автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.22, диссертация на тему:Обоснование организации работ по утилизации отходов горной промышленности в строительные материалы методом полусухого прессования

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ ГОРНО - МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА.

Л.Основные виды техногенных образований.

2. Отходы горной промышленности.

3. Горнорудная промышленность.

4. Угольная промышленность.

5. Горно-химическая промышленность.

6. Добыча строительных материалов.

7. Отходы металлургического комплекса.

8.Отходы энергетического комплекса.

9. Выводы.:.

2. ОЦЕНКА СУЩЕСТВУЮЩИХ КЛАССИФИКАЦИЙ ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ И РАЗРАБОТКА СИСТЕМАТИЗАЦИИ ТЕХНОГЕННО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ, ПРИГОДНЫХ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ РАБОТ ПО ИХ УТИЛИЗАЦИИ В СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ.

2.1. Классификация техногенно-минеральных образований с учетом возможности их утилизации в строительные материалы.

2.2.Разработка систематизации техногенно-минеральных образований, пригодных для организации работ по их утилизации в строительные материалы.

2.3. Выводы.

3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТ ПО ВЫБОРУ ОПТИМАЛЬНЫХ СОСТАВОВ ФОРМОВОЧНЫХ СМЕСЕЙ ИЗ ТЕХНОГЕНО-МИНЕРАЛЬНЫХ ОБРАЗОВАНИЙ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ МЕТОДОМ ПОЛУСУХОГО ПРЕССОВАНИЯ.

Актуальность работы

Основные виды техногенных образований, пригодные для производства строительных материалов включают твердые отходы горной промышленности, включая отходы обогащения, металлургии, энергетики, строительного комплекса. В современных условиях, в расчете на каждого жителя планеты ежегодно добывается 20 т. сырья, а выход конечных продуктов составляет всего 2% от массы сырья.

В настоящее время интенсивно развивается массовое и индивидуальное строительство и возникает активный спрос на строительные материалы, а в связи с этим и качественно новые проблемы, связанные с рациональным использованием твердых отходов промышленного производства и грунтов различного состава.

Особенно остро эта проблема стоит в районах, где строительные материалы из дерева, камня и кирпичи дефицитны и дороги. Это в первую очередь относится к степным районам РФ, а также к географическим условиям Кавказа и Средней Азии.

Грунт и твердые отходы промышленного производства давно используются в качестве материалов для изготовления кирпичей и блоков различного назначения при малоэтажном строительстве. Одним из эффективных, экологически чистым и малоэнергетическим способом получения строительных изделий является полусухое формование.

Утилизация твердых отходов промышленности, кроме всего, во многом решает экологические проблемы, так как отходы занимают большие земельные площади и территории, отравляют почву, воду, и загрязняют атмосферу.

Таким образом, обоснование организации работ по утилизации отходов горной промышленности в строительные материалы методом полусухого прессования, является актуальной научной проблемой. 5

Автор принимал участие в гранте по теме 020025 "Обоснование технологии подготовки к переработке твердых бытовых и техногенных отходов", выполняемый в рамках научно-технической программы 485 "Эффективность технологии утилизации, обезвреживания и захоронения отходов" в1999-2000г.г.

Целью диссертации является обоснование организации производства утилизации отходов горной промышленности в строительные материалы, позволяющей комплексно использовать природные ресурсы, улучшить геоэкологическую обстановку района и решить жилищно-строительные проблемы.

Идея работы состоит в том, что утилизировать отходы горной промышленности следует на основе выявленных прочностных закономерностей полученных строительных изделий путем применения метода полусухого прессования.

Основные задачи исследования:

• Анализ перспективных источников по организации работ для получения строительных материалов из твердых отходов горнометаллургической промышленности и энергетического комплекса.

• Оценка существующей и разработка классификации техногенно-минеральных образований, пригодных для организации работ по их утилизации в строительные материалы.

• Анализ существующих технических средств и организация технических мероприятий по изготовлению строительных изделий из технген-но-минеральных образований методами прессования.

