирішено актуальну науково-практичну задачу розкриття особливостей впливу способів та технологічних рішень на екологічність процесів утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку, якість отриманої під час їх реалізації товарної продукції, як підґрунтя поліпшення екологічного стану навколо об'єктів з їх наявністю, а також більш раціонального використання природних ресурсів. В результаті дисертаційного дослідження сформульовано наступні науково-практичні результати та висновки:

1. Основним недоліком найбільш розповсюджених технологій утилізації фосфогіпсу шляхом перероблення його на будівельні матеріали, є обов'язковий процес видалення з нього води або механічним віджиманням у фільтрах, або тепловим обробленням, що призводить до забруднення навколишнього природного середовища стічними водами, значного збільшення енергетичних витрат та викидів оксидів вуглецю і парів води в атмосферу. Поліпшення екологічного стану навколо небезпечних об'єктів з наявністю фосфогіпсу та конверторного шлаку може бути застосування екологічно прийнятних процесів їх утилізації з отриманням товарної продукції;

2. Розроблено технологічний процес утилізації свіжоутвореного фосфоритного фосфогіпсу у суміші з випаленим відвальним апатитовим фосфогіпсом, який дозволяє отримувати товарну продукцію - будівельні вироби стандартної якості за спрощеною схемою, без забруднення навколишнього середовища стічними водами, а також зі зменшеними в 20 разів викидами газоподібних забруднювачів, при цьому зменшено у 21 раз витрати енергетичних ресурсів;

3. Експериментальними дослідженнями підтверджено ефективність екологічно прийнятного процесу утилізації відвального фосфогіпсу, сутність якого полягає у термічній дегідратації під час його зваженого стану за температур в діапазоні від 100 до 120°С з утворенням в-напівгідрату сульфату кальцію та подальшим застосуванням його у якості в'яжучого для отримання сухих будівельних сумішей та газогіпсобетону за температурного діапазону від 15 до 35°С без автоклавного оброблення;

4. Показано теоретичний взаємозв'язок масової витрати в-напівгідрату сульфату кальцію від продуктивності механічного активатора, вихідної та кінцевої масової частки води у свіжоутвореному фосфоритному фосфогіпсі, необхідної для отримання будівельних виробів з їх суміші без механічного або теплового видалення води, а також експериментально підтверджено ефективність хімічного зневоднення фосфоритного фосфогіпсу шляхом додавання до нього в-напівгідрату сульфату кальцію отриманого з апатитового фосфогіпсу;

5. Розроблено спосіб утилізації конверторного шлаку шляхом його введення в якості дрібнодисперсного наповнювача до пінополімерних ізоляцій, при цьому міцність зразків ППМІ зростає майже в 5 разів порівняно з початковим значенням;

6. На основі результатів експериментальних даних обґрунтовано і апробовано екологічно прийнятний процес утилізації конверторного шлаку, сутність якого полягає у його подрібненні, класифікуванні та змішуванні з відходами виробництва карбіду кремнію;

7. Розроблено і зареєстровано технічні умови на фосфоритний фосфогіпс ТУ У 26.5- 30299063- 007-2004 «Фосфогіпс дрібнодисперсний ФГД»;

8. Розроблено і зареєстровано технічні умови на шість марок конверторного шлаку ТУ 27.1-30299063-006-2002. Чотири великотоннажні відходи переведено в категорію побічних товарних продуктів основного виробництва та почався процес звільнення і рекультивації територій, зайнятих фосфогіпсом і конверторним шлаком, що сприяє поліпшенню екологічного стану на об'єктах їх накопичення; На підставі апробування та відпрацювання на дослідній установці високошвидкісної безвідходної технології отримання обпалювального в'яжучого з фосфогіпсу визначені оптимальні технологічні параметри процесу утилізації; перелік необхідного устаткування, а також видані вихідні дані для проектування в м. Дніпродзержинську першої черги промислової установки отримання в'яжучого з фосфогіпсу продуктивністю 200000 т/рік.;

9. Проведено оцінку еколого-гігієнічних аспектів утилізація фосфогіпсу та конверторного шлаку і виявлено, що впровадження запропонованих удосконалених технологічних процесів призводить до суттєвого поліпшення екологічного стану навколо об'єктів з їх наявністю.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

У наукових фахових виданнях:

1. Иващенко Т.Г. Получение товарной продукции из металлургических и угольных шламов днепродзержинских техногенных месторождений / Т.Г.Иващенко, В.Н.Филин // Журнал „Екологія і природокористування”, 2003, вип.6, с.144-146

2. Иващенко Т.Г. Эколого-гигиенические аспекты использования в производстве клинкера железосодержащих металлургических отходов / Т.Г.Иващенко, В.Н.Филин А.А.Шевченко // Журнал «Экология и промышленность», 2008, №1, с.63-66

3. Иващенко Т.Г. Свойства конверторного шлака и основные направления его переработки / Т.Г.Иващенко, В.В. Лесовой В.Н.Филин // Журнал «Металлургическая и горнорудная промышленность», 2008, №1, с.122-126

4. Иващенко Т.Г. Газогипсобетон на основе фосфогипса / Винниченко В.И., Иващенко Т.Г., Казимагомедов И.Э., Костюк Т.А., Крайнов И.П. // Журнал „Екологічна безпека”, 2008, №2, с. 113-115.

