Дія цементного виробництва на природне середовище

РЕФЕРАТ

Виконується аналіз і оцінка дії на природне середовище однієї з найбільш екологічно напружених галузей будіндустрії - виробництва цементу. Розглядаються різні технологічні схеми виробництва портландцементу і зіставляється вплив на природне середовище мокрого, сухого, напівсухого і комбінованого способів. Розглядаються можливості застосування в цементному виробництві відходів різних галузей промисловості, зокрема, вуглевидобування, шлаків чорної і кольорової металургії, гіпсових відходів хімічної промисловості та ін. Приводяться характеристики цих відходів, їх вплив на технологічність і на результуючі екологічні показники виробництва цементу. На прикладі Одеського цементного заводу аналізуються організовані і неорганізовані джерела викидів в навколишнє середовище, приводяться основні характеристики викидів в атмосферу, а також характеристики стічних вод підприємства. Виконується аналіз результатів вимірювання фактичного рівня забруднення атмосфери на промплощадці заводу і в прилеглій житловій зоні.

Розглядаються моделі розповсюдження забруднюючих речовин і методика розрахунку розсіювання домішки в атмосфері. Із застосуванням автоматизованої системи розрахунку забруднення атмосфери «Эол» (версія 3.1.) виконується розрахунок концентраційних полів основних домішок з урахуванням груп сумацій, що поступають в атмосферу від джерел Одеського цементного заводу. Виконується розрахунок економічного збитку від забруднення атмосфери. За найбільш несприятливих атмосферних умов приземні концентрації домішок на промплощадці заводу не перевищує 0,6 ГДК, а сумарний збиток складає грн. в рік. На підставі проведеного дослідження зроблений висновок про задовільну екологічну обстановку на території Одеського цементного заводу і прилеглої до нього житлової зони, що досягається за рахунок організації джерел і використання ефективних систем уловлювання і знешкодження відходів.

ВСТУП Одна з глобальних проблем, що стоять перед людством — забруднення всіх компонентів природного середовища в масштабах тих, що перевищують його здатність до самоочищення. Найбільш інтенсивному забрудненню піддається атмосфера. Будіндустрія, зокрема виробництво цементу, є одним з основних джерел емісії техногенних домішок. На цю галузь доводиться 8,1% сумарних викидів в атмосферу. Тому дуже важливий ефективний контроль стану природного середовища в районі розташування цементних виробництв і адекватна оцінка збитку від забруднення атмосфери.

Іншим найважливішим аспектом є можливість утилізації в процесі виробництва цементу багатотоннажних гіпсових відходів хімічних виробництв, відходів вуглевидобування, доменних шлаків і ін., що дозволяє не тільки в цілому поліпшити екологічну обстановку, але і здешевити кінцеву продукцію.

Метою справжньої роботи є отримання і аналіз інформації про вплив на природне середовище типового цементного виробництва, обладнаного достатньо ефективними сучасними засобами уловлювання і знешкодження відходів. У роботі розв’язувалися наступні завдання:

порівняння екологічних показників різних технологій виробництва портландцементу;

аналіз можливостей використання відходів інших виробництв у виробництві цементу;

обстеження організованих і неорганізованих джерел забруднення природного середовища на типовому цементному заводі;

аналіз результатів вимірювання фактичного рівня забруднення атмосфери на території промплощадці заводу і прилеглою жилою зони;

моделювання процесів розповсюдження домішок в атмосфері;

розрахунок концентраційних полів домішок з урахуванням груп сумації, а також точок найбільших концентрацій;

розрахунок збитку від забруднення атмосфери за різних кліматичних умов (температура повітря, опади, сила і напрям вітру);

аналіз екологічної обстановки на території заводу і прилеглою жилою зони.

Приведені в роботі результати вимірювань, представлені у вигляді книг Microsoft Excel і графіків, а також отримані результати розрахунків концентраційних полів домішок при різних характеристиках природного середовища, представлені у вигляді карт, показали, що екологічна обстановка на території підприємства і прилеглої житлової зони в цілому задовільна.

1 ВИРОБНИЦТВО ЦЕМЕНТУ

1.1 Технологічні схеми виробництва портландцементу Процес виробництва портландцементу складається з наступних основних технологічних операцій:

1) добування сировинних матеріалів і доставка їх на завод;

2) дроблення та помол сировинних матеріалів;

3) приготування і коректування сировинної суміші;

4) випалення суміші (отримання клінкеру);

5) помол клінкеру з домішками (отримання цементу).

Залежно від виду підготовки сировини на випалення розрізняють мокрий, сухий, напівсухий і комбінований способи виробництва портландцементного клінкеру. При мокрому способі виробництва помол сировинних матеріалів, їх змішення і коректування сировинної суміші здійснюються у присутності певної кількості води, а при сухому способі всі перераховані операції проводяться з сухими матеріалами. В деяких випадках суху сировинну суміш гранулюють, додаючи при грануляції необхідне для утворення міцних гранул кількість води. Такий спосіб виробництва портландцементного клінкеру називається напівсухим.

Кожний з цих способів має переваги і недоліки. Наприклад, у присутності води полегшується подрібнення матеріалів, і простіше досягається однорідність суміші, але витрата тепла на випалення сировинної суміші при мокрому способі на 30—40% більше, ніж при сухому. Крім того, значно зростає необхідний об'єм печі при випаленні мокрої сировинної суміші (шламу), оскільки значна частина її виконує функції випарника води.

Суть комбінованого способу полягає в тому, що сировинну суміш готують за мокрим способом, а потім її максимально зневоднюють (фільтрують) на спеціальних установках і у вигляді напівсухої маси обпалюють в печі.

Вибір способів виробництва портландцементного клінкеру визначається поряд чинників технологічного і техніко-економічного характеру: властивостями сировини, його однорідністю і вологістю, наявністю достатньої паливної бази в районі будівництва і ін.

