WWW.KNIGA.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Онлайн материалы
 

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

«Торф: возгорание торфа, тушение торфяников и торфокомпозиты Монография Москва ФГБУ ВНИИ ГОЧС (ФЦ) УДК 630*43(470+571) ББК 43.4(2Рос) ...»

-- [ Страница 3 ] --

У детского населения наблюдается меньшая взаимосвязь между пожарами и заболеванием. Так взаимосвязь с заболеваниями легких у детей составляет: с торфяными Г=+0,44; с лесными Г=+0,42 и торфяно-лесными Г=+0,43. С заболеванием астмой у детей взаимосвязь такая: с торфяными Г=+0,37; с лесными Г=+0,34 и с торфяно-лесными Г=+0,35 — через два года наблюдений.[101].

Однако, убедительно доказано, что стоматологический статус детей имеет определенную экологическую зависимость, вследствие чего показатели стоматологической патологии рекомендуется рассматривать как маркер загрязнения окружающее среды. Важную роль в формирования здорового стоматологического статуса у детей играет процесс прорезывания временных зубов, на течение которого существенное влияние оказывают разнообразные факторы внутренней и внешней среды, условия развития ребенка. К сожалению незаслуженно мало внимания уделяется оценке последствий токсического и раздражающего действия на состояние зубочелюстной системы продуктов горения (ПГ) от лесных и торфяных пожаров (ЛиТП), являющихся сегодня одним из приоритетных факторов, загрязняющих атмосферных воздух многих населенных территорий РФ.

Следовательно, на основании результатов исследования можно говорить о наличии связи между уровнем токсико-дымового воздействия, возникающего в период лесных пожаров и частотой отклонений в формировании временного прикуса детей первого года жизни. Выявленные отличительные особенности в формировании стоматологического здоровья детей раннего возраста, подвергшихся длительной аэрогенной нагрузки продуктами горения, позволяют отнести их в группу повышенного риска развития предпатологических и патологических состояний зубочелюстной системы.[101].



Ухудшение экологической обстановки наиболее опасно для детей и людей, страдающих дыхательными заболеваниями. Тяжело переносят отравления окисью углерода курящие люди, страдающие бронхитом и астмой, сердечными заболеваниями, нарушением кровообращения, неврастенией, анемией, диабетом, заболеваниями почек. Микрочастицы образуются в продуктах сгорания и попадают в дыхательные пути. Это вызывает раздражение. Для людей, у которых есть аллергия, это особенно опасно. Выбросы дыма в атмосферу могут вызвать у детей первого года жизни и новорожденных обострение врожденных пороков сердца и заболеваний органов дыхания. Из-за присутствия в воздухе дыма может обостриться такое часто встречающиеся воспаление слизистой оболочки носа, как ринит. Ринит часто сочетается с конъюнктивитом, бронхиальной астмой, крапивницей и другими аллергическими заболеваниями.[102].

В целом по данным ВОЗ (ВОЗ, 2010) дым от природных пожаров, в том числе и торфяных, вызывает раздражение глаз и дыхательных путей, бронхит, обострение астмы снижает функции легких, что может стать причиной преждевременной смерти. Даже при краткосрочном пребывании в задымленной зоне природного пожара мелкодисперсные частицы (диаметром до 0,5 мкм), проникая глубоко в дыхательные пути, вызывают различные нарушения здоровья людей твердые частицы вызывают расстройства функции легких и воспалительные изменения в легочной ткани, оказывают неблагоприятное влияние на кислорода к органам и тканям. Группами риска при задымлении являются больные респираторными заболеваниями, болезнями сердечнососудистой системы, пожилые люди, беременные женщины, курящие.

Острые последствия задымления включают в т.ч.

Повышение смертности;

Рост острых респираторных заболеваний среди детей;

Рост числа госпитализацией в связи с сердечно-легочной патологией;





Рост числа обращений в отделения скорой медицинской помощи/амбулаторные учреждения.

