Размещено на http://www.allbest.ru/

введение

Ежегодно в нашей стране образуется около 40 млн тонн твердых бытовых отходов. В составе бытового мусора 3% -- стеклобой. Основной объем отходов стекла образуется за счет различных видов стеклотары. Кроме того, около 3% стеклобоя приходятся на листовое стекло.

Рынок стеклянной тары в нашей стране рос на 10-15% в год вплоть до 2009 года, что было обеспечено активизацией спроса на стеклянную бутылку, которая позиционируется как престижная упаковка. Согласно официальной статистике, в 2008 году объем внутреннего производство стеклянной тары в РФ составил 12.1 млрд шт. В 2009 году, объем производства сократился на 20%, составив 9,8 млрд штук, что связано с сокращением потребления дорогих продуктов питания в связи с кризисом.

Основными потребителями стеклянных бутылок являются производители пива, алкогольных и некоторых других напитков (вода, молочная продукция). Основная масса бутылок производится емкостью от 0,05 л до 3,75 л. Самые востребованные бутылки -- объемом 0,33, 0,5, 0,7, 0,75, 1 и 1,5 л. На бутылку объемом 0,5 л, приходится 41% рынка алкогольных напитков. Популярность пол-литровой бутылки обусловлена ее универсальностью. В такую емкость разливается практически весь ассортимент алкоголя, напитков и кетчупов.

Почти половина производимой в России стеклянной бутылки -- бесцветная, 33% выпуска приходится на коричневую бутылку и 15% -- на зеленую. Небольшая доля -- это эксклюзивная бутылка разных оттенков.

Производство стеклянных банок растет не так быстро, как бутылок, но зато более стабильно -- на 6-10% в год. Обусловлено это восстановлением консервной промышленности в России и рост спроса на отечественные продукты питания.

Глава 1. материалы и изделия на основе стеклобоя

Известно, что отходы силикатных производств представляют собой техногенный материал, получение которого сопряжено со значительными энергозатратами, и его вторичная переработка целесообразна не только с позиций экологической безопасности, но и ресурсосбережения.

Безвозвратные потери стекольных производств в виде боя достигают 15 - 40% от выпуска товарной продукции. В составе бытовых твердых отходов, например, городского мусора, стекло по объему занимает третье место (4 - 12%) после бумаги и пищевых отходов.

Проблемой массового повторного использования стеклобоя (промышленного и бытового) является его твёрдость, прочность, необходимость сортировки по цвету и химическому составу, высокая энергоёмкость вторичной переработки. Кроме того, стекло практически не разлагается, поэтому рассчитывать на его естественную утилизацию нельзя.

Массовый переход изготовителей пищевых продуктов и напитков на одноразовую стеклянную тару ещё больше обостряет экологические проблемы крупных городов. В среднем, общий объем отходов стекла в год составляет примерно 160-200 тыс. т (по г. Москве), из которых лишь треть была переработана.

На основе предложенной авторами классификации силикатных отходов по методам их вторичной переработки, выявлены приоритетные направления экобиозащитных технологий: эндо- и экзотермический, а также механохимический способы переработки отходов в порошок (5 - 800 мкм), гранулы (3 - 6 мм) и агломераты (1 - 8 мм). Разработано (выбрано) необходимое оборудование для формирования указанных химико-технологических систем (ХТС) и составлены технико-экономические обоснования рециклинга полученных продуктов.

Второе (дополнительное) направление использования ВМР - применение в качестве наполнителей новых конструкционных, лакокрасочных, строительных и других композиций и материалов. В этом случае новизной технических решений является то, что цвет и химический состав отходов не являются ограничительными признаками в реализации методов их вторичной переработки и повторного использования, а также полная автономность и независимость двойных технологий, как от вида отходов, так и от режимных параметров смежных процессов. Учитывая примерно одинаковую себестоимость ВМР, за критерий применимости в промышленности того или иного способа рекуперации параллельно с эколого-экономическим критерием принят показатель стабильности (иногда целенаправленного изменения) энергетического состояния поверхности (структурных превращений) переработанных отходов. Доказано, что переплавка отходов, кроме технических преимуществ, позволяет переводить структуру ВМР в состояние легко сочетающееся с итоговой структурой расплава в ванне основной стекловаренной печи.

