Экологическая оценка и технология утилизации фосфогипса

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

25.00.36-Геоэкология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Экологическая оценка и технология утилизации фосфогипса

Мусаев Январбек Арынбекович

Тараз, 2008

Работа выполнена в Таразском государственном университете

имени М.Х.Дулати

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Сагындыков А.А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Бекбаев Р.К. кандидат технических наук Тасуов Б.

Ведущая организация:Институт горного дела им.Д.А.Кунаева

Защита диссертации состоит «28» февраля 2009 года в «10 00» часов на заседании диссертационного совета Д 14.13.02 в Малом актовом зале Таразского государственного университета имени М.Х.Дулати по адресу: 080012, г.Тараз, ул.Сулейменова, 7.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Таразского государственного университета имени М.Х.Дулати.

Автореферат разослан «27» января 2009г.

Ученый секретарь

диссертационного совета М. Сахы

business plan of workshop on the issue of power of 500 tys tons of Ab-pri factory of miniral'nykh fertilizers.

Economic vygoda:po of the offered technology annual products of 50 tys tenge.On the production of ABAS makes 62,8 tys tenge an economic value.Annual products of concrete of 30tys.m 2 and in tenge of 17,28 tys.tenge

Plan of development on the future: Harmful influence of fosfogipa on an environment is given possibility will be estimated by harm on the organism of man and zhivotnykhi those who uses nature .na basis of fosfogipsa can economize natural raw material by processing of industrial wastes, the improvement of ecological environment enables.

The Summary

Musaev Rnvarbek Arinbekovich

An ecological estimation and uses fosfogips technologies.

The essence of the work: fosfogips - is the rest in considerable quantities of mineral fertilizers of factory, on сегоднешний day its volume exceeds 7 million tons. They occupy not only the fertile earths, but despite it in our country researches which estimate загрезнение air, underground waters and soil were not conducted. Along with it from for недастатка on the scientifically-based technology on recycling fosfogips, it cannot be used on manufacture. Recommended work is directed on the decision above the specified problems

Aims of the work: ocenka contamination of okruzhayushey environment of fosfogipsom and on the basis of it to develop technology of production of concrete connecting angidridy.

Basic idea raboty-umen'shit influence of fosfogipsa on an environment, and also at ispol'zvanii in the production of antigidridnykh connectors and concrete.

Research of the work: fosfogips - it is the remain of mineral fertilizers of factory of gorodo Taraz.

Methods of issledovaniya-:kompleksnye modern researches were conducted, using fizika-termicheskie,rentgenfaznye,

Balances of the work: Harmful components turned out influence of fosfogipsa on an environment, nauchno-prakticheskie measures are accepted on their obezvrezhivaniyupokazateli are in an atmosphere, dust fosfogipsa,ftoristyy hydrogen, phosphorus to be in underground waters.,, there is Distribution of dust of fosfogipsa in an atmosphere on the basis of leveling of turbolentnoy diffusion the matemeticheskie examples of their decision are given, mixtures as lime are considered, fragments of glass sands of barkhan, calcinated soda, chlorous

For ecological safety of environment and vygodno-ispol'zovav tailings line-up of materials anhydride connectors and technology of vyrabatki concrete are given.

Information about harmful influence of fosfogipsa on an environment makes 428 million tenge.The chart of advantageous application of fosfogipsnogo storage is developed, razra to on by an index ecological, technical, economic.Degree and otrasal' vnedrenie- by an anhydride connectors are done on the basis of fosfogipsa of brand of M300-500 of technology of production of concrete were tested and were offered « the gypsum of kombinaty» is created

Введение

Общая характеристика работы. В настоящее время в мире и в т.ч. в Казахстане концентрированные фосфорные удобрение получают серно-кислотным разложением фосфатного сырья, в результате которого образуется крупнотоннажный отход - фосфогипс. В результате производственной деятельности завода минеральных удобрении в г. Тараз в специальных шламонакопителях и отвалах заскладировано около 7,6млн.тн. фосфогипса. Из-за отсутствия научно обоснованных технологии его переработки степень использования фосфогипса остается достаточно низкой.

В работе определены загрязняющие вещества в фосфогипсе, их влияния на качественные и количественные показатели окружающей среды, разработана технология комплексной переработки фосфогипса путем получения на ее основе ангидритовых вяжущих и бетонов.

Актуальность работы. По мере развития промышленности фосфорсодержащих удобрений использованию фосфогипса будет уделяться повышенное внимание поскольку наряду с отрицательным воздействием на окружающую среду его транспортирование, хранение связано с большими финансовыми, организационными, эксплуатационными затратами. Кроме того для создания отвалов фосфогипса приходится выделять большие площади плодородных земель.

В фосфогипсе основными загрязняющими элементами являются соединения фтора, фосфора, стронция, мышьяка которые обладая высокой химической активностью, представляют опасность для здоровья людей, животных, флоре и фауне.