При природній вологості сировини більше 8—10% виявляється доцільним мокрий спосіб. Мокрий спосіб вигідніше застосовувати також при використанні двох м’яких компонентів (глини і крейди), оскільки подрібнення їх легко досягається розбовтуванням у воді. Сухим способом раціонально одержувати портландцементний клінкер при однорідній по складу сировині у випадку, якщо вологість його не перевищує 8—10%. Напівсухий дає добрі результати при виготовленні клінкеру з достатньо пластичних сировинних матеріалів, коли при грануляції суміші утворюються міцні і термостійкі гранули. При хорошій фільтрації сировинних шламів перевагу слід віддавати комбінованому способу.

Мокрий спосіб виробництва. На цементних заводах, що працюють за мокрим способом, як сировинні матеріали для виробництва портландцементного клінкеру звичайно використовують м’який глинистий і твердий вапняковий компоненти.

Початковою технологічною операцією (див. рис. 1.1) отримання клінкеру є подрібнення сировинних матеріалів. Необхідність тонкого подрібнення сировинних матеріалів визначається тим, що однорідний по складу клінкер можна одержати лише з добре перемішаної сировинної суміші, що складається з найдрібніших частинок її компонентів.

Шматки початкових сировинних матеріалів нерідко мають розміри до 1200 мм. Одержати з таких шматків матеріал у вигляді найдрібніших зерен можна тільки за декілька прийомів. Спочатку шматки піддають грубому подрібненню — дробленню, а потім тонкому помолу. Для грубого подрібнення матеріалів застосовують різні дробарки, а тонке подрібнення залежно від властивостей початкових матеріалів проводять в млинах або в бовтушках в присутності великої кількості води:

При використанні як вапняний компонент крейди, його подрібнюють в бовтушках. Якщо застосовують твердий глинистий компонент, то після дроблення його направляють в млин.

З бовтушки глиняний шлам перекачують в млин, де подрібнюється вапняк. Сумісне подрібнення двох компонентів дозволяє одержувати більш однорідний по складу сировинний шлам.

У сировинний млин вапняк і глиняний шлам подають в певному співвідношенні, відповідному необхідному хімічному складу клінкеру. Проте навіть при найретельнішому дозуванні початкових матеріалів не вдається одержати з млина шлам необхідного хімічного складу із-за коливань хімічного складу сировини одного і того ж родовища. Щоб одержати шлам заданого хімічного складу, його коректують в басейнах.

Для цього в одній або декількох млинах готують шлам з свідомо низьким або високим вмістом СаСОз (званим титром) і цей шлам в певній пропорції додають в коректуючий шламовий басейн.

Приготований таким чином шлам, який являє собою сметаноподібну масу із змістом води до 35—45%, насосами подають у витратний бачок, звідки рівномірно зливають в піч.

Для випалення клінкеру при мокрому способі виробництва використовують печі, що обертаються. Вони є сталевим барабаном завдовжки до 150—230 м і діаметром до 7 м, футерований всередині вогнетривкою цеглиною; продуктивність таких печей досягає 1000—3000 т клінкеру в добу.

Барабан печі встановлюють з ухилом 3 — 4°. Шлам подають з піднятої сторони печі—холодного кінця, а паливо у вигляді газу, вугільного пилу або мазуту вдувають в піч з протилежної сторони (гарячого кінця). В результаті обертання похилого барабана матеріали, що знаходяться в ньому, просуваються по печі у бік її гарячого кінця. В області горіння палива розвивається найбільш висока температура: матеріалу — до 1500 °C, газів — до 1700°, і завершуються хімічні реакції, що приводять до утворення клінкеру.

Димові гази рухаються уздовж барабану печі назустріч обпалюваному матеріалу. Зустрічаючи на шляху холодні матеріали, димові гази підігрівають їх, а самі охолоджуються. В результаті, починаючи від зони випалення, температура газу уздовж печі знижується з 1700 до 150 — 200 °C.

З печі клінкер надходить в холодильник, де охолоджується рухомим назустріч ньому холодним повітрям.

Охолоджений клінкер відправляють на склад. У ряді випадків клінкер з холодильника направляють безпосередньо на помол в цементні млини.

Перед помолом клінкер дроблять до зерен розміром 8—10 мм, щоб полегшити роботу млинів. Подрібнення клінкеру проводиться спільно з гіпсом, гідравлічними і іншими добавками. Сумісний помол забезпечує ретельне перемішування всіх матеріалів, а висока однорідність цементу є однією з важливих гарантій його якості.

Гідравлічні добавки, будучи матеріалами, сильно пористими, мають, як правило, високу вологість (до 20 — 30% і більш). Тому перед помолом їх висушують до вологості приблизно 1%, заздалегідь роздрібнивши до зерен крупною 8 — 10 мм. Гіпс тільки дроблять, оскільки його вводять в незначній кількості і волога, що міститься в ньому, легко випаровується за рахунок тепла, що виділяється в млині в результаті зіткнень і стирання тіл, що мелють, один з одним і з матеріалом, що розмелюється.

З млина цемент транспортують на склад силосного типу, обладнаний механічним (елеватори, гвинтові конвеєри), пневматичним (пневматичні насоси, аерожолоби) або пневмомеханічним транспортом.

Рисунок 1.1-Технологічна схема мокрого способу виробництва портландцементу Відвантажують цемент споживачу або в тарі - в багатошарових паперових мішках, але 50 кг, або навалом в контейнерах, автомобільних або залізничних цементовозах, в спеціально обладнаних суднах. Кожна партія цементу забезпечується паспортом.

Сухий спосіб виробництва. Схема виробництва портландцементу за сухим способом представлена на рис. 1.2. Виробництво портландцементного клінкеру за сухим способом складається з наступних технологічних операцій: вапняк і глину заздалегідь дроблять, потім висушують до вологості приблизно 1% і подрібнюють в сировинну муку. Сушать вапняк і глину або роздільно, використовуючи для цієї мети сушильні барабани або інші теплові апарати, або спільно в сировинних сепараторних млинах, в яких одночасно здійснюються помол і сушка матеріалів. Останній спосіб ефективніший і застосовується на більшості нових заводів, що працюють за сухим способом. Для отримання сировинної муки певного хімічного складу з млинів її направляють спочатку в змішувачі, а потім в коректуючі силоси, куди додатково подається сировинна мука з свідомо низьким або високим титром (з вмістом СаСОз). У силосах мука перемішується стислим повітрям.