Поставленная цель достигается тем, что технологию рекуперации отходов волокна, кучевую загрузку отходов, их плавку при температуре 1300°С ± 50°С, гомогенизацию расплава и термическую грануляцию, осуществляют в реакторе с двойным сводом (в нём размещают теплообменник). Применение такого свода с теплообменником и фильтром позволяет эффективно использовать тепло отходящих газов и снижать перепад температур между верхним и нижним строением плавильного бассейна, что резко снижает выбросы в атмосферу из расплава вредных и дефицитных компонентов (бор, фтор, мышьяк и др.) и значительно улучшает структуру получаемых гранул. Диаметр гранул колеблется от 3 до 6 мм. Производительность по гранулам составляет от 3 до 10 т/сут.

Оптимальные технологические условия в объёме отходов и получаемом расплаве, минимальные потери при сгорании топлива и стабильность химического состава стеклогранул позволяют снизить выбросы (сбросы) вредных веществ в биосферу в 10 - 20 раз, сэкономить минеральное сырьё (до 45%)и полностью перерабатывать твёрдые отходы.

Мобильная установка для селективного сбора и переработки бытового стеклобоя - предназначена для селективного (разделения по цвету белого, коричневого и зелёного) сбора бытового стеклобоя. Осуществляет единовременный сбор и непрерывную переработку боя с получением фракционных типоразмеров 5 - 30 мм и менее 100 мкм; обеспечивает сбор импортной стеклотары в местах массового отдыха (парки, рестораны, казино и др.), бой стекла в железнодорожных и метродепо, автобусных парках и автосервисах. Совместима с импортными контейнерами для раздельного сбора твёрдых бытовых отходов (типа ОМТ, МСВ немецкой фирмы "ЗСНАРЕК"). Позволяет получать на основе переработанного боя сырьё для стекловарения; наполнитель для красок и антикоррозионных мастик; исходный материал для облицовочных плит (интерьерных и фасадных) и др., а так же оперативно утилизировать ТБО (стеклобой) в любом административном округе, включая центральный, за счёт мобильности и экологической чистоты перерабатывающей установки в целом.

Установка включает в себя непосредственно 2 инженерных блока и составляет единый комплекс. Первый - блок селективного сбора стеклобоя; оборудование для его переработки, товарный продукт, участок затаривания, полиэтиленовые бочки для хранения стеклопорошка вместимостью 20 л и система пылегазоочистки. Второй - "тягач-шасси" на базе автомобиля ЗИЛ-5301 ("Бычок"), платформа которого и служит для монтажа всего технологического оборудования (рис.1).

Основная цель комплекса - полная переработка боя (белого, зелёного, коричневого цветов) в товарный продукт:

· 1А, ПА, ША - гранулы размером 15-30 мм - предлагаются стекловаренным заводам в качестве сырьевого материала - полуфабриката;

· 1С, ПС, П1С - частицы размером не более 100 мкм - предлагаются как наполнители красок, клеящих и антикоррозионных мастик.

Комплекс проведенных в МГУИЭ совместно с АО "Эковтормит" исследований позволил разработать оригинальные технологические способы и оборудование для получения из стеклобоя новых материалов и товаров: микроизделия (микроптарики, микросферы, бисерные шарики); декоративно-облицовочные и строительные материалы (фасадные, интерьерные и тротуарные плитки); покрывные высоконаполненные композиции (стеклочерепица, лакокрасочные материалы, антикоррозионные мастики), а также различные цементные растворы, пластмассы, дорожные и аэродромные покрытия, используемые различными организациями при обслуживании коммунально-бытовых, промышленных, других инженерных и сервисных объектов.

Рис.1. Монтажная схема мобильной установки для селективного сбора и переработки бытового стеклобоя (на базе шасси ЗИЛ - 5301 "Бычок" - вид сверху):

Например, предложен состав антикоррозионной композиции, предназначенной для обработки и восстановления покрытий днища и колесных арок кузова легковых автомобилей, а также для защиты химического и нефтегазового оборудования. За счет введения в битумную основу стеклянных наполнителей - микроизделий или их отходов, увеличивается гидрофобность и адгезионная способность, возрастает ударная прочность и термостойкость покрытия, а также повышается проникающая способность наносимой композиции. Применяемый наполнитель не требует предварительной подготовки. Сферическая форма частиц обеспечивает равномерное распределение напряжений и повышение общей пластичности. Мелкодисперсный состав наполнителя делает возможным нанесение тонкослойных покрытий толщиной до 0,5 - 2 мм, а небольшой разброс по размерам, а также их малая плотность (особенно микросфер) снижают склонность мастики к расслоению и обеспечивают стабильность ее физико-химических свойств по объему и во времени. Оптимальная средняя плотность микро шариков составляет 2,3 - 2,7 г/см3.