Одним из рациональных путей переработки фосфогипса является получение на их основе ангидритовых вяжущих и бетонов поскольку при высокотемпературной обработке вредные соединения фтора и фосфора из водорастворимых продуктов переходят в нерастворимые минералы, оказывая положительное влияние на процессы структурообразования. Поэтому разработка технологии утилизации фосфогипса является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась по программе фундаментальных исследований института наук им. А.Б.Бектурова МОН РК «Физико-химические основы глубокой переработки фосфоритов, природных солей и вторичного сырья нефтегазовой и химической промышленности на средства химизации сельского хозяйства, композиционные материалы и неорганические соединения» (Ф.03.02.) на 2003-2005гг. по проекту «Разработка оптимальных составов и технологии изготовления композиционных материалов на основе техногенных отходов» (№0104 РК 00001) и в соответствии с планом мероприятий по реализации программы министерства охраны окружающей среды РК на 2008-2010 год, «Разработать долгосрочные региональные системы управления ТБО и промышленными отходами Казахстана».

Целью диссертационной работы является комплексная оценка воздействия фосфогипса на окружающую среду, разработка и исследование свойств композиционного ангидритового вяжущего повышенной водостойкости на основе фосфогипса и получение на его основе бетонов, обеспечивающая снижение экологической нагрузки на окружающую среду.

Для реализации поставленной цели в работе решены следующие научно-технологические задачи:

-исследованы условия образования и экологическая характеристика отвалов фосфогипса с определением направлении утилизации;

-определены загрязняющие вещества, химико-минералогический, физико-механические свойства, гранулометрический состав фосфогипса и модифицирующих добавок;

-произведена оценка влияния отвалов фосфогипса на компоненты окружающей среды с определением их качественных характеристик;

-разработана технология утилизации фосфогипса с нейтрализацией вредных веществ и получением ангидритовых вяжущих и бетонов;

-эколого-экономическая оценка технологии утилизации и создание модели управления отвалами фосфогипса для получения ангидритовых вяжущих;

Основная идея работы состоит в использовании модифицирующих добавок способствующих нейтрализации загрязняющих веществ в фосфогипсе и снижении негативного воздействия отвалов фосфогипса на окружающую среду за счет разработки технологии водостойких ангидритовых вяжущих и бетонов.

Основные научные положения и результаты выносимые на защиту

- результаты комплексного влияния отвалов фосфогипса на окружающую среду и закономерности развития техногенных загрязнений;

материалдарын алу ?шін пайдалану?а болады.

Экономикалы? тиімділігі: ?сыныл?ан технология бойынша жылды? ?німділігі 50мы? т. ангидрит байланыстыр?ыштарын ?ндіруден алынатын экономикалы? тиімділік-62,8 млн.те?ге, ал жылды? ?німділігі 30мы? м2 ?шекейлі бетондарды ?ндіру тиімділігі-17,28млн.те?ге ??райды.

Зерттеу нысаныны? болаша?та дамуы туралы жорамалдар. Фосфогипсті? ?орша?ан орта?а зиянды ?серін ба?алау ?дісі таби?атты пайдаланушылардан алынатын т?лем а?ы есептеуде, адам ж?не жануарлар а?заларына ?сері сия?ты кешенді зерттеулерді ж?ргізуге м?мкіндік береді. Фосфогипс негізіндегі бас?а да ??рылыс материалдарын алу таби?и шикізат ?орын ?немдеуге, ?нерк?сіптік ?алды?тарды ?айта ?олдану ар?ылы аума?та?ы экологиялы? жа?дайды жа?сарту?а м?мкіндік береді.

?сынылып отыр?ан техникалы? шешімдер ангидрит байланыстыр?ыштарын ж?не бетондарды? макро ж?не микро де?гейдегі ??рылымды? жасалымдар ?рдісін бас?ару?а м?мкіндік береді.

Ж?мысты? н?тижелері: фосфогипсті? ?орша?ан орта?а ?сер ететін зиянды компоненттері аны?талып, оларды залалсыздандыруды? ?ылыми-т?жірибелік негіздері жасал?ан. Шекті рауалды концентрациялар к?рсеткіштерінен асып т?сетін заттар?а атмосфералы? ауада: фосфогипс ша?ы, фторлы сутек, фосфор; жер асты суларында: фтор, сульфаттар, фосфаттар; топыра?та: фтор, ?ор?асын, мышьяк, стронции жатады. Атмосфера ?абатында фосфогипс ша?ыны? таралуын сипаттайтын турбуленттік диффузия те?деуі негізіндегі математикалы? ?лгілер ж?не оны шешуді? тиімді санды? ?дістері ?сыныл?ан. Математикалы? ?лгілеу н?тижесінде фосфогипс ша?ымен ластанатын 10-20км аума?ты ?амтитын карта жасалын?ан. ?к, шыны сыны?тары, бархан ??мы, кальцинирленген сода, хлорлы натрий сия?ты ?оспаларды пайдаланып суда еритін фторлы залалсыздандыру физика-химиялы? ?арастырыл?ан. 850-9000С-та суда еритін фтор, кальций кремнии, натриймен ?рекеттесіп флюрит, куспидин сия?ты суда ерімейтін минералдар?а айналатыны аны?тал?ан.

?орша?ан ортаны? экологиялы? ?ауіпсіздігін ж?не ??рылыс материалдары ?нерк?сібін ?алды?тарды ?тымды ?олдануды ?амтамасыз ететін фосфогипс негізіндегі ангидрит байланыстры?ыштарын ж?не бетондар алу технологиясы ?сыныл?ан.