Підготовлена сировинна суміш надходить в систему циклонних теплообмінників, що складається з декількох (як правило, чотирьох) ступенів циклонів, сполучених між собою і з короткою (40 — 70 м) піччю, що обертається, газоходами. Проходячи послідовно через всі циклони, сировинна мука нагрівається димовими газами, що рухаються їй назустріч, які виходять з печі. Час перебування суміші в циклонних теплообмінниках не перевищує 25 — 30 с. Не дивлячись на це, сировинна мука не тільки встигає нагрітися до температури 700 — 800 °C, але і повністю дегідратується і частково (на 20 — 25%) декарбонізрується. З циклонів матеріал надходить в піч, де відбуваються подальші реакції утворення цементного клінкеру. З печі клінкер пересипається в холодильники, після охолоджування прямує на клінкерний склад.

При сухому способі виробництва — підготовка гідравлічних добавок і гіпсу, помол цементу, його зберігання і відправка споживачу такі ж, як і при мокрому способі.

Напівсухий спосіб виробництва. Схема отримання портландцементного клінкеру при напівсухому способі виробництва складається з наступних операцій (див.рис.1.3).

Приготування сировинної муки в цьому випадку проводиться як і при сухому способі виробництва. Одержана мука проходить стадію грануляції в барабанних або тарілчастих грануляторах, і у вигляді гранул розміром 10 -20 мм і вологістю 11 -16% поступає на випалення.

Рисунок 1.2-Технологічна схема сухого способу виробництва портландцементу Рисунок 1.3-Технологічна схема напівсухого способу виробництва портландцементу Гранульовану сировинну суміш обпалюють в коротких печах, що обертаються, обладнаних конвеєрними кальцинаторами (ці установки для отримання клінкеру називають печами Леполь).

Гранули спочатку надходять на конвеєрний кальцинатор — нескінченну, зв’язану в нерухомий кожух колоскову решітку, які рухаються зі швидкістю 25—50 м/ч. Гази, що виходять з печі, проходять через шар гранул, лежачий на решітці, і нагрівають матеріал до температури близько 900 °C, повністю висушуючи його і частково на 20−30% декарбонізуя.

Підготовлений таким чином матеріал надходить в піч, що обертається піч, в якій завершується утворення цементного клінкеру.

Гранульовану або брикетовану сировинну суміш можна обпалювати в шахтних печах, які представляють собою вертикальну шахту, футерованувсередині вогнетривкою цеглиною. В цьому випадку гранулювання або брикетування сировинної суміші проводиться спільно з частинками вугілля, які додають в муку при її помолі (спосіб «чорного брикету»).

Гранули або брикети надходять в шахтну піч зверху, нагріваються гарячими димовими газами за рахунок згорання запресованих в них частинок вугілля. Утворений клінкер вивантажується внизу шахти і прямує на склад.

Решта операцій виробництва портландцементу не відрізняється від відповідних стадій мокрого способу виробництва.

Комбінований спосіб виробництва. Комбінований спосіб виробництва портландцементу полягає в підготовці сировинних матеріалів за мокрим способом, а випаленні суміші - по схемі напівсухого. Основні технологічні операції (див. рис. 1.4) і послідовність їх виконання при комбінованому способі отримання клінкеру наступне:

«Сухар», що утворюється при цьому, змішується потім з пилом, уловленої електрофільтрами з димових газів печі; добавка пилу запобігає злипанню «сухаря» і знижує залишкову вологість в ньому до 12 — 14%.

Приготовлена таким чином сировинна суміш надходить на випалення, яке може здійснюватися в печах напівсухого способу виробництва.

Решта операцій виробництва портландцементу за комбінованим способом не відрізняється від відповідних стадій мокрого способу виробництва.

Рисунок 1.4-Технологічна схема комбінованого способу виробництва портландцементу

1.2 Джерела викидів в навколишнє середовище на цементному заводі

Виробництво цементу, алебастру і азбестоцементу носить назву виробництва будівельних терпких. При цьому виділяються в основному тверді забруднюючі речовини. Серйозною проблемою для районів, які оточують цементні заводи, є великі кількості пилу, які викидаються із заводів. Висока запиленість характерна як для найбільш технологічного процесу, так і для робіт з сипким матеріалом. Для виробництва 1 т цементу необхідно роздрібнити, розмолоти, обпалити і перевезти майже 3 т вихідний кусковий або грубо подрібнений матеріали, які в процесі виробництва повністю перетворюються на дрібний пил.

Сировина для виробництва цементу — це вапняк, силікати, алюмінати кальцію, сланець, мергель, доменний шлак, клінкер, зола, гіпс, вугільний пил, кокс і руда.

При випаленні (як правило, в печах, що обертаються) розмолотих кальцієвих мергелів і вапняку, ґрунту, карбонату кальцію і інших добавок (вугільного пилу, коксу і т.п.) одержують цементний клінкер, причому або сухим методом, або після флотації у воді (мокрий спосіб). На старих підприємствах клінкер обпалюють в шахтних печах, а потім охолоджують, розмелюють і змішують з різними кількостями добавок (доменний шлак, алебастр і т. п.) для отримання цементу різних марок (портландцементу, шлакового, портланд — шлакового або залізо — портланд-, шлако — портланд-, а також доменно-пічного цементів).

Тверді забруднення від цементних заводів і вапняних печей по хімічному складу переважно є сумішшю карбонату кальцію (СаСОз), оксиду кальцію (вапно—СаО) і ряду інших з'єднань. Хімічний склад викидів приблизно відповідає складу сировинних матеріалів, тобто це вапняк, вапно, сировинні складові цементу, цементний клінкер, шлак, цемент і т.п.

Джерела пилу на цементних підприємствах можна розділити на дві групи. Перша, більш значуща група включає ті технологічні процеси, куди входять печі, що обертаються, а також шахтні печі, охолоджувачі клінкеру, сировинні і цементні млини, сушарки шлаку. До другої групи входять джерела, що надають шкідливу дію в основному на атмосферу підприємства і його найближчих околиць. У неї включені сховища сухих матеріалів — клінкеру і шлаку, а також пов’язані з ними обробка, транспортування і складування вказаних матеріалів. Слід зазначити, що особливо серйозні проблеми викликають транспортування, скидання, вантажні бункери, елеватори і стрічкові конвеєри, хоча викиди від них і малі із-за близькості цих джерел до землі.