Хронические последствия включают:

Рост частоты случаев астмы и других респираторных заболеваний;

Снижение ожидаемой продолжительности жизни (ВОЗ, 2010).

Основные положения экологических и социальных последствий торфяных пожаров следующие:

1. При пожарах 2010 г. В атмосферу поступило огромное количество взвешенных частиц («черный углерод»), «парниковые» и химически активные газы (окись углерода, оксиды азота, диоксид серы), органические соединения аммиак, формальдегид, фенолы, бензопирен, альдегиды, диоксиды) и другие соединения.

2. В результате пожаров ухудшится санитарное состояние выживших древостоев, увеличится глубина промерзания почвы ( в связи с ликвидацией лесной подстилки), усилится поверхностный сток и водная эрозия на больших территориях и быстром снеготаянии.

3. В результате лесных и торфяных пожаров в РФ в 2010г., по оценке геобиоцентра Мюнхенского университета ( Германия), в атмосферу планеты было выброшено от 30 до 100 млн тонн двуокиси углерода. Эмиссия СО2 от лесных пожаров будет наблюдаться и в последующие годы за счет разложения биомассы, которая повреждена огнем, но не сгорела). По экспертным оценкам, общий выброс углекислоты от пожаров 2010г. может составить 400 млн тонн (эквивалентно 18 % годовых антропогенных выбросов парниковых газов в России).

4. Пожары 2010г. внесут вклад в потепление Арктики: часть («черного углерода»), попавшей в атмосферу в результате этих пожаров, отложится на снегу и льдах Арктики, чем вызовет их более интенсивное таяние.

5. Пожары 2010г., в том числе и торфяные оказали влияние на региональную погоду: при действии крупных пожаров или многих небольших пожаров в регионах формировалась устойчивые области высокого давления, сопоставимые по масштабам с атмосферными барическими системами. Циклоны обходили эти участки, формируя в местах пожаров еще более сухую и теплую погоду.

6. Интенсивное задымление при торфяных пожарах увеличивает смертность населения. В охваченных пожарами и/или задымлениями регионах были отмечены следующие показатели по увлечению смертности в июле 2010г. (по сравнению с июлем 2009):

В Москве — на 50,7 %; Ивановской области — 18,3 %; Московской и Тульской области — 17,3 %; Республике Татарстан — 16,6 %; Рязанской области — 13,5 %; Ульяновской области — 13 %; Тамбовской области — 11,1 %; Липецкой области — 9 %; Свердловской области — 8,3 %; Республике Мордовия — 6,8 %.

Торфяные пожары резко увеличивают смертность населения, а смог, состоящий из наночастиц, проникает в кровь, застревает в капиллярах и тем самым становится катализатором осложнений легочных и сердечнососудистых заболеваний с продуцированием аллергии.

В Московской области госпитализация детей летом 2010г. увеличилась на 17 %. Увеличилась обращаемость по поводу сердечнососудистых заболеваний и бронхиальной астмы. В г.Тольятти (Самарская обл.) в дни сильного задымления число вызовов скорой помощи увеличилось до 1,5 раз ( от 600—650 до 1060 в сутки) (ЕСО-HR, 2010).

По данным Департамента здравоохранения Правительства Москвы, на 9 августа 2010г. дополнительная ежедневная смертность от аномально высокой температуры и задымления в Москве достигала 320—340 человек. Вызовы скорой помощи и число обращений к врачам увеличилась на 20 %. Общее число госпитализаций увеличилось на 10 %, госпитализаций детей — на 17 %.

Основные поводы обращений — сердечнососудистые патологии, бронхиальная астма, гипертоническая болезнь, проблемы с легкими. В больницах были запрещены плановые хирургические операции.

Экстраполируя выше приведенные данные смертности по Москве на все пострадавшие территории Европейской части, можно предположить, что дополнительная смертность от сочетания аномально высокой температуры с задымлением в июле—августе могла составить 45—60 тыс. человек. А результатом недельного задымления Москвы от лесо-торфяных пожаров в 2012г. стала дополнительная смертность 600 человек.