Экологиялы? т?р?ыдан алын?ан м?ліметтер бойынша фосфогипсті? ?орша?ан орта?а зиянды ?серіні? залалы - 428,7 млн.те?ге ??райтыны аны?тал?ан. Экологиялы?, технологиялы?, ?йымдастыру ж?не экономикалы? к?рсеткіштерді ескеретін фосфогипс ?оймаларын ?тымды пайдалану ?лгісі жасал?ан.

Енгізу д?режесі ж?не саласы: жасалын?ан фосфогипс негізіндегі М300-500 маркалы ангидрит байланыстыр?ыштары ж?не оны? негізіндегі ?шекейлі бетондар ?ндіруді? технологиялы? т?сілдері «Жамбыл гипс комбинаты» А? ?ндірістік жа?дайында сыналды ж?не сол мекемеде ?ндіріске енгізу ?сынылды.

«О?т?стік» ?леуметтік іскерлік корпарациясына минералды? ты?айт?ыштар зауыты жанынан ?уаттылы?ы жылына 50мы? тонна ангидрит байланыстыр?ыштарын ?ндіретін цехты? бизнес жоспары жасалынды.

?олдану аясы: фосфогипстегі зиянды заттарды залалсыздандыру т?сілдерін фосфор ?нерк?сібі саласында, ??рылыста ?олданылатын беріктігі М300-400 ангидрит байланыстыр?ыштарын, ??р?а? ?оспалар, сыла? ерітінділерін, ?шекейлі бетондар, конструктивті - жылу са?та?ыш

-результаты исследовании по определению параметров уровня рассеивания фосфогипсовой пыли в зависимости от скорости ветра и размера частиц;

- составы и технология получения композиционного ангидритового вяжущего повышенной водостойкости на базе фосфогипса и добавок извести, доломита, барханного песка, хлористого натрия и бетонов на его основе;

Методы и объекты исследований. В работе использовались общепринятые методики определения концентрации загрязняющих веществ. Для определения рассеивания фосфогипсовой пыли и построения карты загрязнений применены математическое моделирование и современные программные средства. Для разработки составов использованы методы математического планирования экспериментов. Структура фосфогипсовых вяжущих и бетонов исследованы с помощью спектроскопического, рентгенофазового, дифференциально-термического, электронно-микроскопического анализов. Определение физико-механических свойств производилось согласно стандартным испытаниям.

Научная новизна работы состоит в следующем:

- выявлены количественные и качественные загрязнения окружающей среды отвалами фосфогипса в результате которого установлено что основными загрязнителями являются фосфогипсовая пыль, фосфор, фтор, стронции, мышьяк.

- установлен механизм связывания вредных соединении фосфора и фтора модифицирующими добавками заключающий в

- переводе растворимой формы в нерастворимую с образованием куспидина, флюорита.

- разработано модель процесса управления отвалами фосфогипса направленную на реализацию технологии утилизации фосфогипса с получением ангидритовых вяжущих.

Практическая ценность работы:

Выявленные закономерности загрязнения окружающей среды отвалами фосфогипса учтены при расчете эколого-экономического ущерба от сверхнормативного складирования который составил -424,45млн.тенге в год.

Разработаны составы и технология технологический регламент производств ангидритового вяжущего мощностью 50тыс.тонн и 30тыс.м2 декоративных бетонов в год. Суммарный экономический эффект от внедрения производства разработок составляет 90,13млн.тенге в год.

Разработанная технология получения ангидритового вяжущего позволит расширить сырьевую базу за счет максимального использования отходов.

Апробация работы и публикации.

Основные положения диссертационной работы доложены на международной научно-практической конференции, «Ауезовские чтения-4» (г.Шымкент, 2004), на международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность урбанизированных территории в условиях устойчивого развития» (г.Астана, 2006), на международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в образовании и подготовки кадров по естественно-техническим наукам» (г.Тараз, 2007).

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 9 трудах. Из них: 3 работ в сборниках международных научно практической конференциях, 3 статей в изданиях, рекомендованных Комитетом по контролю в сфере образования МОН РК. Получено 2 предпатента РК на изобретения.

Обоснованность и достоверность научных положении, выводов и рекомендации подтверждаются:

-сходимостью данных натурных исследований, моделирования ветрового переноса и комплексной оценки негативного влияния отвалов фосфогипса на окружающую среду;

-положительной оценкой и апробацией результатов работы в лабораторных и опытно-промышленных условиях а также, обсуждением на международных конференциях.