5. Иващенко Т.Г. Технико-экологические проблемы утилизации фосфогипса / Винниченко В.И., Иващенко Т.Г.,Филин В.Н. // Науковий вісник будівництва. Вип. 49. Матеріали ІІІ Міжнародного наукового семінару „Методи підвищення ресурсу місцевих інженерних інфраструктур” (15-17 жовтня 2008 р., м. Харків) - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 2008. - с. 41-44.

6. Иващенко Т.Г. Взаимосвязь затрат топлива и выбросов газообразных загрязняющих веществ в атмосферу в химических технологиях / Винниченко В.И., Иващенко Т.Г. // Вісник Національного технічного університету „Харківский політехнічний інститут”. Вип.33. Зб. наук. праць. Тем. випуск „Хімія, хімічна технологія та екологія”. - Харків: НТУ „ХПІ”. - 2008. - №33. - с. 158-161

7. Иващенко Т.Г. Фосфоритный фосфогипс: свойства, основные направления переработки и эколого-гигиеническая оценка / Т.Г.Иващенко, В.Н.Филин, И.П.Крайнов // Журнал «Экология и промышленность», 2009, №1, с.56-61.

8. Иващенко Т.Г. Технологии переработки фосфогипса в гипсовые вяжущие /Винниченко В.И., Крайнов И.П., Иващенко Т.Г., Филин В.Н., Лисин Д.В., Жегусь Ю.Н. // Экология и промышленность. - Харків:-2009.- № 2. -С.60-64.

9. Иващенко Т.Г. Влияние различных факторов на прочность фосфогипсовых образцов/ Иващенко Т.Г., Филин В.Н., Винниченко В.И., Котляренко В.В., Лисин Д.В., Жегусь Ю.Н. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут».- Харків: Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут».- 2009.- № 22.- С.176-180.

10. Иващенко Т.Г. Термическая обработка фосфогипса во взвешенном состоянии /Винниченко В.И., Иващенко Т.Г.,Котляренко В.В., Лисин Д.В. // Вісник Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут».- Харків: Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут».- 2009.- № 24. - С. 105-109.

Особистий внесок здобувача у роботах, написаних у співавторстві:

[1], здобувачем оптимізовані показники якості вторинних продуктів отриманих з великотоннажних промислових відходів Дніпродзержинську;

[2], автором проведена порівняльна еколого-гігієнічна оцінка залізовміщуючих відходів, включаючи конверторний шлак, як компоненту клінкерної шихти;

[3], претендентом пропрацьовані основні напрями переробки конверторного шлаку;

[4], здобувачем оптимізована частка фосфогіпсового в'яжучого в рецептурах газогіпсобетону;

[5], здобувачем проведена оптимізація технологічних параметрів випалення фосфогіпсу в зваженому шарі, а також показані екологічні переваги розробленої технології порівняно з мокрою автоклавною технологією отримання в'яжучого; [6], автором встановлений взаємозв'язок економічних і екологічних параметрів при випаленні сировини для в'яжучих матеріалів;

[7], здобувачем визначений ступінь переходу природних радіонуклідів з фосфориту у фосфогіпс в процесі отримання екстракційної фосфорної кислоти;

[8], автором виконано аналіз способів нейтралізації водорозчинних фосфатів у складі фосфогіпсу;

[9], здобувачу належить ідея про створення технології сумісної утилізації свіжого фосфогіпсу та фосфогіпсу, який знаходиться у відвалах;

[10], здобувач приймав участь у аналізі результатів досліджень та формулюванні висновків.

Опубліковано в інших виданнях:

1. Иващенко Т.Г. Шлак кислородно-конверторного производства как сырье для доменных печей и агломерации / Т.Г.Иващенко, В.Н.Филин, В.В. Роговской // Cборник тезисов докладов на 4-й Всеукраинской науч.-методической конф. “Екологія та інженерія. Стан, наслідки, шляхи створення екологічно чистих технологій”, Днепродзержинск, 22-25 окт. 2002,с.124-125

2. Иващенко Т.Г. Сухие строительные смеси на основе фосфогіпса / Винниченко В.И., Костюк Т.А., Иващенко Т.Г., Филин В.Н // Зб. матер. конф. „Екологія довкілля - 2008”. „Ресурсо- та енергозбереження на підприємствах гірничо-металургійного та хімічного комплексу України” (07-11 жовтня 2008р., м.Партенит, Крим) - Київ: Тов-во „Знання”, 2008. - с. 60-62

3. Иващенко Т.Г. Конвертерный шлак как наполнитель в пенополимерминеральной изоляции / Иващенко Т.Г., Филин В.Н. // Зб. матеріалів IV Української науково-техн. конф. „Сучасні проблеми технології неорганічних речовин” (14-16 жовтня 2008 р., м. Дніпродзержинськ) - ДДТУ, 2008. - 260с.