На цементних підприємствах є наступні джерела забруднення повітря (по стадіях виробництва):

— підготовка сировини: дробарки; барабанні сушарки сировини; млини для сировини; система транспортування сировини; сховища сировини; стадія грануляції;

— випалення клінкеру: сушка вугілля; помол вугілля; печі, що обертаються; шахтні печі; охолоджувачі клінкеру; система транспортування клінкеру; сховища клінкеру;

— виробництво цементу: підготовка гіпсу; цементні млини; система транспортування цементу;

— відвантаження: сховища цементу; фасувальні машини; склади; система транспортування мішків; вапняна піч.

Виробництво цементу може бути організовано по «сухій», «мокрій» або змішаній технологічних схемах. Очевидно, що крупнішим джерелом пилових викидів є суха схема. Набагато сприятливіша для ефективного пиловідділення мокра схема, яка дає унаслідок зволоженості матеріалів менші концентрації пилових викидів і значно менший сумарний рівень викидів. Проте економічним, продуктивнішим і, отже, частіше вживаним (особливо на нових підприємствах) є сухий спосіб.

Розглянемо окремі джерела твердих викидів на цементних підприємствах.

Дробарки. На цементних підприємствах сировина, що надійшла з кар'єру, піддається дробленню. Кількість пилу, що утворюється при цьому, залежить від виду матеріалу, а також від його крупності та вологості. Пил з повітря, як правило, видаляють за допомогою високоефективних циклонних сепараторів або рукавних фільтрів. Якщо обробляється вологий матеріал, то викиди пилу невеликі, але зростає, особливо в холодні дні з підвищеною вологістю, небезпека забивання циклонів та фільтрів. Отже, стадія розділення повинна бути повністю ізольована або, принаймні розташована в закритому приміщенні.

Сушарки і млини для сировини і вугілля. У млинах і сушарках сировина і вугілля піддаються помолу і сушці гарячим повітрям. Існують різні конструкції цього устаткування. Залежно від особливостей конструкцій варіюється концентрація пилу в газі, але в цілому вона досить висока (у сушарках — до 200 г-м3). Як правило, для видалення пилу використовують рукавні фільтри, але іноді застосовують і циклонні сепаратори. Оскільки температура газу, яка виходить з млинів, звичайно складає близько 100 °C, то немає небезпеки зниження її до точки роси, відповідно створюються хороші умови для експлуатації рукавних фільтрів і при ретельному дотриманні технологічних параметрів немає небезпеки їх забивання. Проте, щоб уникнути падіння температури в зимовий час необхідно ізолювати живлящі трубопроводи та сепаратори. Іноді замість рукавних фільтрів застосовують електроосаджувачі.

Печі, що обертаються та шахтні печі для випалення клінкеру. У мокрому способі виробництва цементу пульпа, що містить сировину, подається в піч по трубопроводу і диспергується в зоні попереднього нагріву за допомогою ланцюгів або інших пересічних відбивних перегородок або уприскується в неї під тиском через велику кількість форсунок. У зоні кальцинації виділяється діоксид вуглецю і матеріал обпалюється з утворенням клінкеру.

Пил, який відноситься з печі вихідними газами (концентрація пилу близько 30 г*м-3, але іноді і більше 100 г*м-3), як правило, відділяється в електроосаджувачах після пиловловлюючої камери (частина печі) або в циклонному колекторі. Гранулометричний склад пилу істотно міняється залежно від використаних сировин і технологій.

При сухому способі виробництва цементу в печах, що обертаються, з потоковим теплообміном суха розмолота сировина перед введенням його в піч подається в самий верхній з чотирьох послідовно сполучених циклонів. Відділення сировини здійснюється безперервно, а нагрів його відбувається в окремих колекторах. Матеріал з температурою 700 °C подається в піч і обпалюється в клінкер. Вихідні гази, що виходять з циклонного теплообмінника з температурою 300 — 350 °C. На сучасних цементних виробництвах вихідні гази потім утилізують в сушарках сировини з подальшою їх подачею в сепараторів.

Проходження розмолотої сировини через чотириступінчастий циклон з ситовим ефектом істотно збільшує частку найбільш мілкодисперсних частинок. Отже, пил в вихідних газах з сепараторів, надзвичайно дрібна. Більше 90% частинок менше 10 мкм і концентрація їх значна (40 — 70 г*м-3). Пил з пічних газів і газів після теплообмінника звичайно відокремлюють в електроосаджувачах і рукавних фільтрах. Враховуючи високі температури, перш за все необхідно охолодити і зволожити вихідні гази в сушарці сировини або в спеціальних охолоджувачах або стабілізаторах, де газ зволожується і охолоджується до постійної температури 150 °C за рахунок подачі води через автоматично контрольовані форсунки.

У високопродуктивних шахтних печах, так як і в простих шахтних печах, застосовуються окомковані або гранульовані шматки, які отримуються при змішуванні розмолотої сировини з коксом або вугіллям і певною кількістю води. Автоматичний завантажувальний механізм розподіляє цю шихту рівномірно за всією площею печі. Вміст пилу в газах, що відходять, залежить від фільтруючої здатності зволоженого шару грудок або гранул, лежачих вище за зону випалення. Вихідні гази менших за розмірами печей очищаються з використанням високоефективних циклонів із ступенем відділення більше 90%. Якщо можна встановити приблизно постійну температуру вихідних газів, то можлива експлуатація електроосаджувачів або рукавних фільтрів, хоча унаслідок підвищеної вологості вихідних газів все ж таки доведеться застосовувати стабілізатор.

Охолоджувачі клінкеру. Обпалений в печах, що обертаються або шахтних печах, клінкер охолоджується в барабанних або решітчастих охолоджувачах. Частина відведеного з них повітря додається в піч як вторинне повітря, а інше використовується для сушки, а потім очищається в сепараторах, в сушарці.