Композиция рекомендована также в качестве клея для различных конструкционных материалов (древесины, пластмасс, резины и т. п.).

Разработано аппаратурно-технологическое оформление линии для производства воднодисперсионной краски интерьерного и фасадного составов. Воднодисперсионная композиция наносится на бетонную, отштукатуренную, кирпичную, деревянную и другие поверхности без предварительной их подготовки. Срок службы покрытия по сравнению с аналогом возрос в 3 - 7 раз.

Предлагаются к реализации также составы рефлектирующих эмалей и мастик, в которых светоотражающую функцию выполняют стеклянные микроизделия (как вариант, бисерные шарики размером 2,8 - 3,2 мм).

Резкое увеличение масштабов гражданского строительства и объектов социально-культурного назначения вызывает необходимость создания новых декоративно-облицовочных материалов широкого ассортимента с повышенными эксплутационными свойствами. Они должны также обеспечить защиту несущих конструкций зданий и сооружений от воздействия разрушающих климатических факторов. До настоящего времени отделка зданий производится природными и искусственными материалами. Высокая стоимость, например, гранита и мрамора, и нестабильность цветовой гаммы искусственных плит, получаемых часто также из минерального сырья, ограничивают их массовое использование.

В связи с этим авторами разработаны оригинальные варианты нового искусственного декоративно-облицовочного материала на основе отходов производства стеклянного волокна. Одним из заменителей природно-декоративных строительных материалов являются стеклокристаллические материалы, которые в настоящее время получили широкое распространение благодаря высоким декоративным и физико-механическим свойствам.

Для практической реализации разработаны две разновидности декоративно-облицовочных плит: с ровной глянцевой поверхностью и с глянцевой складчатой поверхностью. Полученный материал имеет ячеистую структуру и состоит из стекловидных фрагментов, разделенных тонкими стеклокристаллическими оболочками.

В таблице приведены сравнительные показатели декоративно-облицовочных материалов (плиток), как искусственных, так и природных.

Плиты вырабатываются путём спекания стеклогранулята (средний диаметр гранул ~ 2 - 3мм) и не требует дополнительной механической полировки. Плиты термо- и морозостойкие, хорошо крепятся на цементный раствор или металлический каркас, их цвет варьируется в широких пределах, а цена в 2 - 3 раза меньше, чем у полированного гранита. Плиты могут применяться для облицовки внутренних и наружных поверхностей стен, настила полов в помещениях пищевой и мясомолочной промышленности.

Таким образом, предлагаемые технологии и оборудование для утилизации стеклобоя являются перспективными как для силикатных производств, так и для предприятий, перерабатывающих и использующих вторичные материальные ресурсы. При этом применение того или иного способа переработки, в первую очередь определяется целью утилизации, экологической, экономической целесообразностью и возможностью создания замкнутых технологических модулей.

ГЛАВА 2. УТИЛИЗАЦИЯ СТЕКЛЯННОЙ ТАРЫ:СТЕКЛОБОЙ

Утилизация стеклянной тары может производиться по трем направлениям: использование в качестве вторичного сырья при производстве стеклянной тары, использование в качестве одного из компонентов-наполнителей в различных производствах, твердые бытовые отходы. Основным направлением применения стеклобоя во всем мире является производство тары (банок, бутылок), так как это наиболее массовое производство, имеющее менее жесткие требования к постоянству химического состава стекломассы, что позволяет использовать вторичный стеклобой, разный по цвету и составу.

Средний удельный расход стеклобоя в производстве стеклянной тары за рубежом составляет (в %):

· 15 в Великобритании,

· 20 в Венгрии,

· 20 - 30 в США,

· 24 в Чехии,

· 30 в Германии и

· 40 в Нидерландах.

В Швейцарии в компании Vetropak работает стекловаренная печь производительностью 200 т/сутки зеленого стекла. Шихта содержит 80…85 % стеклобоя. Экономия топлива при этом составляет 0,25 % на 1 % перерабатываемого стеклобоя. В некоторых случаях в печах используется до 100 % стеклобоя. На стеклотарных заводах США количество стеклобоя в шихте может составлять 30…60 %.