4. Иващенко Т.Г., Винниченко В.И. Повышение экологической безопасности технологии утилизации фосфогипса при переработке его в строительные материалы / Матеріали Міжнародної науково-технічної конференції «Екологічна и техногенна безпека. Охорона водного та повітряного басейнів. Утилізація відходів» (08-12 июня 2009 г., г. Алушта). - Сб. праць. - Харків: 2009. - С. 341-350.

5. Иващенко Т.Г. Практические результаты концепции перевода промышленных отходов Днепродзержинска в товарные побочные продукты / Роговской В.В., Иващенко Т.Г., Филин В.Н. // Сборник научных статей XVII Межд. научно-практ. конференции «КАЗАНТИП-ЭКО-2009. Экология, энерго- и ресурсосбережение, охрана окружающей среды и здоровье человека, утилизация отходов» (1-5 июня 2009 г., г. Щелкино, АР Крым). - Том 2. - Харьков: «Изд-во САГА», 2009. - с. 586-588.

Особистий внесок здобувача в опублікованих у співавторстві :

[1], автором оптимізовані показники якості вторинних продуктів, отриманих з конверторного шлаку;

[2], здобувачем оптимізована частка фосфогіпсового в'яжучого в рецептурах композицій сухих будівельних сумішей;

[3], автор пропрацював ступінь дисперсності наповнювача і співвідношення полімер - конверторний шлак;

[4], здобувачем проаналізовано недоліки розповсюджених технологій утилізації фосфогіпсу при переробці його в будівельні матеріали та вироби;

[5], здобувачем оптимізовані показники якості вторинних продуктів, отриманих з великотоннажних промислових відходів Дніпродзержинську, включаючи фосфогіпс і конверторний шлак.

Отримано патентів на винаходи:

1. Іващенко Т.Г. Спосіб переробки фосфогіпсу в гіпсове в'яжуче / Вінниченко В.І. Іващенко Т.Г. // Патент України на корисну модель №39919, опубл. 25.03.2009 р., Бюл. №9.

2. Іващенко Т.Г. Спосіб виготовлення будівельних виробів із фосфогіпсу / Вінниченко В.І., Іващенко Т.Г., Філін В.М., Жегусь Ю.М. // Патент України на корисну модель №42331, опубл. 25.06.2009 р., Бюл. №12.

3. Іващенко Т.Г. Суха будівельна суміш для улаштування штукатурного покриття / Т.О.Костюк В.І. Вінниченко Т.Г.Іващенко // Патент України на корисну модель №44887, опубл. 26.10.2009 р., Бюл. №20.

4. Іващенко Т.Г. Композиція для виготовлення ніздрюватого бетону / Костюк Т.О., Вінниченко В.І., Іващенко Т.Г., Казімагомедов І.Е. // Патент України на корисну модель №44888, опубл. 26.10.2009 р., Бюл. №20.

Особистий внесок здобувача у винаходи

[1], здобувачу належить ідея розділу стадії висушування в'яжучого в два етапи;

[2], здобувач оптимизував режим стадії активації фосфогіпсової суміші;

[3], здобувач оптимизував склад сухої будівельної суміші;

[4], здобувач оптимізував співвідношення компонентів композиції.

АНОТАЦІЇ

Іващенко Т.Г. Екологічно безпечні процеси утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 21.06.01 - екологічна безпека. Державна екологічна академія післядипломної освіти та управління Мінприроди України, м. Київ, 2010.

В роботі розкрито особливості впливу способів та технологічних рішень на екологічність процесів утилізації фосфогіпсу і конверторного шлаку, якість отриманої під час їх реалізації товарної продукції, як підґрунтя поліпшення екологічного стану навколо об'єктів з їх наявністю, а також більш раціонального використання природних ресурсів.

