Композиция из цемента и асбеста (асбоцемент) - ценный материал для кровель. Асбоцементные крыши отличаются долголетием.
Бетон хорошо задерживает радиоактивные излучения и применяется для защиты от них.
Цемент относится к числу так называемых вяжущих материалов. Это материалы, способные из жидкого или тестообразного состояния переходить в твердое, камневидное при обычной температуре.
Вяжущие вещества разделяют на органические (смолы, клеи и др.) и минеральные (цемент, известь и др.). Минеральные вяжущие вещества, в свою очередь, подразделяют на воздушные и гидравлические. К воздушным вяжущим материалам причисляют те из них, которые твердеют на воздухе. Сюда относят известь, алебастр, гипс, магнезиальный цемент и др. Гидравлические вяжущие вещества могут твердеть и сохранять свою прочность, как на воздухе, так и в воде. Сюда относят цемент.
1.5 Стекольное производство
Сырьем в стекольном производстве служат кремнезем SiO2 и силикаты щелочных и щелочноземельных металлов. Состав стекла в общем виде может быть представлен формулой: xЭ2О •уЭО •z SiO2, где Э2О - окисел щелочного металла (Na2O, K2O, Li2O и др.); ЭО - окисел щелочноземельного металла (СаО, MgO, BaO) и SiO2 - кислотный окисел (кремневый ангидрид). Окислы щелочной группы понижают вязкость и температуру плавления стекла, а также его твердость. Окислы щелочноземельной группы повышают химическую стойкость стекла, а окислы кислотной группы (SiO2, а иногда Al2O3 , B2O3 , P2O5 и др.) сообщают высокую термическую, химическую и механическую стойкость.
Производство стекла состоит из следующих процессов: подготовка сырьевых компонентов, получения шихты, варки стекла, охлаждения стекломассы, формования изделий, их отжига и обработки (термической, химической, механической).
Процесс стекловарения условно разделяют на несколько стадий: силикатоообразование, стекловарение, осветление, гомогенизацию и охлаждения («студку»).
Обыкновенное белое стекло получают сплавлением смеси соды Na2 CO3 и мела CaCO3 с большим количеством кремнезема (белого песка) SiO2. Состав этого стекла может быть выражен формулой Na2 O • CaO • 6SiO2.
Если вместо воды взять поташ K2 CO3 , то силикат натрия в стекле заменится на силикат калия K2 SiO3 . При этом получаются тугоплавкие стекла, состав которых может быть выражен формулой: K2O • CaO • 6SiO2. Таким путем получают оконное стекло (так называемое бемское), бутылочное и вообще посудное стекло.
При замене окиси кальция окисью свинца PbO получают хрустальное стекло приблизительного состава K2 O • PbO •6SiO2. Свинцовые стекла сильно преломляют лучи света и отличаются блеском. Из них готовят хрустальную посуду, колбы для электроламп и пр.
Существует большое число сортов стекла, изготовляемых для разных целей: оптическое, термометрическое, увиолевое (проницаемое для ультрафиолетовых лучей; обычное стекло не пропускает эти лучи), различные жаростойкие стекла. Стекло является важным строительным материалом. Готовят ткани из стекла. Начинают широко применять стеклянные трубы (достоинство их: большая стойкость против корродирующих агентов). Жаростойкое стекло служит для изготовления кастрюль сковородок и т.д.
Обыкновенное бутылочное стекло окрашено в зеленый цвет солями двухвалентного железа. Цветные стекла получают введением в массу при плавлении различных добавок в мелкораздробленном состоянии. Так, закись кобальта CoO придает стеклу синюю окраску, закись меди Cu2O красную, окись хрома Cr2 O3 ярко-зеленую окраску. Небольшие примеси в стекле в мелкораздробленном состоянии металлического серебра придают ему желтую окраску, а золота - красивую ярко-красную (рубиновое стекло) и т.д.