Личный вклад автора состоит:

-в постановке проблем, обосновании ее актуальности формулировке цели и задач научных исследований, практической ценности;

-проведении экспериментальных исследовании для получения данных о влиянии отвалов фосфогипса на окружающую среду, и анализ экологического состояния;

-разработка технологии ангидритового вяжущего на основе фосфогипса и бетонов.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит введения, 5 глав и выводов, заключения, списка использованных источников и приложении и изложена на ___ страницах, содержит ____таблиц , рисунков ___, списка использованных источников из ___

Т?ЖЫРЫМ

Мусаев Январбек Арынбек?лы

«Фосфогипсті экологиялы? ба?алау ж?не оны пайдалану технологиясы»

Техника ?ылымдарыны? кандидаты ?ылыми д?режесін іздену диссертациясы

25.00.36-геоэкология

Ж?мысты? ?зектілігі: фосфогипс минералды ты?айт?ыштар зауытыны? ірі к?лемдегі ?алды?ы болып табылады ж?не де оны? ?азіргі кездегі м?лшері 7млн. тоннадан асады. Ол ??нарлы жерлерді алып ?оймай, ?орша?ан орта?а атап айт?анда ауаны?, жер суларын, топыра?ты? ластануын ба?алайтын зерттеулер ж?ргізілмеген. Сонымен ?атар ?ылыми зерттеу т?рде негізделген фосфогипсті утилизациялау технологиясы жеткіліксіз бол?анды?тан оны ?ндірісте пайдалану м?мкін болмай отыр. ?сынылып отыр?ан ж?мыс жо?арыда келтірілген м?селелерді шешуге ба?ыттал?ан.

Ж?мысты? ма?саты: фосфогипсті? ?орша?ан ортаны? ластануына ?сері ж?не оны? негізінде ангидрит байланыстыр?ыштарын, бетондар алу технологиясын жасау.

Ж?мысты? негізгі идеясы: фосфогипсті? ?орша?ан орта?а ?серін оны ангидрит байланыстыр?ыштарын ж?не бетондарды алу ?шін пайдаланып, ?орша?ан орта?а зиянды ?серін азайту.

Зерттеу нысаны: Тараз ?. минералды ты?айт?ыш ?ндіретін зауытты? ?ндіріс ?алды?ы фосфогипс ж?не ангидрит байланыстыр?ыштарын алуда?ы ?оспалар: бархан ??мы, шыны сыны?тары, хлорлы натрий, кальцинирленген сода, ?к, доломит болып табылады.

Зерттеу ?дістері: ж?мыс кешенді заманауи зерттеулері: физика-химиялы?, рентгенфазалы?, дифференциалды-термиялы?, электронды микроскопиялы? талдау, математикалы? модельдеу ?дістерін ?олданып ж?ргізілген.

фосфорного шлака и фосфогипса для дорожного строительства. Вестник ТарГУ. Природопользование и проблемы антропосферы.-Тараз,2006, №

5. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков А.А., Киргизбаев А.Т, Игликов А.А., Мусаев Я.А. Исследование накопителей отходов производства завода минеральных удобрении Вестник ТарГУ. Природопользование и проблемы антропосферы.-Тараз,2007, №

6. Сулейменов Ж.Т., Сагындыков А.А., Жигитбаева Б.Е., Мусаев Я.А Перспективы применения ангидритового цемента на основе природного и техногенного сырья (Материалы международной научно-практической конференции

Основная часть

утилизация фосфогипс окружающий вредный

Во ведении приведена общая характеристика работы заключающаяся в экологической оценке фосфогипса, обоснована актуальность и научная новизна обозначены цель, положения выносимые на защиту, практическая ценность, структура и объем диссертации.

В первой главе приведен анализ технологического процесса образования фосфогипса и экологическая характеристика гидроотвалов и сухих отвалов. Анализ технологического процесса образования фосфогипса показал, что с 1тн. фосфорных удобрении выход фосфогипса составляет -2,8-2,9тн. Расчет объемов образования по технологическим переделам показал что в год образуется 655 200тн фосфогипса и к настоящему времени его накопилось 7611085тн. Динамика накопления фосфогипса по годам приведена в табл.1.

Таблица 1 -Динамика накопления фосфогипса по годам.

Годы
2003	2004	2005	2006	2007
6032139	6447639	6850339	7251039	7611085

Необходимо отметить что степень использования фосфогипса очень низка и составляет порядка 5-7тыс.тонн в год. В основном он используется для мелиорации почв. Гидроотвал фосфогипса занимает площадь 47га, а сухого -25га.

Негативное влияния фосфогипса на окружающую среду проявляется в загрязнении атмосферного воздуха, подземных и поверхностных вод, почвенно-растительного покрова вредными веществами, просачивающимися через экран, а также в результате вымывания их атмосферными осадками и пыления. Так, при сухом складировании (без предварительной нейтрализации) в газовой фазе выделяющейся на отвале, содержится в среднем 10г фтора на 1т фосфогипса (радиус распространения пыли до 1,5км); примерно 10% фтора (по обследованным предприятиям) вымывается осадками.

Установлено, что отвалы фосфогипса являются полностью эрозионно опасными материалами, так как в их поверхностном слое содержится практически 10% частиц диаметром менее 0,25мм. Жидкая фаза пульпы шламонакопителей содержащая фосфорную кислоту, сульфат и фосфат магния, фтористо-кремниевая кислота, кремнефториды натрия,

7

фосфаты алюминия и железа, а также другие соединения фильтруясь в процессе намыва загрязняют поверхностные и грунтовые воды.

Расчетная оценка накопившихся в шламонакопителе вредных веществ показало что с 1995 по 2007г.в отвалах находится около железа -1,5тыс.т., фосфора -64,2, фтор -51,2, свинца -31,2т., кадмия -5тн., стронция -15тн. в виде растворимых солей.