Этому отвечает максимальная экономия энергии и оптимальный режим работы печей. На Московском электроламповом заводе ООО "МЭЛЗ стекло" ежегодно перерабатывается около 22 тыс. т стекла. В 1995 г. здесь введены новые мощности по производству бутылок под шампанское для Очаковского завода шампанских вин, на которых в год утилизируется 12 тыс. т стеклобоя.

Производство стеклянной тары - не единственное направление утилизации боя. За последние 20 лет в США, Канале, Германии созданы технологии, в которых предусматривается использование отходов тарного стекла при строительстве автомобильных дорог. На строительном факультете Университета в Миссури (США) разработан материал "гласфальшт", в составе которого 60 % молотого стекла, 5 % асфальта, 35 % каменной муки и других наполнителей. Этот материал уже опробован при строительстве нескольких автомобильных дорог. Английская фирма "Глас Файберг" разработала новый способ производства стекловолокна из стекольных отходов, позволяющий снизить стоимость стекловолокна на 30 %. Одно из наиболее значимых направлений употребления битого стекла - производство пеноматериалов.

Школой горного дела в Колорадо (США) был предложен новый материал - тиксит, вырабатываемый из дробленого стеклобоя (32 %), строительного бутового камня (62 %) и глины (6 %). Плиты, получаемые из тиксита, очень прочны, отличаются низким поглощением воды, красивым внешним видом, их производство обходится дешевле производства стандартных пеноматериалов.

У нас в стране с 2001 г. начато производство из стеклобоя пеностекла - теплоизоляционного материала с высокими теплотехническими свойствами на базе Воронежского электролампового завода (ОАО "ВЭЛТ", г. Воронеж) по технологии, разработанной специалистами ООО "Экология". Теплоизоляционные материалы на основе вспененной стекломассы имеют широкую область применения: изоляция стен, перекрытий, кровли, трубопроводов. Они являются альтернативой широко распространенным в настоящее время материалам на основе фенольных связующих, применение которых в жилых помещениях вызывает большие опасения экологов из-за вредных выделений. Пеностекло обладает высокими эксплуатационными характеристиками: негорючее, нетоксичное, с низкой теплопроводностью, долговечное.

Оно также сравнительно недорого (1,5…2 тыс. р. за 1 м3), поскольку его можно производить из отходов стеклобоя без связующих компонентов. Таким образом, переработка образующегося стеклобоя в пе-ностекольные теплоизоляционные материалы актуальна как с экологической, так и экономической точек зрения.

Основной трудностью во вторичном использовании стеклобоя является его отделение от других твердых бытовых и промышленных отходов. При сборе стеклобоя на предприятиях по выпуску продукции из стекла такая проблема отсутствует (практически весь собственный стеклобой используется заводами стекольной промышленности, за исключением боя армированного стекла, триплекса, зеркал и некоторых излишков сортовой посуды из бесцветного стекла). Она имеет место при сборе стеклобоя в сфере потребления в связи с несовершенной системой заготовки, существующей в настоящее время в Российской Федерации.

Стекольные заводы используют стеклобой, собранный в сфере потребления неохотно, так как он всегда потенциально опасен в отношении ухудшения однородности стекломассы и качества продукции. Качество собранного стеклобоя регламентируется Национальным Стандартом Российской Федерации ГОСТ Р 52233-2004 "Тара стеклянная стеклобой, общие технические условия", введенным в РФ впервые 01.01.2005 г. По этому ГОСТ стеклобой подразделяют на 1-й и 2-й сорт.

Кроме того, стеклобой подразделяют на марки: БС (бесцветный), ПСТ (полубелый тарный), ПСЛ (полубелый листовой), ЗС (зеленый), КС (коричневый). В партии стеклобоя допускается содержание стекла:

· марок ЗС и КС в марках БС, ПСТ, ПСЛ для 1-го сорта стеклобоя - не более 0,5 %, для 2-го сорта - не более 4 %

· марок БС, ПСТ и ПСЛ в марках ЗС и КС для 1-го сорта стеклобоя - не более 10 %, 2-го сорта - не более 20 %

· марки КС в марке ЗС и марки ЗС в марке КС для 1-го сорта стеклобоя - не более 7 %, для 2-го сорта - не более 15 %