Силикаты калия и натрия растворяются в воде. В технике эти вещества называют растворимыми стеклами. Их раствор называется жидким стеклом. Находит применение в мыловаренном производстве, в крашении, в производстве бумаги, а также для пропитки дерева и тканей с целью сообщения им несгораемости и стойкости против гниения.
Жидкое стекло - одно из важнейших неорганических клеящих веществ (адгезив). Это связано с тем, что силикат натрия находится в нем в виде макромолекул. Жидким стеклом пропитывают ткани и дерево для придания им огнестойкости; оно применяется для изготовления кислотоупорного цемента, силикатных красок и глазурей.
Почти все виды песка, образующие иногда пластины огромной мощности, состоят из кварца. Чистые прозрачные кристаллы кварца идут на изготовление линз и призм, пропускающих УФ-излучение. Для этих целей используется также кварцевое стекло. Пьезоэлектрические свойства кварца находят применение в приборах для генерации ультразвука. Из непрозрачного технического кварцевого стекла изготавливают крупногабаритную термо- и кислотную химическую аппаратуру, муфели для электрических печей. Особо чистое прозрачное кварцевое стекло применяется для изготовления труб, аппаратов и емкостей для полупроводниковой техники и радиоэлектроники.
1.6 Отходы и выбросы стекольного производства
Производство изделий из стекла связано с образованием большого количества отходов и выбросов, которые можно классифицировать по физико-механическому состоянию следующим образом:
1. твердые отходы (стеклобой, сырьевые материалы цехов подготовки шихты в виде пыли, порошковые отходы цехов обработки сортовой посуды);
2. суспензии и шламы (шламы и осадки систем подготовки шихты, систем пылегазоулавливания и очистки сточных вод, суспензии систем шлифования и полирования стекол);
3. сточные воды (сливы замасливателя в производстве стекловолокна, полировальные, промывные и травильные растворы при обработке и декорировании изделий и т.д.);
4. газообразные выбросы (отходящие газы стекловаренных печей, содержащие оксиды азота и серы, соединения свинца, фтора, фосфора и бора, оксид углерода, бензпирен, дымовые газы сушильных цехов подготовки шихты, газовая фаза и воздух со стадий закалки и охлаждения стекла).
Образование отходов в различных подсистемах производств стекла вызвано рядом причин, ранжированную последовательность которых можно записать в следующем порядке: 1 -- несовершенство технологических процессов отдельных стадий производства стекла; 2 -- недостатки в конструкции оборудования и его несоответствие характеру протекающих процессов; 3 -- несоблюдение технологических регламентов и низкая культура обслуживания и эксплуатации производства.
Из всех классификаций отходов наиболее эффективна классификация, учитывающая их физико-механическое состояние, химико-физическую структуру и специфические свойства.
По свойствам и составу отходов их можно pазделить на близкие к исходному сырью (порошковой шихте), к целевому продукту (стекломасса, например, стеклобой, крошка и пыль цехов обработки изделий), к сырью других производств.
В то же время ряд отходов образуют так называемые вторичные материальные ресурсы, например стеклобой, количество которого для некоторых производств достигает 50% от исходной стекломассы. К таким ресурсам относятся и дымовые газы стекловаренных печей, теплота которых может быть использована в качестве источников энергии.
Классифицируя отходы производства стекла, необходимо выделить их токсичность, т.е. степень воздействия на человека, животный мир и растительность. По этому признаку можно выделить безвредные, токсичные и особо токсичные отходы.
Технология стекла включает две основные стадии: подготовку сырьевых компонентов с получением шихты и стекловарение с выработкой стеклоизделий.
Основным компонентом шихты, используемой для широкого ассортимента стекол, является кварцевый песок, диоксид кремния, который составляет 50--75% массы готового стекла. В состав шихты входят также карбонат натрия, доломит, карбонат калия, сульфаты, нитрат кальция и нитрат натрия, борная кислота, оксиды свинца, цинка, мышьяка, фтористые соединения и др.