Во второй главе приведены исследования химико-минералогического состава и загрязняющих веществ фосфогипса, сырьевых материалов для получения ангидритовых вяжущих и методы исследовании.

Выявлено что среднее содержание редкоземельных химических элементов в фосфогипсе завода минеральных удобрений следующее, мас.%: стронций 0,01-0,02; мышьяк 0,01-0,02; свинец 0,002-0,004; кадмий 0,0001-0,0002; цинк 0,002-0,009; фтор 0,3-0,7.

С целью определения его пригодности с экологической позиции был проведен анализ на содержание радиоактивных элементов: калия - 40, радия - 226, тория - 232.(табл.2).

Таблица 2 - Содержание радиоактивных элементов в фосфогипсе

№ п/п	Наименование пробы	Эффективная удельная активность, Бк/кг
		Ra-226	Th-232	K-40	Аэфф
1	Фосфогипс	50+15	13+10	83+30	33-105
2	Фосфогипс	49+11	15+9	88+29	34-107
3	Фосфогипс	52+10	12+7	86+28	35-110
4	Фосфогипс	48+8	13+9	88+17	34-102
5	Фосфогипс	51+9	15+8	89+21	36-104
6	Среднее значение	50+10,6	13,6+8,6	86,8+25	34,4-105,6

Как видно из данной таблицы, содержание естественных радионуклидов по эффективной удельной активности не превышает нормативов для первого класса радиационной опасности. Согласно «Норм радиационной безопасности (НРБ-99)» исследованный фосфогипс может быть использован в любом виде строительства без ограничений по радиационному фактору.

В качестве модифицирующих добавок при получении ангидритовых вяжущих были использованы известь, обожженный веществ в фосфогипсе:

И их влияния на ОС модель ветрового переноса фосфогипсовой пыли, составы и технология водостойких ангидритовых вяжущих. Полученные результаты и данные по влиянию отвалов ФГ на ОС рекомендуются учитывать при оценке загрязнения ОС и эколого-экономического ущерба от воздействия отвалов ФГ, а технология ангидритовых вяжущих рекомендуются для предприятии занимающихся производством гипсовых вяжущих изделии.

Технико-экономическая оценка эффективности внедрения. Производство и применение разработанных ангидритовых вяжущих и бетонов на основе фосфогипса позволяют значительно снизить себестоимость за счет экономии портландцемента. Экономии эффект при объеме производства 20 тыс.т. вяжущего составит 628,5млн.тенге.

Оценка научного уровня выполненной в сравнении с лучшими достижениями в данной области. Проведенный впервые анализ влияния отвалов ФГ. На компоненты ОС, связанный с накоплением вредных отходов, и разработка технологии их утилизации свидетельствуют о соответствии работ современному научно-техническому уровню составы ангидритовых вяжущих обладают новизной защищенными предпатентами РК №19698 и по своим физико-механическим свойствам превосходят аналогичные материалы.

Заключение

1. Установлена что фосфогипсовые отвалы значительно влияют на уровень загрязнения атмосферы пылью (0,31-0,34мг/м3), почвы фтористыми соединениями (4,1-4,8мг/кг) и подземных вод фтором 3,1-4,3мг/л.

2. Комплексными исследованиями построены карта схема загрязнения и рассеивания фосфогипсовой пыли. Выявлено что загрязнении территории распространяется на площади 18-20км.

3. Выявлено влияние стеклобоя, кальцинированной соды, хлористого натрия на процесс связывания водорастворимых соединении фтора и фосфора. Установлено что в температурном интервале 850-9000 водорастворимый фтор связывается в водонерастворимое соединение флюорит (CaF2) и куспидин (Са4Si2O7)F2 а свободный фосфор переходит в стеклофазу.

4. Получены зависимости, характеризующие влияние комплекса модифицирующих добавок на прочностные показатели и коэффициент размягчения гипсового камня на основе композиционного ангидритового вяжущего, установлены оптимальные составы композиционного ангидритового вяжущего.

5. Показано, что добавка извести способствует повышению скорости растворения ангидрита II, а также в оптимальном количестве способствует усилению эффективности действия хлористого или углекислого натрия.

6. Разработана технология утилизации фосфогипса с получением ангидритового вяжущих и облицовочных плит.

Оценка полноты решения поставленных задач. В работе полностью раскрыты закономерности отрицательного влияния отвалов ФГ на окружающую среду, разработана технология утилизации фосфогипса, разработана модель. Управления отвалами и дана эколого-экономическая оценка ущерба отвалов.

Рекомендации и исходные данные по конкретному использованию результатов диссертации. Для использования результатов исследовании предложены методики оценка загрязняющих доломит, барханный песок, кальцинированная сода, хлористый натрий и стеклобой. В работе приведены данные химического, минералогического составов указанных добавок.

В третьей главе приведены результаты отрицательного влияния на окружающую среду отвалов фосфогипса.

Оценка состояния подземных вод проводилась на основе анализа проб воды из 4 скважин, расположенных по периметру отвалов фосфогипса. Анализ химического состава проводился по 11 ингредиентам, характеризующим макро и микро компонентный состав воды. Результаты химических анализов проб воды за 2005-2007 года приведены в табл.3.