Температура газів, які виходять з охолоджувача, знаходиться в межах від 200 до 250 °C. Концентрація пилу в них істотно коливається залежно від розміру частинок клінкеру, температури і кількості повітря, що пропускається через охолоджувач. Рукавні фільтри, за допомогою яких можна було б повністю видалити весь пил в охолоджувачі, застосовуються лише зрідка, оскільки за нормальних умов фільтруючий матеріал швидко зношується від дії гарячого грубодисперсного пилу. Крім того, температура газів, що виходять з охолоджувача, також істотно коливається. Відповідно для видалення пилу з охолоджувачів клінкеру застосовують високоефективні механічні сепаратори; як правило, це колектори з шаром гранул або аналогічні, але старіші типи апаратів, такі як МВ-фільтри.

Цементні млини. Клінкер розмелюють в млинах (як правило, в трубчастих), причому з додаванням або 3% гіпсу (при отриманні портландцементу), або гіпс і доменний шлак (при отриманні шлакоцементу). Як правило, після млина встановлюють сортуюче сито. Для видалення пилу з повітря, що виводиться із зони роботи млинів, як правило, застосовують рукавні фільтри. У разі використання електроосаджувачів необхідно подавати газ, що очищається, з уприскуванням води, щоб підвищити його вологість і забезпечити повноту паротворення. Унаслідок високих концентрацій пилу необхідно, як правило, перед рукавним фільтром або електроосаджувачем встановлювати циклонний колектор.

Транспортування і відвантаження. На цементних підприємствах існує безліч локальних джерел пилу. До їх числа входить все устаткування для транспортування розмолотих або інших пиломістких матеріалів: ковшові елеватори, шнекові і ланцюгові транспортери, пневмотранспорт, похилі естакади і перепади конвеєрів. Навколо цього устаткування необхідно здійснювати витяжку і очищення повітря. При відвантаженні цемент або автоматично фасується в мішки, або перевозиться в контейнерах.

Силоси для меленого матеріалу або матеріалу, що порошить, часто знаходяться під невеликим надмірним тиском. Отже, затвори і аераційні люки повинні бути забезпечені простими фільтруючими рукавами для запобігання попаданню пилу в навколишнє повітря. Для силосів з пневматичним завантаженням і устаткування для змішення і транспортування порошкових матеріалів необхідне використання колекторів.

Вантажні бункери і сховища призначені для зберігання клінкеру, доменного шлаку, сировинних матеріалів і вугілля.

Якщо відбувається інтенсивне видування пилу, який міститься в цих матеріалах, як, наприклад, з клінкеру шахтних печей, то корисно спорудити над сховищем дах, а в процесі роботи з продуктами, що порошать, здійснювати з цієї зони витяжку повітря для очищення в колекторі, що забезпечить в ній задовільні умови для роботи.

У всіх цих ситуаціях для забезпечення зниження пилових викидів (навіть в випадку викиду повітря з сховищ в навколишнє середовище через звичайні низькі вентиляційні металеві труби) видалення пилу здійснюється в колекторах, що обертаються, або рукавних фільтрах, що іноді встановлюються після механічного сепаратора.

Виробництво вапна, алебастру і асбесто-цементу (плити, виготовлені з волокон азбесту і цементу), також створює ряд проблем. Аналогічно цементній промисловості пил необхідно видаляти з викидів у виробництві магнезиту, з якого виготовляють вогнетривку цеглину і цементні блоки для стінок хімічно лужної печі. Зі всіх інших згаданих технологій істотними джерелами пилових викидів є виробництва магнезиту і негашеного вапна.

Утворення газоподібних викидів в процесах горіння Найбільша частина газоподібних викидів при виробництві цементу утворюється при випаленні клінкеру в печах, що обертаються. При цьому паливо, як правило, буває хорошої якості з високою теплотворною здатністю і малим змістом сірки, як, наприклад, нафта з теплотворною здатністю 39 800— 41 000 кДж*кг -1 і змістом сірки менше 3%, кам’яне вугілля, що також характеризується малим змістом сірки, або природний газ, що є з позицій викидів діоксиду сірки практично «чистим» паливом. В той же час при випаленні клінкеру частина сірки, що міститься в паливі, адсорбується на ньому, так що викиди діоксиду сірки багато менші за тих, які можна було б чекати відповідно до вмісту сірки в паливі. При використанні палива з малим середнім змістом сірки, як правило, не виникає проблем з викидами і концентраціями діоксиду сірки в безпосередній близькості від заводу.

Одеський цементний завод випускає за мокрим способом портландцемент марки 400 з мінеральними добавками Д-20. Здобич основної сировини — вапна-черепашника і глини, здійснюється в горсько-сировинному цеху /Єлизаветинський кар'єр/. Основна сировина знаходиться в природно-вологому стані /середня вологість близько 20% цілих, внаслідок чого не є джерелом виділення шкідливих речовин. У виробництві також використовується шлак доменний гранульований постачання Криворізького ГМК, відходи вуглезбагачення постачання «Укркокс», гіпс з Крівського кар'єру.

Підготовка скоректованого по хімічному складу шламу здійснюється в помольній — сировинному відділенні. Вапняк, з кар'єру надходить на базисний склад вапняку. Після подрібнення на щічній і молоткастій дробарках вапняк разом з вуглемийною породою надходить через об'єднаний склад на сировинні млини. Молоткаста дробарка вапняку обладнана ПГУ з рукавними фільтрами. Туди ж надходить шлам глини, приготований помольний — сировинному відділенні у вертикальних шламобасейнах. Помол сировини здійснюється з одночасною подачею води. Пройшовши ряд вертикальних і горизонтальних шламових басейнів сировинна суміш потрапляє в концентратор шламу.

Випалення матеріалу відбувається в печах, що обертаються № 1 і № 2 у відділенні випалення клінкеру, куди шлам подається відцентровими насосами. Основним паливом є природний газ, резервним — паливний мазут (сірчистість 0,5%).

Пиломісткі гази від холодного кінця печей, що обертаються, надходять на ПТУ, де проходять двоступінчате очищення в циклонах «Крейзеля» і електрофільтрах. Очищені гази транспортуються димососами і викидаються в атмосферу через димар. Діоксид азоту і сірчистий ангідрид викидаються без очищення. Уловлений пил повертається в піч по трубопроводу пневмонасосом.