Пылеобразование сопутствует начальным операциям разгрузки и транспортирования компонентов шихты, поэтому состав пыли, образующейся на каждой из этих операций, будет различным. Однако даже при локальном попадании в атмосферу (от одной установки), вызванном неправильной организацией воздухообмена, пыль может распространиться по всему отделению.
Концентрация пыли в воздухе отделения подготовки сырья и приготовления шихты может, по зарубежным данным, достигать сотен и даже тысяч миллиграмм на кубический метр. Наибольшее пыление характерно для доломита, известняка (мела), полевого и плавикового шпатов, карбоната натрия и борной кислоты. Количество образующейся пыли достигает для шихт стекольных заводов 1,6% от массы приготовляемой шихты. Максимальные пылепотери приходятся на материалы известняковой группы и полевого шпата (до 85% от общего количества пыли) , а в воздухе отделения при получении шихты содержится до 60-- 70% пылевых частиц размером менее 5 мкм.
Согласно регламентации предельно допустимые выбросы вредных веществ (ПДВ) устанавливаются для каждого источника с учетом суммирования выбросов из других источников, находящихся в зоне отрицательного воздействия промышленного предприятия на окружающее пространство.
Надо иметь в виду, что возможная величина ПДВ является максимально предельной, однако в ряде случаев она может быть превышена в результате несоблюдения технологического регламента, отдельных залповых выбросов, поэтому принимают контрольные уровни (нормы) выбросов, общая масса которых должна быть меньше предельно допустимых. Эта разница для высокотоксичных выбросов в ряде случаев может быть уменьшена в десятки раз.
В стекольном производстве пылевые частицы размером до 50 мкм удерживаются в воздухе длительное время. Пыль обладает фиброгенным действием (Si02) и общетоксичным (В203, As203 и др.).
Диоксид кремния -- основа кварцевого песка (99--99,5%) -- имеет средний размер кристаллических частиц 0,1--1 мм. На организм человека наибольшее влияние оказывают частицы размером 1--2 мкм. Длительное воздействие этих частиц на легкие приводит к фиброзу -- разрастанию в легких соединительных тканей, ведущего к силикозу -- заболеванию всего организма.
Пыль доломита [(СаМg(С03)г] составляет 50% от всей пыли, образующейся при приготовлении шихты. Она обладает фиброгенным действием.
Пыль известняка СаС03 (мела) также фиброгенна. Карбонат натрия (Na2C03) обладает большой летучестью, вызывает изъязвление слизистой оболочки носа, раздражает дыхательные пути и приводит к конъюнктивиту.
Оксид бора В203 является составляющим элементом ряда оптических стекол и стекловолокна. В шихту вводят борную кислоту Н3В03, пыль которой может быть причиной повреждения кожи.
В производстве хрусталя, оптических стекол, эмалей используют материалы, содержащие оксиды свинца (РЬО, РЬ304), пыль которых высокотоксична и обладает кумулятивным действием -- может накапливаться (аккумулироваться) в организме. Свинец поражает сердечно-сосудистую и нервную системы, кроветворные органы и желудочно-кишечный тракт.
В качестве осветлителя в производстве стекла используют оксид мышьяка (III) As203, являющийся сильным ядом. На организм человека он оказывает пагубное влияние, разрушая вегетативную нервную систему, приводит к параличу кровеносной системы, действует на обмен веществ. Нарушение питания тканей может привести к злокачественным образованиям. Так же как и свинец, он может накапливаться в организме. Доза, приводящая к серьезному отравлению человека, составляет 0,01-0,052 г.
Из числа вредных веществ, входящих в состав шихты, выделяют оксид хрома Сг203 и дихромат калия К2Сг207, используемые как красители. Эти вещества также крайне токсичны. Они раздражают и изъязвляют слизистые оболочки и кожу, при их взаимодействии наблюдается прободение хрящевой перегородки, носоглотки и поражение желудочно-кишечного тракта.
Отрицательное влияние пылевых выбросов на организм человека требует таких технических решений, которые обеспечивали бы содержание вредных выбросов в атмосфере не выше ПДК.