Концентрации основных загрязняющих веществ в подземных водах колеблются в широких пределах и в среднем составляют, мг/дм3 по взвешенным веществам -161,1-187; БПК 5,1-5,8; ХПК -35-38; сульфаты

144-149; фосфаты 7,4-7,9; фтор 3,1-4,3; аммиак 6,9-8,9; нитриты 0,86-1,22;

СПАВ - 1,1-1,3; хлориды 280-290; железо 0,12-0,17; нитраты 1,75-1,88.

Таблица 3 - Состав подземных вод в районе отвалов фосфогипса

№	Наименование	Единица измерения	ПДК	Факт
				2005	2006	2007
1	рН	мг/л	6,5-8,5	7,3	7,1	7,4
2	Сульфаты	мг/л	100	144	147	149
3	Фосфаты	мг/л	5,0	7,4	7,7	7,9
4	Фтор	мг/л	1,47	3,1	3,7	4,3
5	Аммиак	мг/л	22	6,99	8,34	8,9
6	Нитриты	мг/л	2,5	1,4	0,86	1,22
7	Нитраты	мг/л	1,65	1,75	1,84	1,88
8	Взвешенные вещества	мг/л	187	161,1	165,4	166,8
9	Хлориды	мг/л	300	280	285	290
10	Железо	мг/л	0,1	0,15	0,12	0,17
11	СПАВ	мг/л	10,5	1,1	1,2	1,3
12	ХПК	мг/л	30	35	37	38
13	БПК	мг/л	6,5	5,8	5,4	5,1

Полученный в результате наблюдении фактической материал позволяет проследить динамику изменения химического состава подземных вод.

Из ингредиентов превышающий величину ПДК необходимо отметить превышения ПДК сульфатов- 1,44-1,49; фосфатов 1,48-1,58; фтора -2,1-2,93; нитратов 1,1-1,2 раза. Динамика загрязнения этими компонентами приведена на рис.1. Содержание хлоридов, железа близко к значению ПДК, а аммиака, СПАВ значительно меньше ПДК.

Высокие показатели ХПК м БПК указывают на наличие окислительных процессов происходящих в подземных водах в условиях их постоянного подпитывания (инфильтрации) сточными водами.

Химический состав подземных вод показывает что загрязнения происходит как естественным путем, так и в результате техногенного воздействия.

Снижение или увеличение отдельных показателей во времени могут быть связаны с изменением количества и химического состава отходы фосфогипса поступающих от предприятии.

достигается при использовании хлористого натрия. Это объясняется тем, что в присутствии кальцит содержащийся в барханном песке разлагается также быстро, очевидно по причине того, что дают эвтектику при 7890С и образуют составы кипящие при 9000С, разлагаясь на и .

Свободный пятиоксид фосфора реагирует с оксидом натрия и и частично переходит в стеклофазу, часть остается непрореагировших в виде фторапатита.

В пятой главе приведены данные по определению экологического ущерба от сверх нормативного складирования отвалов, экономическая эффективность разработанной технологии утилизации и модель управления отвалами фосфогипса.

Экономическая оценка ущерба от размещения фосфогипса потребления фосфогипса сверхустановленных нормативов определяется по формуле:

(5.10)

экономическая оценка ущерба от размещения и потребления в зависимости от индекса опасности, тенге;

фактический объем размещения и потребления фосфогипса в зависимости от индекса опасности в определенный период времени, тонны;

нормативный объем размещения и потребления фосфогипса в зависимости от индекса опасности в определенный период времени, тонн.

Сотх - ставка платы за размещение 1 тонны и потребления фосфогипса в

зависимости от индекса опасности, утвержденная местными представительными органами на текущий год, тенге;

К1 - коэффициент экологической опасности, К1=1

К2 - коэффициент экологической опасности, К2=1

Экономический эффект от использования фосфогипса для получения ангидритового вяжущего при годовой мощности 50тыс.тн составляет

При избытке сульфата кальция в указанных системах расплав пользуется в интервале 870-9000С и является оптимальным для получения АВ. Наибольшая прочность АВ после обжига (до 32,0МПа) достигается при содержании в сырьевой смеси хлористого натрия и кальцинированной соды -1-2% и тонкомолотого стеклобоя в количестве 5-7%.

При обжиге сырьевых смеси состоящее из барханного песка, сульфата кальция, щелочных добавок в виде хлористого натрия, кальцинированной соды и стеклобоя 1-хлористый натрий ; 2-кальцинированая сод; 3-стеклобой.

происходят следующие реакции

(1)

(2)

(3)

(4)

Реакция (1) по данным ДТА начинается при температуре около 4000С и заканчивается при 7000С. При этом выделяющая в процессе обжига газовая фаза в виде связывается в водонерастворимое соединение в виде флюорита (). Зависимость количества водорастворимого фтора в продуктах обжига смесей в виде фосфогипса, соды, хлористого натрия, барханного песка от температуры показана на рис. 1-с хлористым натрием;2-кальцинированная сода;3-стеклобой.