Обгрунтовано процес утилізації фосфогіпсу з отриманням гіпсового в'яжучого. Розроблені і випробувані нові екологічно прийнятні раціональні технології одержання газо- та піногіпсобетону і сухих будівельних сумішей. Як в'яжуче, використано напівгідрат сульфату кальцію, одержаного випаленням відвального фосфогіпсу. В основу виготовлення пресованих виробів з фосфогіпсу покладено властивість напівгідрату сульфату кальцію вступати в реакцію з водою з отриманням дигідрату сульфату кальцію. Обгрунтовано процес утилізації конверторного шлаку шляхом використання його в якості дрібнодисперсного наповнювача до пінополімерних ізоляцій, а також в якості абразивного матеріалу у суміші з відходами виробництва карбіду кремнію.

Проведено оцінку еколого-гігієнічних аспектів утилізація фосфогіпсу та конверторного шлаку і виявлено, що впровадження запропонованих удосконалених технологічних процесів призводить до суттєвого покращення екологічного стану навколо об'єктів з їх наявністю.

Ключові слова: утилізація, багатотоннажні відходи, екологічна безпека, фосфогіпс, конверторний шлак, в'яжуче, гіпсобетон, сухі будівельні суміші, абразивний матеріал.

Иващенко Т.Г. Экологически безопасные процессы утилизации фосфогипса и конверторного шлака. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 21.06.01 - экологическая безопасность. Государственная экологическая академия последипломного образования и управления Минприроды Украины, г. Киев, 2010 .

В работе раскрыты особенности влияния способов и технологических решений на экологичность процессов утилизации крупнотоннажных промышленных отходов - фосфогипса и конверторного шлака, качество полученного в ходе их реализации товарной продукции, как основы улучшения экологического состояния вокруг объектов с их наличием, а также более рационального использования природных ресурсов.

Рассмотрены особенности распространенных технологий переработки фосфогипса и конверторного шлака. Приведены результаты анализа современного уровня указанных технологий. Показано, что основным недостатком наиболее распространенных способов утилизации фосфогипса с образованием строительных материалов, является обязательный процесс удаления из него воды либо механическим отжимом в фильтрах, либо тепловой обработкой, что приводит к загрязнению окружающей природной среды сточными водами, повышению энергетических затрат и выбросов оксидов углерода и паров воды в атмосферу.

Обоснован и апробирован технологический процесс утилизации свежеобразованого фосфоритного фосфогипса в смеси с отожженным отвальным апатитовым фосфогипсом, который позволяет получать товарную продукцию - строительные изделия стандартного качества по упрощенной схеме, без загрязнения окружающей среды сточными водами, а также с уменьшенными в 20 раз выбросами газообразных загрязнителей, при этом уменьшен в 21 раз расход энергетических ресурсов.

Экспериментальными исследованиями подтверждена эффективность предложенного экологически приемлемого процесса утилизации отвального фосфогипса, сущность которого заключается в его термической дегидратации во взвешенном состояния при температурах в диапазоне от 100 до 120 ° С с образованием в-полугидрата сульфата кальция и последующим применением его в качестве вяжущего для получения сухих строительных смесей и газогипсобетона в температурном диапазоне от 15 до 35 ° С без автоклавной обработки.

Установлено взаимосвязь массового расхода в-полугидрата сульфата кальция от производительности механического активатора, исходной и конечной массовой доли воды в свежеобразованом фосфоритном фосфогипсе, необходимого для получения строительных изделий без механического или теплового удаления воды. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность химического обезвоживания фосфоритного фосфогипса путем добавления к нему в-полугидрата сульфата кальция, полученного из апатитового фосфогипса.

Рассмотрены технико-экономическая и экологическая эффективность предлагаемых технологий утилизации фосфогипса. Получена закономерность, которая связывает свойства исходного сырья, начальную влажность сырьевой смеси с удельным топлива на единицу конечного продукта и объемы образования газов в процессе термической обработки.

Предложен процесс утилизации конвертерного шлака путем использования его в качестве мелкодисперсного наполнителя к пенополимерным изоляциям, а также в качестве абразивного материала в смеси с дисперсными отходами производства карбида кремния. Показана экологическая приемлемость таких композиций.

Разработаны и зарегистрированы технические условия на две марки фосфоритного фосфогипса для цементной промышленности, шесть марок конверторного шлака для металлургии и абразивной обработки металлических изделий. Результаты работы внедрены на:

- ЗАО «Днепрохимстрой» (г. Днепродзержинск) путем изготовления по предложенному в диссертации способу блоков из ячеистого бетона, в рецептуру которого входит 79% гипсового вяжущего, полученного из фосфогипса. По таким показателям качества, как объемная масса, прочность при сжатии и коэффициент теплопроводности такой бетон превышает требования стандартов;

- ЗАО «Днепрохимстрой» (г. Днепродзержинск) путем изготовления из фосфогипса, негашеной извести и полугидрата сульфата кальция по предложенному в диссертации способу стеновых блоков для внутренних перегородок. По таким показателям качества, как прочность на сжатие, удельная плотность, коэффициент водостойкости изделия соответствуют стандартным требованиям;