Одержаний клінкер надходить по ковшовому конвеєру на склад клінкеру сировини та домішок. Утворений при пересипці пил, через уловлюючі кожуха поступає на аспіраційну установку, а потім викидається в атмосферу.

Великим виділенням запиленого димового газу супроводжується процес тієї, що підсушила шлаку. Гази поступають на двоступінчате очищення, після чого димососами викидаються через димар.

Зі складу клінкер, гіпс і шлак кранами, грейферів, подаються в приймальні бункери цементних млинів. Для знепилювання повітря млина обладнані аспіраційними установками з двоступінчатим очищенням. Уловлений пил гвинтовими конвеєрами транспортується в бункери пневмо — камерних насосів.

Камерними пневмовинтовими насосами по цементопроводу цемент подається в 4 силоси зберіганням місткістю по 2,5 тис. тонн цементу кожен. Безпосередньо з силосів зберігання цемент відвантажується в з. д. вагони і в автотранспорт через роздатні бункери автовагової. При цьому для аспірації запиленого повітря передбачені 4 рукавні фільтру, встановлені в надсилосному приміщенні безпосередньо на кожному силосі. Уловлений цементний пил скидається мимоволі з рукавів фільтру назад в силоси. У надбункерному відділенні автовагової безпосередньо на бункерах також передбачені 2 рукавних фільтру.

Абразивний і металевий пил, джерелом якого є два заточні верстати ремонтно-механічної ділянки, поступає на очищення в пилоосадну камеру. Очищене повітря викидається через аспіраційний повітрохід в атмосферу. Аспіраційною системою обладнані також деревообробні верстати 4 штуки столярної майстерні ремонтно — будівничої ділянки. Очищений в циклоні від деревного пилу повітря викидається вентилятором через аспіраційну трубу в атмосферу.

Джерелом теплопостачання заводу є котельна з трьома казанами ДКВР-6,5/13, що працюють на природному газі. У роботі завжди тільки один казан. Витрата палива: 1234,3 тис. нм3/год. Димові гази котлоагрегату за допомогою димососу викидаються в атмосферу через димар.

Територія заводу розташована на одній промплощадці. Промплощадка заводу обмежена з східного боку виробленим простором старого кар'єру. За кар'єром знаходиться нафтопереробний завод. З південної сторони промплощадки — ПМК і автозаправна станція. Уздовж західної межі промплощадки проходить автомобільна дорога і далі - землі радгоспу. На півночі розташований цегляний завод.

Таблиця 2.2-Характеристика джерел виділення і викидів шкідливих речовин

Таблиця 2.3-Параметри джерел викидів шкідливих речовин

1.3 Використання відходів інших виробництв в цементній промисловості

Будіндустрія може використовувати наступні відходи інших виробництв:

— вскришні породи видобутку вугілля, залізняку, руд кольорових металів, ряду нерудних копалин;

— хвости збагачення вугілля, залізняку, руд кольорових металів;

— шлаки і золу ТЭС;

— металургійні шлаки;

— клінкер вельцпечей кольорової металургії;

— червоний шлам виробництва глинозему;

— белітовий шлам від переробки нефеліну;

— фосфогіпс, фторогіпс, титаногіпс, борогіпс;

— карбонатні відходи здобичі калійної сировини;

— піритові огарки;

— бій скла;

— відпрацьовані шини автотранспорту.

Вироби, що виготовляються з відходів на підприємствах будіндустрії:

— цементи, шлакоцементи, шлакопортландцементи;

— сітали, шлакоситали;

— цеглина, блоки, плити для будівництва будівель;

— будівельна кераміка;

— шлакова пемза, мінеральна вата, шлаковата;

— щебінь;

— гіпсові вироби;

— керамзит;

— термозит;

— аглопорит;

— бетони автоклавного твердіння;

— скловолокно і т.д.

Використання в будіндустрії вскришних порід. Вскришні і порожні породи як сировина для будіндустрії використовуються всього на 6−7% від їх загального об'єму. Проте є приклади ефективного використання цих відходів. Так, відкриті розробки залізорудних родовищ супроводжуються витяганням з надр великої кількості карбонатних порід — білої крейди, мергелів верхнього відділу крейдяної системи і вапняку карбону. Крейдо — мергелясті породи із змістом СаСО3 90−99,3% підходять для застосування у виробництві білого цементу, будівельної вапно, скла, гумових виробів. Четвертинні глини і суглинки, що містяться у всіх вскришних породах всіх родовищ можна використовувати в цегляному виробництві, при отриманні портландцементу, керамзиту. Піщані породи, що одержуються при розтині залізорудних родовищ, відносяться до кварців і задовольняють вимогам отримання тарного скла.

До найбільших в світі відноситься Нікопольське родовище марганцевих руд. Розробляється воно відкритим способом. Надрудні зелені глини в кількості до 10 млн. м3 в рік прямували у відвал і лише вельми обмежено використовувалися Запорізьким заводом керамічного гравію. Хімічний склад і технологічні властивості зелених надрудних глин Нікопольского комбінату відповідають вимогам для керамзитової сировини і можуть поставлятися підприємствам України.

Велика кількість порожньої породи піднімається на поверхню землі, подрібнюється і прямує у відвали у вигляді хвостів збагачення багатьох руд кольорових металів. Проте відходи флотації мідних руд, близькі по хімічному і мінералогічному складу до глинистої сировини, тонко подрібнені ще в процесі збагачення, що не потребують дроблення перед завантаженням в млини, представляють собою дешева сировина для виробництва кераміки, наприклад, фасадних плиток. Дані хімічного аналізу природної глини і відходів флотації мідних руд, приведені табл. 1.1 показують ідентичність складу того і іншого виду сировини, що обумовлює можливість повноцінної заміни.