Исследования зависимостей количества водорастворимого фтора от температуры и щелочных добавок показало (рис. ) что введение всех трех добавок приводит к полному связыванию фтора прием наибольший эффект

Б

Рисунок 1-Динамика загрязнения подземных вод.

а) фосфором; б) фосфором;

Анализ загрязнения воздушной среды в районе размещения отвалов фосфогипса велся по следующим веществам: пыль, фтористый водород, соединения фосфора, аммиак, сероводород.

Полученные в результате наблюдении фактический материал позволяет проследить динамику изменения состояния воздушного бассейна за период 2005 по 2007 год. В табл.4 приведены среднемесячные концентрации анализируемых веществ.

Таблица 4 - Среднемесячные концентрации анализируемых веществ

Вещество	Концентрация, мг/м3	ПДК, мг/м3	Фактический выброс г/с	ПДК, г/с
	2005	2206	2007
Пыль	0,31	0,32	0,34	0,15	125	25,1
фтористый водород	0,040	0,042	0,045	0,02	1,52	0,57
соединения фосфора	0,08	0,09	0,1	0,05	11,4	4,3
Аммиак	0,025	0,03	0,035	0,04	1,52	1,76
Сероводород	0,14	0,16	0,18	0,2	0,72	0,618

Данные таблицы показывают, что основными загрязнителями атмосферы являются: пыль превышающий ПДК 2-2,1; фтористый водород 2-2,2; фосфорные соединения 1,6-2 раза.

Удельный перенос пыли от действующих терриконов и отвалов фосфогипса определяется по формуле:

П1=0,001 КНД(1)где к=0,1 к-т зависящий от высоты засыпки и количество породы, Н-высота отвала, Д - количество отходов выдаваемой в сутки в отвалы.

П1=0,001·0,1·20·1795,1=3,6т/сут=4314т/год

Выброс пыли (удельный унос) с открытых площадей отвалов фосфогипса расчитывался по формуле:

П2=SWc j(2)где S-открытая площадь, м2=250000;

Wc- удельная сдуваемость пыли, кг/м2·с;

j-коэффициент измельчения горной массы -0,5.

П2=250000·0,1·10-6·0,25=0,125кг/с. Эти показатели превышают ПДК почти в 5 раз.

Количество пыли с поверхности отвалов фосфогипса в зависимости от размера частиц определяется по формуле:

П3=10-2(4+2,5N10) u2 В(UB-4)(3)где N10- содержание частиц пыли размером менее 60мкм (% по массе)-20,30,40;

UB-скорость ветра м/с -5-15.

Выявлено что возрастанием скорости ветра удельное пылевыделения значительно увеличивается и изменяется от 1,35 до 2,6кг/с и напрямую зависит от размера частиц пыли.

Приведено математическая модель переноса фосфогипсовой пыли в атмосфере. Концентрация пыли рассматривается в области где замкнутая трехмерная область цилиндрической формы с гладкой границей временной интервал, в течении которого рассматривается эволюция пыли в атмосфере. Тогда, модель процессов распространения примесей в атмосфере фосфогипса при получении ангидритового вяжущего проведены исследования по определению влияния различные температур обжига на его физико-технические свойства. Обжиг осуществляется в интервале температур 500-9000С в течении промежутка времени, обеспечивающего полный переход гипса в ангидрит. Обожженное сырье размалывалось до достижения остатка на сите №008 5-7%. В качестве активизатора твердения в состав вяжущего вводилась добавка извести и доломита в количестве 5% от массы вяжущего.Исследование влияния извести на свойства АВ обусловлено тем, что по существующей технологии нейтрализации фосфогипса в его составе содержится до 1% извести.

Анализ представленных данных показывает, что оптимальное количество добавки кальциевой извести и доломита (содержание активных СаО+MgO-70.7 %) составляет 5% от массы вяжущего или в пересчете на активные СаО+MgO-4% от массы вяжущего, происходит ускорение сроков схватывания вяжущего. Введение оптимального количества извести и доломита интенсифицирует кинетику роста прочности бетонов на основе ангидритового вяжущего. Прочность образцов в начальные сроки твердения -3 и 7 сут. Увеличивается на 75 и 71 % соответственно, в возрасте 28 сут на 50%, в более поздние сроки твердения - 90 и 180 сут на 44 %, по сравнению с контрольными образцами без введения добавок активизаторов твердения. Коэффициент размягчения образцов ангидритового бетона увеличивается с 0,45 до 0,53. Испытания на равномерность изменения объема, образцы выдержали.

Введение добавок в состав ангидритового вяжущего вместе с барханным песком щелочных оксидов как хлористый натрий и кальцинированная сода, стеклобоя обусловлено тем, что имея в составе соединения натрия они способствуют раннему появлению расплава за счет жидкофазной реакции между свободным оксидом кремния, натрия и фтора которая образуется в температурном интервале 730-7400С.