В окружающей отделение атмосфере на уровне приземного слоя, концентрация вредных веществ не должна превышать 30% от ПДК в рабочей зоне помещения. ПДК веществ, используемых при приготовлении шихты, приведены в табл. 1.
Таблица 1
Компонент шихты | ПДК, мг/м3 | Состояние вещества | Класс опасности | |||
в воздухе рабочей зоны | в воздухе, окружающем отделение | |||||
разовая | средне-суточная | |||||
Диоксид кремния (кристаллическая форма): кварц, кристобалит, тридимит при содержании этих веществ в пыли свыше 70% (кварцит, динас и др.) | 1 | 0,5 | 0,15 | Аэрозоль | 3 | |
То же, при содержании в пыли этих веществ 10-70% (стадия обработки песка - сушка, отмывка, разделение на фракции) | 2 | 0,5 | 0,15 | - | 4 | |
То же, при содержании в пыли этих веществ 2-10% (стадия дозировки, смешения) | 4 | 0,5 | 0,15 | - | 4 | |
Оксиды железа с примесью оксидов марганца до 3% | 6 | 0,5 | 0,15 | - | 4 | |
Оксиды железа с примесью фтористых или марганцевых соединений | 4 | 0,5 | 0,15 | - | 4 | |
Борная кислота | 10 | нет данных | нет данных | пары и аэрозоль | 3 | |
Ванадий и его соединенияпентаоксид ванадияпента- и тетраоксид ванадия | 0,10,5 | -- | 0,0020,008 | аэрозоль- | 12 | |
Германий, оксид германия | 2 | нет данных | нет данных | - | 3 | |
Кобальт металлический, оксид кобальта | 0,5 | - | - | - | 2 | |
Марганец и его соединения в пересчете на MnO2 | 0,3 | - | 0,01 | - | 2 | |
Медь | 1 | нет данных | нет данных | - | 2 | |
Оксид мышьяка (III) и оксид мышьяка (V) | 0,3 | - | 0,003 | аэрозоль | 2 | |
Свинец, его оксиды и другие соединения | 0,01 | - | 0,0003 | - | 1 | |
Сурьма металлическая | 2 | - | - | - | 3 | |
Таллий, иодид, бромид | 0,01 | - | - | - | 1 | |
Оксид хрома (VI), хроматы, гидрохроматы (в пересчете на Cr2O3) | 0,01 | 0,0015 | 0,0015 | - | 1 |
До настоящего времени на стекольных производствах задачи повышения степени очистки отбросных газовых потоков от пыли не решены.
Например, по данным И.М. Курыгина, при термической обработке сырья в отделении приготовления шихты его потери составляют 3--4%.
Большие объемы запыленного воздуха при подготовке сырьевых материалов (при сушке 1300--1500 м3/т, при помоле и дроблении 100-150 м3/т , при просеивании 300-400 м3/т) должны быть очищены перед их удалением из отделения. Так как пыль полидисперсная с преобладанием частиц менее 10-20 мкм, то очистка отходящих газовых потоков пыли во многом усложняется. Не менее опасными с точки зрения загрязнения окружающей среды являются стадии стекловарения и выработки стеклоизделий. Традиционно используется явно устаревший термин "варка стекла", который включает ряд физико-химических превращений оксидов при высоких температурах. Поэтому стекловаренная печь должна рассматриваться как реактор, в котором протекают разнообразные гетерогенные и гомогенные процессы: декарбонизация, плавление, протекание реакций в твердой и жидкой фазах при взаимодействии силикатов в сочетании с процессами взаимного растворения.
Все процессы образования стекла протекают при высоких температурах, которые достигаются вследствие подвода тепла при сжигании углеводородного сырья или подвода электроэнергии. Сжигание топлива связано с образованием вредных компонентов отрицательно влияющих на биосферу.
Таким образом, процессами переработки шихты в стекло, приводящими к вредным выбросам и вредным воздействиям, являются следующие:
загрузка шихты в стекловаренную печь, при которой часть ее удаляется топочными газами;