• Организация исследований по выбору оптимальных составов формовочных смесей из техногено-минеральных образований для изготовления строительных изделий методом полусухого прессования

• Организация исследований прочностных и физико-механических свойств стеновых материалов, полученных методом полусухого прессования. 6

• Геоэколого-экономические аспекты оценки запасов техногенно-| минеральных образований и организационных решений по их утилизации.

Методы исследований

Анализ результатов исследований предприятий по утилизации твердых отходов промышленного производства в строительные материалы; анализ факторов, определяющих эффективность процесса утилизации техногенных образований; лабораторные и полупромышленные эксперименты по изготовлению прессованных строительных изделий из твердых отходов промышленного производства.

Научные положения, защищаемые автором:

• Организация работ по утилизации отходов горно-энергетического комплекса в строительные материалы должна включать обязательный экспресс-контроль за качеством и физико-механическими свойствами компонентов формовочной смеси на каждом этапе технологической цепи подбора состава смеси, при этом в качестве метода формования следует использовать наиболее дешевый и эффективный метод полусухого прессования.

• При организации подбора состава формовочной смеси следует учитывать наличие в компонентах смеси глинистых и пылевидных частиц, а также крупность заполнителя, от которых зависит прочность прессованных изделий, при этом в случае присутствия в составе смеси 1012% глинистых частиц отпадает необходимость добавления пластификатора в её состав.

• Прочность и водопоглащение прессованных строительных изделий зависят от крупности заполнителя, процентного содержания глинистых и пылевидных частиц в формовочной смеси и изменяются от них по параболическому закону. 7

• Снижение степени загрязнения окружающей среды от отходов горноI энергетического комплекса зависит от количества утилизированного сырья, площадей освобожденных земель и территорий и экономической целесообразности применения способа утилизации отходов в строительные материалы.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается использованием современной методологии системного анализа, корректным использованием применяемых математических методов, сходимостью результатов лабораторных и натурных экспериментов, внедрением результатов организации исследований в промышленное производство строительных материалов и изделий из них.

Научная новизна работы состоит в том, что:

• предложена классификация техногенно-минеральных образований, пригодных для организации работ по их утилизации в строительные материалы;

• установлены зависимости подбора состава формовочной смеси от наличия и процентного содержания в ней глинистых и пылевидных частиц, а также крупности заполнителя;

• разработаны геоэколого-экономические аспекты оценки запасов техно-генно-минеральных образований и организационных решений по их утилизации.

Практическое значение работы

1. Предложена организация работ по утилизации отходов горноэнергетического комплекса в строительные материалы, включающая обязательный экспресс-контроль за качеством и физико-механическими свойствами компонентов формовочной смеси на каждом этапе технологической цепи подбора состава смеси, причем в качестве метода формования принят наиболее дешевый и эффективный метод полусухого прессования

2. Предложена технологическая схема процесса изготовления строительных изделий из техногенного сырья методом полусухого формования на ручных и механизированных прессах.

3. Разработан регламент подготовки и переработки твердых отходов промышленности в строительные материалы.

Реализация выводов и рекомендаций

Полученные результаты работы переданы АООТ «ВНИИЗарубежгео-логия» для учета при проектировании отвалообразования на карьерах и утилизации отходов и в учебном процессе при изучении дисциплин "Геоэкология и охрана окружающей среды" и "Разработка техногенных образований".

Апробация работы Основные научные положения и результаты работы рассматривались на конференциях «Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX-XXI веков», МГГА, 1998 - 2002г. и докладывались на НТС ООО НУЦ "Минеральные ресурсы".

Публикации По результатам выполненных исследований опубликовано 6 научных работ, которые отражают основное содержание диссертации.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 119 страницах машинописного текста, содержит 9 рисунков, 11 таблиц, список использованной литературы из 76 наименований.