Возгорание торфяников на территории Московской области приводит к комплексу негативных последствий — экономических, социальных и экологических и поэтому требуют обеспечения безопасности жизнедеятельности населения и охраны природы. Количество торфяных пожаров постоянно возрастает, особенно тех, которые расположены вблизи природоохранных, санитарных, исторических и промышленных зон. Поэтому требуется системный подход к проблеме торфяных пожаров.

Системный подход требует комплексного решения взаимосвязанных задач, прогнозирования, предупреждения и ликвидацию торфяных пожаров. Здесь главное недопущение возгорания торфов, развития и распространения торфяных пожаров, а также их постоянный мониторинг — постоянное наблюдение, оценка и прогноз состояния торфяников. Для этого необходимо создание единой службы защиты от торфяных пожаров [61].

Наиболее подробные данные по влиянию длительного задымления от торфо-лесных пожаров на здоровье населения есть для Хабаровского края.

После четырех месяцев задымления в 1998 г. в течение двух лет наблюдался устойчивый рост заболеваемости в Комсомольске-на-Амуре по многим классам болезней. Возвращение к до-пожарному уровню произошло лишь через четыре года. В начальной стадии задымления обнаружилось заметное снижение уровня Т-лимфоцитов у детей и беременных, позже — у пожилых и взрослых. У детей отмечен рост заболеваемости инфекционными и паразитарными болезнями, болезнями органов дыхания ( в т.ч. Аллергически ринитом и бронхиальной астмой), заболеваемости функциональными расстройствами желудка, гастритами и дуоденитами, болезнями системы кровообращения (особенно резко возросло — анемиями). За 4 года до периода аномального задымления встречаемость ВПР выросла на 28 %, а за 4 года после 1998 г. — на 64 %. Среди подростков и взрослого населения в 1998—2002 гг. Так же отмечен рост заболеваемости после задымления в 1998г., в том числе по болезням, по которым до этого шло снижение заболеваемости. После 1998г. стала расти смертность населения (к 2002 г. на 33,8 %), которая до этого снижалась. В 1998г. в крае, по сравнению с 1997 г., резко (в 1,4—4 раза) возросло поступление на стационарное лечение по поводу цереброваскулярной патологии [102].

Следовательно, торфяные пожары приводят к увеличению заболеваемости и смертности населения. Поэтому необходимо принимать системные меры по предотвращению возгорания торфа и тушению торфяников.

Дождь, мороз и толстый снег — не помеха для торфяных пожаров. Торф, исходный и оставшийся на месте осушенных торфяников, тлеет круглый год, испуская вредоносный, едкий дым. Населению становится просто нечем дышать, дым вызывает головокружение, аллергию и многие другие болезни.

Используемые способы борьбы с торфяными пожарами: заливание водой, засыпание снегом, окапывание, использование пен и др. практически дают очень краткосрочный эффект и не исключает проблему торфяных пожаров.

Так, например, в результате пожара на площади 8га на окраине г.Екатеринбург образовался едкий, не рассеивающийся дым, пострадали жители домов в районе Химмаш — в их квартирах стоял запах гари, было нечем дышать.

Г.Екатеринбург стоит на болотах, на которых построены старые и новые районы города.

Торфяные пожары постоянно досаждают горожанам — торф горит в любое время года. Так в районе «Академический» торф горел на площади 2 га с выделением едкого дыма. Температура горящего торфа составляет около 600 оС, а не горящего — около 10 оС.

Одним из способов борьбы с торфяными пожарами является передача торфяников бесплатно застройщикам с условием замены торфяного грунта на несгораемые за их счет. Выгода очевидна: полученные бесплатно участки земли, продажа добытого торфа, превращение участков в площади эффективного строительства. Если такой закон будет принят, то проблема с торфяными пожарами будет окончательно решена, что позволит сохранить здоровье населения.