Наибольшую прочность материал имеет при избытке сульфата кальция над эвтектикой т.е. когда кристаллическая масса сульфата кальция обволакивается жидкофазной эвтектикой в системах

Результаты химических анализов проб почвы отобранных в 2005-2007г приведены в таблице:

Таблица 6 - Анализ химического состава почвы

Вещества	Концентрация, мг/кг	ПДК, мг/кг
	2005	2006	2007
Фтор	4,1	4,5	4,8	2
Стронции	90,6	96,7	98,1	90
Свинец	35,4	38,5	41,4	32
Кадмий	3,7	4,1	4,3	3
Цинк	150,4	155,1	157,7	210
Марганец	351,4	57,3	359,1	520
Ванадии	60,1	65,1	68,9	90
Железо	31,3	32,4	33,7	50
Мышьяк	2,4	2,9	3,1	2

Анализ приведенных данных показывает, что для исследуемого периода времени характерны высокие содержания фтора, стронция, мышьяка, кадмия, свинца.

Результаты определения загрязняющих веществ в почве показывает что с каждым годом их количество возрастает что связано с накоплением отвалов фосфогипса и настоящее время исследуемая техногеосистема испытывает нагрузку, при которой еще сохраняется структура, но в почве происходит накопление фтора, стронция, свинца и т.д.

В четвертой главе приведены технология производства ангидритового вяжущего на основе фосфогипса.

Физико-технические свойства ангидритового вяжущего определяются как изменениями фазового состава, так и структурными преобразованиями, протекающими в процессе обжига фосфогипса. Следовательно, оптимальный режим обжига фосфогипса должен обеспечивать образование продукта с фазовым составом и структурными характеристиками, при которых ангидритовое вяжущее обладает приемлемыми в технологическом отношении сроками схватывания, водопотребностью и активностью, позволяющими получать на его основе изделия с высокой прочностью.

Для нахождения оптимальной области температур обжига

(1)

с краевыми условиями

(2)

(3)

(4)

где детерминированная функция, описывающая источники пыли.

заменяя производную по времени в уравнении ее разностным аналогом, имеем:

(5)

на (6)

на на (7)

где дискретное время; шаг дискретизации по времени;

значение концентрации в дискретные моменты времени;

оператор системы вида

(8)

Уравнения (5)-(7) описывают дискретную по времени модель концентрации примесей в трехмерном пространстве . Такой моделью удобно пользоваться при решении задач оценивания и прогнозирования загрязнения окружающей среды.

Для получения модели, дискретной по пространственным, переменным используем метод расщепления, который позволяет свести решение задач (9) в трехмерном пространстве к эквивалентном подзадачам в одномерных пространствах. В результате получаем шесть обыкновенных дифференциальных уравнений вида:

(9)

(10)

где(11)

Полученная дискретная математическая модель процессов распространения пыли в атмосфере (9)-(10) с учетом была реализована на компьютере для двумерного случая, т.е. при равномерном шаге . На рис.2 представлены результаты моделирования численного эксперимента: распределение концентрации пыли на оси панели единичного источника. Поперечные распределения концентрации пыли в выбранных точках А,В,С,D на оси панели, удовлетворяющие формуле гауссового распределения и линии равного концентрации пыли которые подтверждают физический смысл исследуемых процессов. Приведенные графики соответствуют установившимся значением концентрации примеси для случая граничных условий типа Дирихле . В первом эксперимента процесс моделировался для двух видов граничных условий: типа Дирихле и типа Неймана . В результате установлено, что замена одного граничного условия другим практически не влияет на результаты моделирования на довольно протяженном отрезка времени.

Полученная в модели величина эмиссии пыли интерполировалась из узлов мелкой сетки в узлы крупной сетки - 20-18км (размер ячейки 1км) и использовалась при расчете переноса пыли. Приведенные поля загрязнения показывают что, из-за мелкодисперсности фосфогипсовой пыли она распространяется на большие расстояния и охватывает поселки Шайкорык, Бурыл, жилую территорию г. Тараз где концентрация пыли составляет 0,29-0,34 мг/м3.Работы по исследованию химического загрязнения почв велись с 2005 по 2007 год в радиусе 1км от месторасположения отвалов фосфогипса.

Список опубликованных работ по теме диссертации.

1.Сулейменов Ж.Т., Сагындыков А.А., Талканбаев Е.К., Мусаев Я.А. Комплексная утилизация отходов добычи фосфоритов международная научно-практичес. конференции Ауезовские чтения-4 Шымкент, 2004с 76-79.

2. Предпатент РК №17550 Сырьевая смоль для изготовления строитеьных изделий опубл. 27.12.2004 Сулейменов Ж.Т., Сагындыков А.А., Мусаев Я.А.

3. СулейменовЖ.Т., Сагындыков А.А., Мусаев Я.А.Джусипов С.С. Экологические эффективные технологии рациональной переработки фосфогипса (Материалы международной научно-практической конференции «Экологическая безопасность урбанизированных территории в условиях устойчивого развития». - Астана, 2006 с.).

4.Сагындыков А.А., Суранкулов Ш.Ж., Жигитбаева Б.Е., Мусаев Я.А. Вяжущие контактного твердения на основе гранулированного

62,84млн.тг. а экономический эффект при производстве облицовочных плит при годовой мощности 30тыс.м2 составляет 17,28млн.тг.

Построена модель управления отвалами фосфогипса которая представляет двухуровневую систему обеспечивающий безубыточную переработку.

Размещено на Allbest.ru

...