4.6. Выводы I

1. Лабораторные и полупромышленные испытания прессованных строительных материалов, изготовленных по предлагаемой организации работ по утилизации отходов горно-металлургического и энергетического комплексов по своим физико-механическим свойствам показали, что полученные изделия не уступают стандартным керамическим и силикатным изделиям.

2. Экономический предел эксплуатации техногенных образований, пригодных для использования в качестве строительных материалов, определяется системой физико-механических, минералогических, геомеханических и технико-экономических факторов, основными из которых является гранулометрический состав и плотность техногенного массива, процентное содержание глинистых частиц, размер налогообложения и нормативно-правовое обеспечение предприятия по добыче и переработке техногенного сырья в строительные материалы и изделия.

3. Принятие организационных и технических решений по внедрению новых методов подготовки и переработки твердых отходов промышленного производства для получения строительных материалов и изделий должно производиться на основании сочетания методов экспертного опроса и факторного анализа по выявлению главных факторов влияющих на эффективность технологического процесса и моделирования предельных значений чистого дисконтированного потока на весь период разработки техногенного образования (отвала, террикона и пр.)

4. Установлено, что чистый дисконтированный доход Афанасьевского карьера от утилизации в строительные изделия методом полусухого формования вскрышных и вмещающих пород (суглинок, супесь, глины, мергель, л доломит, известняк) с годовым объёмом 900 м при использовании двух технологических линий увеличивается на 2-3% при освобождении отчужденных земель для сельского хозяйства, при этом запыленность и загазованность с

Ill

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научной задачи обоснования организации производства утилизации отходов горной промышленности в строительные материалы, позволяющей комплексно использовать природные ресурсы, улучшить геоэкологическую обстановку района и решить жилищно-строительные проблемы.

Основные научные и практические рекомендации заключаются в следующем:

1. Современная сырьевая база стран СНГ по получению строительных материалов и изделий может быть полностью обеспечена техногенными образованиями в виде отходов, находящихся в отвалах горнометаллургического и энергетического комплексов.

2. Систематизировать техногенно-минеральные образования для дальнейшей организации работ по их утилизации в строительные материалы следует по степеням разведанности и их изученности.

3. Организация работ по утилизации отходов горно-металлургического и энергетического комплексов в строительные материалы должна включать обязательный экспресс-контроль за качеством и физико-механическими свойствами сырья, компонентов формовочной смеси и готовой продукции на каждом этапе технологической цепи утилизации отходов, при этом в качестве метода формования следует использовать наиболее дешевый и эффективный метод полусухого прессования

4. При организации подбора состава формовочной смеси следует учитывать наличие в компонентах смеси глинистых и пылевидных частиц, её влажность, а также крупность заполнителя, от которых зависит прочность прессованных изделий, при этом в случае присутствия в составе смеси 1012% глинистых частиц отпадает необходимость добавления пластификатора

112 в её состав, а оптимальная влажность песчано-глинистой формовочной смеси должна составлять 12-18%.

5. Прочность прессованных строительных изделий зависят от крупности заполнителя, процентного содержания глинистых и пылевидных частиц в формовочной смеси и расхода стабилизатора и изменяется от них по параболическому закону, а водопоглащение прессованных кирпичей изменяется от процентного содержания глинистых и пылевидных частиц по экспоненциальному закону.

6. Лабораторные и полупромышленные испытания прессованных строительных материалов, изготовленных по предлагаемой организации работ по утилизации отходов горно-металлургического и энергетического комплексов по своим физико-механическим свойствам показали, что полученные изделия не уступают стандартным керамическим и силикатным изделиям.

7. Установлено, что чистый дисконтированный доход Афанасьевского карьера от утилизации в строительные изделия методом полусухого формования вскрышных и вмещающих пород (суглинок, супесь, глины, мергель, доломит, известняк) с годовым объёмом 900 м при использовании двух технологических линий увеличивается на 2-3% при освобождении отчужденных земель для сельского хозяйства, при этом запыленность и загазованность с отвалов уменьшается на 10-15% по сравнению с организацией работ без применения утилизации.