Размеры кусков стеклобоя 1-го сорта должны быть от 10 до 50 мм. Допускается содержание в партии стеклобоя кусков размером более 50 мм не более 5 %, размером менее 10 мм - не более 1 %. Размер кусков стеклобоя второго сорта не нормируют, масса кусков - не более 2 кг. В стеклобое нормируются также примеси триплекса, стекла армированного металлической сеткой, металлические предметы, пробки, тугоплавкие стекла, зеркала, керамика, фарфор, шлак, уголь, кирпич, камень, щебень, бетон, асфальт, песок, глина и другие органические примеси в пределах от 0,2 до 5 % для каждого компонента. Вышеуказанный ГОСТ регламентирует методы контроля качества, приборы и приспособления для контроля, транспортирование и хранение стеклобоя. В настоящее время в РФ отходы стекла применяются в производстве стекломозаичной плитки, штапельного стекловолокна, стеклотары, облицовочной плитки, кровельных материалов, плиток для полов, искусственного шифера, мрамора и т.д.

ГЛАВА 3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТЕКЛОБОЯ КАК ЗАПОЛНИТЕЛЕЯ БЕТОНОВ

Увеличение объемов производства бетона и железобетона невозможно без увеличения количества заполнителей. При среднегодовом объеме производства бетона и железобетона более 60 млн м³ (в том числе более 20 млн м³ сборного и более 40 млн м³ товарного) и строительных растворов 20-25 млн м³, потребность в нерудном заполнителе составляет более 50 млн м³ (или более 65 млн т), в мелком заполнителе 50-55 млн м³ (или более 70 млн т).

Однако расширение добычи основных типов заполнителей бетонов не всегда может быть реализовано. Месторождения нерудных материалов типа строительного камня, песчаногравийных смесей и строительных песков не всегда могут быть использованы, так как они застроены, находятся в пойменных террасах рек или на других охраняемых территориях [2]. При этом бытовой и промышленный стеклобой, не находящий на сегодняшний день сбыта, но обладающий высокими прочностными характеристиками и доступностью, практически не используется как заполнитель бетонов. В нашей стране ежегодно образуется около 35-40 млн т твердых бытовых отходов, при этом рециклингу подвергается только 3-4% ТБО [3]. Количество стеклобоя для различных территорий составляет 6-17 мас. %. Ежегодный объем стеклобоя, попадающего на полигоны твердых бытовых отходов, составляет 2-6 млн т. В сравнении с годовой потребностью в заполнителях эта величина невелика, но необходимо учитывать экологический эффект не только от утилизации компонента ТБО, но и возможность снижения добычи природных ресурсов при замене на сырье антропогенного происхождения. Кроме того, использование отходов в 2-3 раза дешевле, чем природного сырья [4], расход топлива при использовании отдельных видов отходов снижается на 10-40%, а удельные капиталовложения на 30-50%.

Тем не менее, проблема взаимодействия натрийкальциевого силикатного стекла с цементным камнем создает серьезные проблемы при использовании стеклобоя как эффективного наполнителя в цементных композиционных материалах. То же самое можно сказать о многих стеклосодержащих материалах - минеральные и стеклянные волокнистые материалы (ваты), стеклоткань, пеностекло, которые могли бы быть использованы как эффективные заполнители в цементных композициях.

В результате щелочно-силикатной реакции образуется гель, который разбухает в присутствии влаги, приводя к образованию трещин и разрушению бетона. Данная реакция может протекать и в обычном бетоне, если наполнитель природного происхождения содержит реакционоспособный (обычно аморфный) оксид кремния. С одной стороны стекольный наполнитель способствует протеканию в бетоне щелочно-силикатной реакции вследствие того, что стекло содержит на поверхности Na+, способный создавать определенную концентрацию NaOH в цементной композиции даже в случае отсутствия щелочи в исходном цементе, а с другой стороны именно стекло содержит на поверхности соединения оксида кремния в аморфном виде. Известны исследования натрий-кальциевого стекла как наполнителя цементного теста. В этом случае стеклобой различного состава и дисперсности добавлялся в цементную композицию, и исследовались в основном расширение и прочность полученного бетона. Так исследования проводились в Колумбийском университете (США) профессором С. Мейером [5, 6]. Выявлено, что добавление стекла в композицию в большинстве случаев приводит к протеканию процесса щелочно-силикатного взаимодействия и снижению прочности. Также проведены исследования влияния на процесс температуры и состава стекла [7]. Было обнаружено, что порошки стекла высокой дисперсности приводят к отсутствию расширения образцов [8]. Авторы делают предположение о высокой скорости протекания процесса щелочно-силикатной реакции в этом случае, что приводит к завершению процесса 24-28 ч, вследствие чего в дальнейшем не может быть зафиксировано расширение и разрушение образцов. Можно предположить, что в качестве возможных путей подавления процесса щелочно-силикатного взаимодействия в композициях стекло - цемент авторы предлагают использование стекла определенного гранулометрического состава [9, 10], добавление высокодисперсного стекла [11] и модификацию композиции добавлением соединений лития или циркония [5].