Торфяная вода обладает целебными свойствами. Так, антигрибковыми свойствами обладают выделенные из торфа гумат натрия, гумат натрия пирофосфата, а также комплекс гимновых веществ. Гумат натрия очищенный снижает грибковую активность, содержит рост патогенных микроорганизмов, вызывающих кожные заболевания, т.с. обладает антигрибковыми свойствами.

Это указывает на необходимость разработки из торфа антигрибковых препаратов.[103] и использовать торфяную воду как товарную продукцию.

Таким образом, торфяные, торфолесные и лесные пожары оказывают существенное влияние на ухудшение здоровья населения страны. В зависимости от возраста наибольшее влияние на ухудшение здоровья наблюдается у подростков, несколько меньшее — взрослых и еще меньше — детей.

Приведенные данные показывают на необходимость существенного усиления борьбы с пожарами, проведения профилактических работ и улучшения лечения населения.

2.10.5. Экономический ущерб от торфяных пожаров

На территории страны ежегодно возникает от 12 до 40 тыс. пожаров с общей площадью от 0,5 до 5,2 млн га. Эколого-экономический ущерб только от загрязнения атмосферного воздуха при торфяных и лесных пожаров в России в 2002г. составил 12 млрд руб. Так, в 2002—2003гг. в ряде регионов страны была объявлена чрезвычайная ситуация из-за большой опасности торфяных (ТП) и лесных (ЛП) пожаров для здоровья населения и экономики страны.

Экологи оценили ущерб от торфяных и лесных пожаров в России в 2010г.

более чем 300 млрд долларов, свыше 3,5 тыс. человек лишилось крова. Только в центре европейского Нечерноземья огнем была охвачена площадь в 62 га, ущерб от пожаров составил от 20 до 50 млрд руб., на осушенных землях сгорел весь урожай, было уничтожено 2600 домов, в огне погибли 53 человека.

Пожара сопровождались образованием ядовитого смога, который вызван увеличением смертности населения в 1,5—2 раза и массовое заболевание верхних дыхательных путей у жителей этого региона.

Затраты МЧС на тушение пожаров в 2010г. составили 12 млрд руб., а потери сельскохозяйственной продукции в целом по стране от пожаров и засухи в 2010г. превысили 990 млрд руб. [49]. Существенно и то, что площадь торфяных пожаров не ограничивается только их площадью, а задымление распространяется на значительные расстояния — на десятки километров от очагов возгорания, вызывая заболевания у населения.

Пожары имеют «продленный эффект»: в следующие полгода резко возрастает число легочных и бронхиальных заболеваний, ухудшается состояние сердечников, здоровья новорожденных, появляются новые формы аллергии. Все это результат горения торфяников.

В итоге торфяные пожары на 90 % опаснее лесных пожаров. Общий диагноз нашей экономики — недооценка экологического и экономического фактора торфолесных пожаров.

Оценка различными экспертами «нейтрализации» экосистемы России составляет: американские эксперты указывают цифру 500 млрд долл., японские — 300 млрд долл., европейские — 200 млрд долл.. Даже по минимальным оценкам Россия ежегодно поглощает углерода на сумму от 160 до 325 млрд долл.

Например, общий экономический ущерб только в Хабаровском крае от торфяных пожаров составил в 1998г. более 6 млрд руб.

Таким образом, торфяные пожары наносят существенный экологический, социальный и экономический ущерб нашей стране.

2.11. Мониторинг торфяных пожаров По прогнозам управления информации МЧС и центра “Антистихия” в России в ближайшие годы ожидается рост, как количества торфяных пожаров, так и размеров уничтоженной ими площади и наносимого экономического и экологического ущерба — может увеличиться на 30—40 %.

Поэтому повышение профилактики предупреждения торфяных пожаров и эффективности их тушения является важнейшей государственной задачей.

Главной причиной торфяных пожаров является человек. Поэтому повышение уровня сознания людей, повышение их уважения к Природе, введение бесплатного обучения населения на всех уровнях, возрождение национального патриотизма к Родине — актуальнейшая задача сегодняшнего дня.