Використання хвостів вуглезбагачення. Для практичного використання має значення постійність складу відходів вуглевидобування і вуглезбагачення. На Запорізьких заводах будматеріалів використовуються відходи (в основному, сланцеві породи) коксохімічних підприємств, на Львівських заводах будматеріалів — шахтні негорілі породи Львівсько Волинського вугільного басейну. Збагачувальні фабрики коксохімічних підприємств щорічно скидають у відвали більше 6 млн. т вуглевмісної породи, яка знаходить все більше застосування у виробництві глиняної цеглини. Відносно великий вміст глинозему в породі (до 17%) сприяє підвищенню міцності виготовлених з її добавкою керамічних виробів. Як показали дослідження, в малопластичну сировину слід вводити около10% вуглевмісної породи, а в помірно і високопластичне — до 15%. Використання відходів вуглезбагачення як паливної добавки при виготовленні керамічних виробів скорочує витрату палива до 50−70 кг.у.т. на 1000 штук цеглини і підвищенню міцності виробів на 1−2 пункти. В умовах Донбасу відходи вуглевидобування є цілком відповідним матеріалом для будівництва доріг. Відходи вуглевидобування використовують у вигляді щебеню для нижнього шару двошарової підстави дороги. Заміна традиційного дорожнього покриття на рівнопрочную конструкцію з місцевої горілої породи (відходи вуглевидобування) в 1,5 разу понизило витрати на будівництво ділянки дороги. Разом з тим, загальний об'єм застосування відходів вуглезбагачення далекий від наявних можливостей, а відходи прямують у відвал.

Використання золи і шлаків теплових електростанцій. При спалюванні твердого палива з його мінеральної частини утворюються зола і шлак. Зміст такої обоженной мінеральної (не органічної) частини палива, що утворюється при його згоранні, різно для різних палив. Воно складає: у бурому вугіллі - 10−15%; у кам’яному вугіллі - 3−40%; у антрациті - 2−30%; у горючих сланцях — 50−80%; у паливному торфі - 2−30%; у дровах — 0,5−1,5%; у мазуті - 0,15 -0,2%. Якщо врахувати масштаби спалювання палива, то очевидні значні кількості тих, що утворюються золо — шлакових відходів ТЭС.

На більшості ТЭС паливо спалюється в пилоподібному стані при температурі в топковій камері 1200−1600С. При цьому конгломерати різних з'єднань, палива, що утворюються з мінеральної частини, виділяються у вигляді пилоподібної маси. Дрібні і легкі частинки (від 5 до 100 мкм), що містяться в золі в кількості до 80−85%, несуться з топок котлоагрегатів димовими газами, утворюючи так звану золу-віднесення. Крупніші частинки осідають на під топки, оплавляються в кускові шлаки або склоподібну шлакову масу, яка піддається потім грануляція. Кількісне співвідношення між шлаками, що утворюються, і золою віднесенням різне залежно від конструкції топки. У топках з твердим шлаковидаленням в шлак звичайно переходить 10−20% всієї золи палива, з рідким шлаковидаленням — 20−40%, в циклонних — до 85−90% всієї золи палива.

Паливні шлаки і зола-віднесення розрізняються по складу і властивостям залежно від виду палива, способу його спалювання (см. табл.1.2 і 1.3). Зола-віднесення — це тонкодисперсний матеріал, що дозволяє використовувати її для ряду виробництв без додаткового помолу. Характерною особливістю золи є присутність в ній около5−6% незгорілого палива. Паливні шлаки характеризуються майже повним вигоранням вуглецю палива і присутністю заліза в основному в закисній формі. Частинки шлаку мають розміри від 0,2 до 20−30 мм. У топках з рідким шлаковидаленням шлак має склоподібну структуру і його одержують в гранульованому вигляді.

Таблиця 1.1

Хімічний склад глини і відходів флотації мідних руд, мас %

Таблиця 1.2-Хімічний склад золи віднесення ТЭС, мас %.

Таблиця 1.3-Хімічний склад паливних шлаків ТЭС, мас %.

Паливні шлаки бувають основними, кислими, нейтральними. Шлаки кам’яного вугілля наших родовищ звичайно кислі. До основних шлаків, що містять підвищену кількість закису залоза і до 40% САО, відносяться шлаки деякого бурого вугілля і сланців. У паливних шлаках переважають кристалічні фази муліту, магнетиту, гематиту.

При правильному використанні золи і шлаки ТЭС є прекрасною сировиною для будіндустрії. Наприклад, кусковий шлак можна використовувати як заповнювач для бетону в дорожньому будівництві, для теплоізоляційних засипок; золу віднесення — як гідравлічна добавка до цементу (10−15%), як компонент цементної сировинної суміші (основні золи); як кремнеземний компонент при виробництві автоклавного і безавтоклавного газобетону, легенів щільних і поризованных керамзитобетонів; для виробництва штучних пористих заповнювачів (аглопоритового і зольного гравію, золокерамзиту); як вигоряючу добавку у виробництві глиняної цеглини; як кремнеземний компонент при виробництві силікатної цеглини.

Одним з прикладів використання золи ТЭС для виробництва глиняної цеглини є практика Тирасполського цегляного заводу в Молдавії. Зола і шлак Молдавської ГРЭС віддаляються роздільно гідравлічним способом. Вологість золи складає 25−30%. В процесі зберігання золи в запаснику її вологість знижується до 13−14%. У такому вигляді вона поступає на приготування цеглини.

Велике значення має виготовлення на основі паливних злий і шлаків нових матеріалів — золоситалів і шлакоситалів, термостійкість яких зберігається до 250 З (почало розм’якшення — 1010 З), хімічна стійкість у воді - 99,96%, в HCl — 99,89%, в NaOH — 97,65%.

Проте, не дивлячись на очевидні вигоди і перспективи широкого використання попелошлакових відходів ТЭС, практичне застосування наявного досвіду невелике. Так в США утилізувалося близько 20% золи ТЭС, у Франції - 62%, в Німеччині - 76%, а в СНД річне споживання золи не перевищує 3−3,5 млн. т. Одна з причин такого слабкого використання цих відходів полягає в наступному: ліквідація попіловідвалів ТЕС і переробка попелу та шлаків в будматеріали пов’язана з необхідністю рішення комплексу проблем — транспортування, будівництва попелопогрузних пристроїв і установок по роздільному відбору злий і шлаків на ТЭС, а також розробках технічних умов на їх застосування з урахуванням хімскладу, неоднорідності і т.д. У металургії створена ціла індустрія шлакопереробки, побудовані грануляційні установки, спеціально готуються шлаки для цементної промисловості. У енергетиці ж використовується мокре золовидалення, при якому зола і шлак змішуються і перетворюються на непридатні для використання, шкідливі покидьки.