Рис. 1. Зависимость прочности бетонных композиций от размера стеклянного заполнителя в различный период времени при наличии и отсутствии дополнительной щелочи в композиции: 1 - в возрасте 13 недель без щелочи; 2 - в возрасте 1 неделя без щелочи; 3 - в возрасте 13 недель

В данной работе были рассмотрены различные варианты подавления щелочно-силикатного взаимодействия при использовании в качестве наполнителей бетона стеклобоя и продукта его переработки - пеностекла.

Эксперименты проводились в соответствии со стандартом ASTM C 1293-01 при повышенной температуре. Для этого стандартные образцы бетонов длиной 250 мм выдерживали при температуре 60°С в течение трех месяцев. Образцы периодически извлекали из термостата для контроля расширения. После охлаждения образца до комнатной температуры его длину замеряли с помощью оптического дилатометра. Контроль прочности образцов производили на машине для испытания на сжатие ИП 6010-100-1. Для изготовления образцов использовали стандартный цемент М400 производства Пашийского цементного завода. Стеклобой получали дроблением в молотковой дробилке с последующим помолом в виброцентробежной мельнице ВЦМ_5000. Использовано гранулированное пеностекло производства ЗАО "Пеноситал" (Пермь) [12].

Для оценки интенсивности и глубины протекания щелочно-силикатной реакции проведен ряд экспериментов по взаимодействию цементного материала со стеклом различных фракций как при отсутствии в цементе дополнительной свободной щелочи, так и при ее наличии. Основным параметром, характеризующим протекание реакции, является расширение образцов бетонных композитов. Косвенным подтверждением и следствием данной реакции было снижение прочностных характеристик полученных бетонов. В качестве реперных образцов, в которых реакция не должна протекать, взяты бетоны с кристаллическим наполнителем - кварцевым песком.

Выявлено, что существенное расширение образцов, характерное для щелочно-силикатного взаимодействия, наблюдается только у бетонов с крупными максимальными из исследованных фракциями, более 1,25 мм, причем эффект усиливается при дополнительном введении щелочи в состав бетонов. Зависимость прочности при сжатии от времени выдержки бетонов позволили выявить аномально высокое значение прочности для образцов бесщелочных бетонов при использовании наполнителей как минимальной, так и максимальной исследованной фракции. Причем прочность получаемых бетонов значительно превосходит прочность бетонов без стеклянного заполнителя. Это особенность позволяет предположить существенное влияние размера фракции наполнителя на прочность получаемых бетонов. Соответствующие зависимости прочности бетонов от фракции наполнителя в начальный и конечный период образования цементного камня представлены на рис. 1.

На всех кривых прослеживается явно выраженный минимум, соответствующий наполнителю фракции 0,1-0,3 мм. Характер зависимостей прочности от дисперсности наполнителя остается неизменным - с крутым ростом в области снижения размера наполнителя и плавным ростом в области повышения размера частиц наполнителя при использовании бесщелочных композиций и незначительному росту и стабилизации прочности в области повышения размера частиц наполнителя при использовании щелочных композиций. Со временем характер кривых не изменяется, но они смещаются вверх - к более высоким прочностным характеристикам по мере твердения цементного камня.

Поэтому использование стеклобоя крупных фракций - предпочтительно 1,2 мм и выше возможно в качестве наполнителя в бетонах, причем прочность этих композитов превосходит прочность обычных бетонов на песчаном заполнителе. Однако при использовании таких заполнителей существует как минимум две проблемы, связанные с возможностью протекания щелочно-силикатного взаимодействия. Во-первых, наличие в цементе или других компонентах бетона свободной щелочи неизбежно приводит к возникновению щелочно-силикатного взаимодействия и снижению прочностных характеристик бетонов. Во-вторых, в процессе крупно тоннажного производства сложно предотвратить самопроизвольное дробление и истирание крупной фракции, что также неизбежно приведет к снижению качества получаемого бетона. При размере частиц наполнителя менее 50 мкм происходит аномальный рост прочности, значительно превышающий прочность композиций на стандартном наполнителе из кварцевого песка. Такое увеличение прочности может быть объяснено способностью дисперсного стекла к вступлению в процессы образования новых фаз при образовании цементного камня за счет высокой удельной поверхности порошков стекла. Указанная особенность высокодисперсного стекла может быть использована как для подавления процесса щелочно-силикатного взаимодействия в тех бетонных композициях, когда реакция имеет место, так и для создания вяжущих материалов на основе дисперсного стекла [13].