Проблема тушения торфяных пожаров должна быть объединена с проблемой тушения лесных пожаров. Поэтому в области борьбы с торфяными и лесными пожарами необходимо в первоочередном порядке организация их мониторинга.

Мониторинг — наблюдение, оценка и прогноз состояния окружающей среды в связи с хозяйственной деятельностью; постоянное наблюдение за какимнибудь процессом с целью выявления его соответствия желаемому результату.

Мониторингом окружающей среды называют регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

Сам термин «мониторинг» впервые появился в рекомендациях специальной комиссии СКОПЕ (научный комитет по проблемам окружающей среды) при ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году уже появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга окружающей среды (Стокгольмская конференция ООН по окружающей среде). Вместе с тем изза разногласий в объемах, формах и объектах мониторинга, распределении обязанностей между уже существующими системами наблюдений, единая мировая система мониторинга, отвечающая насущным современным проблемам, не создана. Аналогичная проблема существует и в России, поэтому, когда возникает острая необходимость режимных наблюдений за окружающей средой, каждый орган управления (министерств, федеральных служб и агентств, крупных отраслевых структур) создает свою локальную систему мониторинга.

В систему мониторинга должны входить следующие основные процедуры [62]:

выделение (определение) объекта наблюдения;

обследование выделенного объекта наблюдения;

составление информационной модели для объекта наблюдения;

планирование измерений;

оценка состояния объекта наблюдения и идентификации его информационной модели;

прогнозирование изменения состояния объекта наблюдения;

представление информации в удобной для пользователя форме и доведение ее до потребителя.

Функционирование экологического мониторинга заключается в формировании государственной (на федеральном и субъектовом уровне), муниципальной и производственной систем мониторинга состоянии окружающей среды и обеспечении их взаимодействия по осуществлению сбора, хранения, аналитической обработки и формированию информационных ресурсов о состоянии окружающей среды и природопользования.

Основные цели экологического мониторинга состоят в обеспечении системы управления природоохранной деятельности и экологической безопасности современной и достоверной информацией, позволяющей:

осуществлять наблюдение за состоянием окружающей среды и природных ресурсов;

оценить показатели состояния и функциональной целостности экосистем и среды обитания человека в целом;

на основании прогноза изменений состояния окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов выявить причины изменения этих показателей и оценить последствия таких изменений, а также определить корректирующие меры в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются;

создать предпосылки для определения мер по исправлению возникающих негативных ситуаций до того, как будет нанесен ущерб;

обеспечить потребности государства, юридических и физических лиц в достоверной информации о состоянии окружающей среды и ее изменениях, необходимой для предотвращения и уменьшения опасностей риска дальнейшего развития и неблагоприятных последствий таких изменений.

Исходя из этих основных целей, экологический мониторинг необходимо ориентировать на ряд показателей трех общих видов:

наблюдения за окружающей средой и природными ресурсами и их изменениями;

диагностики (оценки и прогноза) происходящих в ней процессов (показателей изменения под воздействием происходящих в них природных и антропогенных процессов);

прогнозирования и раннего предупреждения развития опасных процессов, создающих риски (вероятность) возникновения чрезвычайных ситуаций, и выработки предложений для управленческих решений.

Лесные и торфяные пожары остаются одним из мощных природных факторов, влияющих на происхождение на планете глобальные изменения окружающей среды. Следы этого катастрофического явления огромных масштабов можно найти на каждом континенте. К сожалению, достаточно часто реализуются ситуации, при которых все известные технологии борьбы с огнем не приносят результата и только сама природа в состоянии остановить вырвавшуюся из-под контроля человека огненную стихию. Хорошо известны своими катастрофическими последствия пожары последних лет в США, Мексике, Австралии, России.

Основные причины подобных событий состоят в том, что либо несвоевременно или не в достаточном объеме принимаются меры к тушению пожаров, либо поздно обнаруживаются, когда стадия их развития такова, что не существует технологий и достаточных средств для их ликвидации, для решения данной проблемы существует лесопожарный мониторинг или мониторинг лесных пожаров, т.е. система наблюдений и контроля за пожарной опасностью в лесу по условиям погоды, состоянию лесных горючих материалов, источниками огня и лесными пожарами с целью своевременной разработки и проведения мероприятий по предупреждению лесных пожаров и (или) снижению ущерба от них.