8. Разработанная организация работ и регламент по подготовке и переработке техногенного сырья в стеновые материалы методом полусухого формования позволяет использовать в качестве композитов формовочного сырья фактически все виды грунтов и отходов горно-металлургического и энергетического комплексов России и решить жилищно-строительные проблемы.

113

1. Астахов А.С. и др. Экономика горной промышленности. М., 1982.

2. Балацкий О.Ф., Мельник Л.Г., Яковлев А.Ф. Экономика и качество окружающей среды. JI., Гидрометеоиздат ,1984. 190с.

3. Боженов П.И., Глибина И.В., Григорьев Б.А. Строительная керамика из побочных продуктов промышленности М: Стройиздат, 1986- 135с.

4. Ващенко Т.В. Математика финансового менеджмента. М.,1996 .

5. Волженский А.В., Иванов И.А., Виноградов Б.Н. Применение зол и топливных шлаков в производстве строительных материалов,- М: Стройиздат, 1984,- 246с.

6. Волженский А.В. Комплексная переработка и использование металлургических шлаков в строительстве. Строительные материалы .1986 .5.-С.28

7. Воробьев Х.С. Состояние и перспективы использования вторичных отходов и продуктов промышленности в производстве строительных материалов . Строительные материалы .1985 ,№10.-с.6-7.

8. Воронцов АюИ., Щетинский Е.А., Никодимов И.Д. Охрана природы. М., Агропромиздат, 1989. 303 с.

9. Временная типовая методика определения экономической эффективности осуществления природоохранных мероприятий и оценки экономического ущерба , причиняемого народному хозяйству загрязнением окружающей среды. М., Экономика, 1986. 94с.

10. Гальперин A.M., В.Ферстер, Х.-Ю.Шеф Техногенные массивы и охрана окружающей среды. М., МГГУ, 1997.

11. Гальперин A.M. Геомеханические основы технологии формирования во времени бортов карьеров и отвальных массивов. Автореф.докт. дис. М. МГИ, 1980.114

12. Гордашевский П.Ф., Долгорев А.В. Производство гипсовых вяжущих материалов из гипсосодержащих отходов,- М.: Стройиздат, 1987. 103 с.

13. Гумеиик И.Л., Матвеев А.С., Панасенко А.И. Классификация техногенных формирований при открытых горных работах. Горный журнал .1988. № 12.

14. Демин A.M. Развитие технологии отвалообразования на карьерах. Горный журнал . 1988. № 12.

15. Единые правила охраны недр при разработке месторождений твердых полезных ископаемых . М., ИПКОН АН СССР, 1985. 61 с.

16. Зотеев В.Г., Фролов А.В. , Кампель Ф.Б. Совершенствование технологии отвалообразования на Ковдорском ГОКе. Горный журнал, 1988, № 4.

17. Ивашкин B.C. Борьба с пылью и газами на угодных разрезах. М., Недра , 1980. 153 с.

18. Калишевский В.Н. Эффективность совместного складирования отходов обогащения и вскрышных пород. Горный журнал . 1981. № 2.

19. Использование вторичных продуктов и отходов промышленности в производстве автоклавных строительных материалов и создание безотходной технологии : Тез. докл. Всесоюзн. сов. М., 1981.

20. Ковалев В.В. Финансовый анализ. М., МГГУ, 1997.116

21. Мосинец В.И. , Шестаков В.А., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации рудников. М., Недра, 1981.

22. Моссаковский Я.В. Оценка экономической эффективности капитальных вложений в горной промышленности, МГГУ, 1995.

23. Николин В.И., Матлак Е.С. Охрана окружающей среды в горной промышленности . Киев-Донецк,. Вища школа, 1987.

24. Организация и управление природопользования. ХарченкоВ.А., Арский Ю.М., Косухин Р.З., Кравченко О.П. и др. Учебное пособие, М., МГИ, 1988. 85с.

25. Охрана окружающей среды . Брылов С.А., Грабчак Л.Г., Комащенко В.И. и др. М., Высшая школа, 1986. 272 с.