Проблема крупных фракций стеклобоя с повышенным содержанием щелочи, как заполнителя в бетонах, может быть частично решена при дополнительном подавлении реакции щелочно-силикатного взаимодействия. Для этого намечено два легко осуществляемых технологических пути.

Рис. 2. Бетоны с заполнителем из пеностеклянного гравия при различной степени заполнения: а) отношение (масс.) пеностекло/(цемент+песок) 0,265; б) отношение (мас.) гравий/цемент 1,6

ГЛАВА 4. ПОДГОТОВКА БОЯ СТЕКЛА ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ В СТЕКЛОВАРЕНИИ С ПОМОЩЬЮ МАГНИТНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Стеклобой является одним из основных сырьевых материалов в стекловарении. Его свойства значительно влияют на качество и свойства изготавливаемого стекла. Добавление боя при стекловарении дает определенные преимущества, а правильная его подготовка и использование надлежащего оборудования обусловливают применение высококачественного привозного и обратного стеклобоя.

Наряду с традиционно применяемыми сырьевыми материалами, такими как кварцевый песок, доломит, кальцинированная сода и известняк, все большее значение в качестве сырьевого материала приобретает стеклобой, на некоторых зарубежных предприятиях его доля достигает 70 процентов. К таким предприятиям можно отнести заводы по производству тарного стекла. Причины этого хорошо известны и заключаются в следующем: - достигается увеличение срока службы варочных печей;

- улучшаются экологические условия производства, из-за уменьшения потребления сырьевых материалов снижается объем отходов производства и уровень загрязнения атмосферы.

- происходит экономия дорогостоящих сырьевых и энергоресурсов в процессе варки;

При повышении спроса на высококачественный стеклобой, решающее значение приобретают современные технологии его подготовки. В стекольной промышленности стеклобой разделяют на обратный и привозной. Обратный стеклобой представляет собой отходы производства непосредственно стекольного завода, которые возвращаются в производственный процесс.

Привозной стеклобой - это бывшее в употреблении стекло, собранное и переработанное определенным образом, предназначенное для дальнейшего использования в изготовлении стекла.

Подготовка возвратного стеклобоя

Практика показывает, что бой на собственном производстве необходимо направлять непосредственно в стекловаренную печь. Данный вариант позволяет практически избежать возможных загрязнений, а также расходов на транспортировку и складирование. Для этого должны использоваться печи, оборудованные системой возврата стеклобоя, чтобы избежать смешивания стекла различного сорта.

Подготовка привозного стеклобоя

Стеклобой поставляемый из приемных пунктов всегда имеет загрязнения приводящие к появлению дефектов стекла при производстве. Увеличение объема вторичного стекла, добавляемого в стекломассу, привело к необходимости более тщательного удалять из него загрязнения и примеси. Комплексы оборудования подготовки стеклобоя нового поколения позволяют получить более высокое качество стеклобоя и увеличить эффективность его сортировки, при одновременном сокращении затрат на производство. Благодаря данному подходу возможно довести процент использования стеклобоя в производстве стекла до теоретически возможного максимума. Активная информационная кампания, а также давление со стороны экологов и властей во многих странах как уже отмечено выше, привели к увеличению объемов вторичной переработки в целом, и в частности стекла. Это особенно заметно по возрастающей доли использованного стекла, сдаваемого потребителями на переработку. В странах Западной Европы этот показатель достигает приблизительно 35 кг на человека в год.

Огромное влияние на качество стеклобоя оказывает аккуратность при сборе и приеме использованного стекла, а также состояние, в котором стекло подается на переработку. Наиболее высокого качества с наименьшими потерями, добиваются при использовании не измельченного до переработки стекла. Стеклобой из бункера хранения по вибролотку дозированно подается в технологическую линию по переработке. Для контроля за подачей стеклобоя используются весы конвейерного типа. На первом этапе процесса переработки осуществляется удаление из стеклобоя крупных металлических загрязнений, после чего производится ручная сортировка. На этой стадии удаляются крупные неметаллические посторонние включения. Важность этого этапа подготовки стеклобоя нельзя недооценивать, что ясно подтверждается следующим примером.