Мониторинг и прогнозирование чрезвычайных ситуаций осуществляется на четырех уровнях:

федеральном;

региональном;

местном;

локальном.

На федеральном уровне организацию работ по мониторингу и прогнозированию лесных пожаров и чрезвычайных лесопожарных ситуаций (ЧЛС) осуществляет федеральный орган управления лесным хозяйством России. Ведение мониторинга и прогнозирования лесных пожаров и ЧЛС на федеральном уровне осуществляют организации, учреждения и предприятия федерального органа управления лесным хозяйством.

На региональном уровне организацию работ по мониторингу и прогнозированию лесных пожаров и ЧЛС осуществляют государственные органы управления лесным хозяйством субъектов Российской Федерации, организации учреждения и предприятия системы федерального органами управления лесным хозяйством.

На местном уровне организацию работ по мониторингу и прогнозированию лесных пожаров и ЧЛС осуществляют лесхозы и другие организации, учреждения и предприятия, осуществляющие ведения лесного хозяйства. Ведение мониторинга и прогнозирования лесных пожаров и ЧЛС на местном уровне осуществляют лесхозы подразделения иных организаций, учреждения, предприятий системы федерального органа управления лесным хозяйством, а также другие организации, предприятия и учреждения, осуществляющие ведение лесного хозяйства.

На локальном уровне (в местах лесных пожаров и площади пройденные лесными пожарами) организацию работ по контролю за лесопожарной ситуацией радиационному контролю и учету последствий лесных пожаров осуществляют лесхозы и другие организации, предприятия и учреждения, осуществляющие обнаружение и тушение лесных пожаров.

Мониторинг (своевременное выявление) очагов пожаров и отслеживание пожарной обстановке осуществляется силами авиалесоохраны, силами неземного патрулирования государственных лесов и межлесхозов Министерства сельского хозяйства России, а также с помощью системы спутникого наблюдения. В настоящие время разработана Общеотраслевая федеральная программа «Экология и природные ресурсы России» на 2002—2010 гг., в которой заложены основы развития системы мониторинга лесных пожаров в современных условиях и мероприятия по модернизации и увеличению парка воздушных сил (ВС) авиалесоохраны.

Наземное патрулирование проводится в целях обеспечения контроля за соблюдением работающими в лесу организациями и предприятиями правил пожарной безопасности в лесу, предупреждения лесных пожаров и содействия своевременному обнаружению и ликвидации возникших очагов.

Мониторинг торфяных пожаров имеет чрезвычайно важное значение: уничтожается Природа, ценнейшее сырье, ухудшается здоровье населения, гибнут люди. Поэтому мониторингу — постоянному наблюдению за состоянием торфяников — необходимо уделять первостепенное значение.

Наряду с профилактикой первостепенное значение имеет обеспечение своевременного обнаружения возникающих торфяных пожаров и тушение их в начальной стадии развития. Это требует от территориальных органов управления торфолесным хозяйством создания и надлежащей организации специализированных служб, оснащенных современными средствами обнаружения и тушения пожаров, создания и подготовки пожарных формирований и транспортных средств.

Для реализации этого необходимо совершенствование существующего законодательства по торфолесным пожарам, целевое финансирование всех мероприятий, связанных с пожарами, перевода торфяной промышленности на новый уровень развития с организацией производства торфяной продукции нового поколения — выпуском продукции с наибольшей степенью полезности у потребителей.

Наличие надежной радиосвязи является основой эффективного управления при организации борьбы с торфяными пожарами: их предупреждения и эффективного тушения. Здесь главная задача — модернизация существующей и давно устаревшей радиосвязи, изношенной на сегодняшний день на более 80 %.

Мониторинг торфяных пожаров подразделяют на математикомоделированный, земной и авиа-спутниковый.