26. Певзнер М.Е. , Костовецкий В.П. Экология горного производства . М., Недра ,1986.

27. Певзнер М.Е. , Костовецкий В.П. Экология горного производства . М., Недра, 1990, 235с.

28. Пиндайк Р., Рубинфельд Д. Микроэкономика, М.,1996.

29. План счетов бухгалтерского учета финансово-хозяйственной деятельности предприятий, М.,1996.

30. Плотников Н.И., Ржевский В.В., Истомин В.В. , Гальперин A.M. Геомеханика отвальных работ на карьерах . Недра, 1972.

31. Попов С.И. , Габитов P.M., Кашапов З.М. Управление горнотехническими параметрами отвалов. Горный журнал, 1988, № 2.

32. Пучков Л.А. Развитие исследований по охране окружающей среды в горной промышленности. Научно-техническая конференция «Экологические проблемы горного производства». МГГУ, 1993.

33. Природоохранная работа на промышленном предприятии. Балацкий О.Ф., Жулавский А.Ю., Малышко Н.И., Скоморохова В.Н. Киев, Техника. 1986, 133 с.115

34. Ковалев И.А., Квливидзе З.В. Особенности налогооблажения предприятий горнодобывающей промышленности с учетом требований по охране окружающей среды. Тез докладов. IV Международная конференция «Новые идеи в науках о земле», Т.З.М., 1999.

35. Комащенко В.И., Квливидзе З.В. Особенности налогооблажения малых предприятий при упрощенной системе налогооблажения. Тез. докладов. IV Международная конференция «Новые идеи в науках о земле», Т.З.М., 1999.

36. Карякин А.В., Грибовская И.Ф. Методы оптической спектроскопии и люминесценции в анализе природных вод.- М. : Химия , 1987. 304с.

37. Красавин А.П. Защита окружающей среды в угольной промышленности . М., Недра,1991. 221 с.

38. Крутов В.И. Основания и фундаменты на насыпных грунтах . М. Строй-издат, 1988.

39. Крячко О.Ю. Управление отвалами открытых горных работ . М. Недра, 1980.

40. Кузькин В.И. Техногенное выветривание на рудных месторождениях и его влияние на экологические условия разработки,- Изв. Вузов. Геология и разведка, М., 1994, № 7.

41. Ласкорин Б.Н., Громов Б.В., Цыганков А.П., Сенин В.Н. Безотходная технология в промышленности. М.: Стройиздат, 1986,- 175с.

42. Мельников Н.В., Демин A.M. Отвальные работы. Горное дело : Энциклопедический справочник .- Т.ЮМ.,Госгортехиздат, 1960

43. Мещеряков Ю.Г. Гипсовые попутные промышленные продукты и их применение в производстве строительных материалов.- Л.: Стройиздат, 1982. 142с.33» Михайлов A.M. Охрана окружающей среды на карьерах . Киев, Вища.шк. , 1990. 264с.

44. Михайлов B.C. Защита шахт от подземных вод. М., Недра. 1981. 232с.нии месторождений полезных ископаемых на рубеже ХХ-ХХ1 веков». М., МГГА, 1998.

45. Ковалев И.А., Квливидзе З.В. Особенности налогооблажения предприятий горнодобывающей промышленности с учетом требований по охране окружающей среды. /Тез докладов. IV Международная конференция «Новые идеи в науках о земле», Т.З.М., 1999.

46. Комащенко В.И., Квливидзе З.В. Особенности налогооблажения малых предприятий при упрощенной системе налогооблажения. Тез. докладов. IV Международная конференция «Новые идеи в науках о земле», Т.З.М., 1999.

47. Квливидзе З.В. Классификация отходов промышленного производства. Вестник РУДН, сер. Инженерные исследования. 2000г., № 1.

48. Ковалев И.А., Квливидзе З.В. Вопросы утилизации промышленных отходов в строительные материалы /Записки горного института, С-П., т. 149, 2001, с.205