При попадании на дробильную установку керамической бутылки массой 700 г она дробится более чем на 630 кусков. Исходя из размера получившихся осколков из цикла будет удалено не более 130 кусков общей массой порядка 540 г, оставшиеся 500 керамических осколков остаются в стеклобое, поскольку они слишком малы. По предположительным подсчетам, на основании продукции, производимой за один день, отбраковка продукции по причине керамических включений составит порядка 14 %.

Конечно проще извлечь крупные включения, нежели многочисленные мелкие осколки. Если при проектировании системы подготовки стеклобоя руководствоваться определенными техническими принципами, то впоследствии для сортировщиков стеклобоя не составит особого труда распознавать и извлекать максимальное количество посторонних включений. Если привозной стеклобой неоднороден по цвету, но при этом в нем присутствует большой процент недробленых изделий, то производится сортировка стеклобоя по цвету. Стеклобой определенного цвета добавляется в производственный процесс по мере необходимости. После предварительной сортировки стеклобой обычно проходит грохочение. Стеклобой при помощи решетчатого грохота разделяется на крупную и мелкую фракции. Число фракций частично определяется техническими аспектами процесса подготовки стеклобоя, а частично - производительностью оборудования. Мелкая фракция разноцветного стеклобоя направляется непосредственно в процесс подготовки стеклобоя. Крупная фракция подлежит механической или ручной сортировке по цвету и складируется в бункеры временного хранения.

Дальнейшая ручная сортировка производится в целях удаления крупных чужеродных включений из крупной и средней фракций перед направлением на дробилки. Для облегчения ручной сортировки поддерживается низкая загрузка конвейера - лучше в один слой, а размер частиц ограничен. На этой стадии рекомендуем вспомнить пример с керамической бутылкой.

Для измельчения крупного стеклобоя и горлышек бутылок используется молотковая дробилка. Измельчению подвергается только крупный стеклобой, а также стеклобой, содержащий включения металла или пластика. Измельченный материал возвращается на грохочение. Над грохотом и вибролотком устанавливается пылеулавливающая вытяжка для удаления из стеклобоя легких отходов, таких, как бумага, полиэтилен и пластиковые крышки. После просева из стеклобоя удаляются металлические включения. Металлические инородные включения как правило обнаруживаются при помощи металлодетекторов и выдуваются сжатым воздухом.

Магнитная сепарация в процессе подготовки стеклобоя

Магнитную сепарацию в подготовке стеклобоя разделяют на несколько этапов, согласно описанной выше технологии подготовки. Рассмотрим этапы на примере оборудования ЗАО "Элмат-ПМ".

Первым этапом является грубая очистка от крупных металлических включений, не относящихся к стеклобою и попавших случайно в процессе погрузки и перевозки, например детали машин и оборудования, инструмент и т.д. Для решения данной проблемы используются магнитные сепараторы подвесного типа. Существует сепараторы, работающие в ручном, рис.1 и автоматическом режиме рис.2.

Рис.1 Подвесная магнитная плита с ручной очисткой.

Рис.2 Подвесной магнитный сепаратор с автоматической очисткой.

ЛИТЕРАТУРА

стеклобой утилизация бытовые отходы сепаратор

Основы химической технологии / Под ред. проф. И. П. Мухленова. М.: Высшая школа, 1991, с. 218, с. 246 - 261.

Луканин В. Н., Трофименко Ю. В. Промышленно-транспортная экология. М.: Высшая школа, 2001. с. 54 - 55.

Лившиц М. Н. "Электронно-ионная очистка воздуха от пыли в промышленности строительных материалов". М.: Стройиздат, 1968. С. 7 - 38.

Коузов П. А., Малыгин А. Д., Скрябин Г. М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. Л.: Химия, 1982, с. 9-13, с. 34-83.

Кузнецов Д. А. Общая химическая технология. М.: Высшая школа, 1965. С. 64 - 89

А. В. Друцкий, М. В. Смольский. Система двухэтапной очистки газовых пылевых выбросов. / Экология и промышленность России, № 3, 2003г., с. 12-13.

Н. И. Володин, А. Н. Панков, А. В. Чудновцев, О. М. Пискунов. Очистка газовых потоков от мелкодисперсной пыли. / Экология и промышленность России, № 9, 2001 г., с. 20-22.

Размещено на Allbest.ru