Використання відходів чорної металургії. Перше місце за об'ємом і значенню для будіндустрії займають доменні шлаки — побічний продукт виплавки чавуну із залізняку.

Вихід доменних шлаків складає 0,4−0,65 т на 1 т чавуну. Склад доменних шлаків достатньо складний (див. табл. 1.4), в них зустрічаються до 30 елементів, головним чином у вигляді оксидів. Доменні шлаки кислі, основні, нейтральні. Шлаки всіх заводів України основні.

Основною формою, в якій використовується шлак у виробництві будматеріалів, є гранульований доменний шлак. Найбільш ефективна при цьому кооперація металургійної і цементної промисловості. Цементні заводи часто будують в безпосередній близькості від металургійних заводів.

Одним з основоположників застосування активних і інертних мінеральних і штучних добавок в технології різних цементів був професор В. Н. Юнг. Тривалість і поступова гідратація цементних частинок, присутність в цементному камені багаторічного твердіння непрогідратованих зерен дозволяє з високою ефективністю замінити цементну складову менш активними (шлак, зола) або навіть інертними (вапняк, вскриша) компонентами. Значним досягненням у області хімії цементу послужила розробка технології і організація виробництва особливо швидкотвердіючого шлакопортландцементу, що володіє спеціальними будівельно-технічними властивостями.

Доменні шлаки застосовують для отримання і інших продуктів: шлакової пемзи, шлаковати, шлакоситалів.

Шлакова пемза або термозит — пористий матеріал, що одержується обробкою розплавлених металургійних шлаків водою або пароповітряною сумішшю. Її одержують у вигляді пористих шматків з подальшим дробленням і розсіванням на фракції. Широкий асортимент одержуваних продуктів залежно від розмірів зерен шлакової пемзи характеризується відповідними величинами насипної щільності, міцності, морозостійкості. Перспективно застосування різних видів доменних шлаків в скляній галузі у виробництві склокристалічних матеріалів, забарвленої скляної тари, облицювальної плитки, штапельного скловолокна.

У розвитку маловідходної технології особливе місце займає виробництво цінного конструкційного матеріалу — шлакоситалу, що відрізняється унікальними властивостями. Розробка теоретичних основ синтезу і промислової технології нового класу склокристалічних матеріалів — шлакоситалів, з’явилася крупним досягненням хімічної технології.

Шлакоситали — продукти, одержувані керованою кристалізацією, що каталізує, стекла на основі доменних шлаків, складаються з найдрібніших кристалів розміром до декількох мікрометрів в поєднанні із залишковою склоподібною фазою, що становить менше 40 об'ємних %. Кристалізація шлакового скла, що каталізує, є складним фізикохімічним процесом, і отримання матеріалу певної мікроструктури, що закристалізовувався, з максимальною кількістю кристалічної фази, із заданими фізико-хімічними і механічними властивостями визначається багатьма чинниками. Основні з них: хімічний склад скла, вигляд і кількість каталітичних добавок, режими термообробки.

Хімічний склад шлакового скла повинен забезпечити тонкодисперстність структури матеріалу (розмір кристалів не повинен перевищувати 1,5−2 мкм), що закристалізовувався, і сприяти виділенню кристалічних фаз, що володіють провідною властивістю, визначуваною сферою застосування шлакоситалу (физико-механічні, термічні, жаростійкі).

Тонкодисперстна кристалізація властива тим складам, які на фазовій діаграмі лежать або у області метастабільної ліквації або поблизу неї. Ширина області метастабільної ліквації при 950 З в системі САО — SiO2 складає 42% мол.% САО.

Максимум куполи ліквації в трикомпонентній системі знаходиться на ізолінії змісту Al2O3 (13%). Введення додаткових компонентів в шлакоскла системи САО (MgО) — Al2O3 — SiO2 може звужувати або розширювати область ліквації.

Склади шлакових стекол визначаються видом використовуваного шлаку (див. табл. 1.5). Основна коректуючиї домішки — звичайний пісок.

Більшість будівельних матеріалів, таких як скло, кераміка, цемент мають в своїй основі неорганічні полімери, а шлакоситали — це типовий полімерний матеріал, одержаний на основі кремнезему. Чудові властивості шлакоситалів визначаються сукупністю властивостей кристалічної і склоподібної фаз. При отриманні шлакоситалів із стекол, зварених на основі металургійних шлаків, зародження і зростання кристалів відбувається у всьому об'ємі високов’язкого скла під час термічної обробки. Застосовують стекла таких складів, щоб в результаті кристалізації утворився один мінерал або твердий розчин декількох мінералів при мінімальній кількості склоподібної фази. Основою шихти для отримання шлакоситалу служить подрібнений доменний шлак (до 60%), пісок (35−40%). Каталізаторами кристалізації служать сульфіди заліза і марганцю, що містяться в доменному шлаку, що виключає необхідність їх спеціальної добавки. Процес варива скла для отримання шлакоситалу здійснюється в сталовареній печі. Зварену скломасу у вигляді безперервної стрічки товщиною біля 10 мм формують на прокатній машині. Термообробку скляної стрічки проводять на рольганзі кристалізатора. Штучні вироби одержують пресуванням з подальшою кристалізацією в печах з рухомим черенем. Після формування скло охолоджують до 700С і витримують при цій температурі до завершення процесів утворення центрів кристалізації (сульфідів заліза і марганцю) з каталізаторів.

Потім температуру підвищують до 900−950С, кристалізації основної фази шлакоситалу, що відповідає, — воластоніту, і витримують вироби протягом 2−2,5 годин до повного завершення процесу, після чого охолоджують. До складу білих шлакоситалів вводиться окисел цинку (для додання білого кольору). Тому функції каталізатора і відбілювача може виконувати сульфід цинку, що утворюється в процесі варива і термообробки. У всіх складах шлакоситалів присутній фтор в кількості до 2,5%. Добавки фтору, що спеціально вводяться, істотно знижують температуру кристалізації і усувають температурний розрив між процесами освіти зародків основної фази в шлакоситалах.