а) Математико-моделированный мониторинг торфяных пожаров предусматривает использование математической модели торфяных пожаров, итерационно — интерполяционного метода и метода осреднения уравнений по толщине торфяной залежи были решены задачи о возгорании торфяника [48—50 стационарном распространении фронта торфяного пожара [51—53, 62] Структура фронта торфяного пожара в качественном отношении совпадает со структурой фронта лесного пожара и горение носит диффузионный характер, т.е. лимитируется потоком окислителя. При этом, скорость распространения сильно зависит от начальной пористости торфа и коэффициента массообмена с окружающей средой. — с ростом этих величин скорость растет вследствие наличия запаса кислорода в порах и притока О2 во фронт торфяного пожара из приземного слоя атмосферы.

Фронт торфяного пожара состоит из зоны прогрева, сушки и пиролиза природных (растительных) горючих материалов, а также зоны пламенного горения газообразных продуктов пиролиза. Используя эти сведения о структуре фронта, приведены аналитические формулы для скорости распространения лесных и торфяных пожаров.

Предложены самосогласованные математические модели торфяных пожаров, точно в рамках законов сохранения массы, импульса и энергии учитывающие тепло- и массообмен между приземным слоем атмосферы и пологом леса во время природного пожара.

Горение во фронте пожара носит диффузионный характер, т.е. лимитируется притоком окислителя и газообразных горючих продуктов пиролиза в зону горения. Основное количество энергии в этой зоне выделяется при горении газообразных продуктов пиролиза.

б) Земной мониторинг предусматривает усиление контроля над состоянием торфяников лесниками, наблюдения с вышек, установление датчиков контроля возгорания торфяников, привлечением к контролю сотрудников МЧС и местного населения. Это круглосуточный, постоянный контроль с целью предотвращения торфяных пожаров и получения своевременной информации об их состоянии.

в) Авиа-спутниковый мониторинг является наиболее существенным контролем за состоянием торфяников с использованием авиации и спутников. Выявить очаги возгорания торфяников даже под облаками дыма — горение верхового торфа позволяет совмещение каналов ближнего инфракрасного спектра, а использование теплового инфракрасного канала — получать контуры подземных торфяных пожаров при отсутствии очагов открытого пламени — горения низинного торфа.

Эти снимки до начала развития и во время пожаров позволяют выявить гари, определить их площади и оценить ущерб, нанесенный торфяному хозяйству. Следовательно, наиболее полно требованиям оперативного мониторинга торфяных пожаров соответствуют спутники с высоким радиометрическим разрешением и высокой периодичностью съемки.

«Авиалесохрана» организует регулярные полеты над определенной лесной территорией в целях своевременного обнаружения лесных пожаров. Она функционирует на 60 % территории государственного лесного фонда России, причем большая часть этой территории отнесена к районам преимущественного применения авиационных сил и средств. Авиация обнаруживает до 50 % возникающих на обслуживаемой территории пожаров и участвует в ликвидации более 30 % из них (рис.47).

Большое значение имеет правильная организация авиапатрулирования в районах авиационной охраны лесов. От успеха его проведения зависит своевременность ликвидации возникающих в лесу или на торфяных болотах очагов огня.

Таким образом, с момента схода снегового покрова до наступления устойчивых осенних дождей на 57,1 % лесного фонда России (в настоящее время под авиационной охраной 677,5 млн га) осуществляется регулярное визуальное наблюдение охраняемой территории — мониторинг и прогнозирование лесных и торфяных пожаров. На 16,4 % лесного фонда осуществляется чисто наземная охрана (обнаружение осуществляется с пожарно-наблюдательных вышек и наземных патрульных транспортных средств), а 26,5 % лесных пожаров и притундровых лесов не охраняется. Космический мониторинг лесных и торфяных пожаров выполняется по схеме получения, обработке, представления спутниковой информации и осуществляется следующим способом.

Получением и распространением снимков занимается «ИТЦ СканЭкс»

с помощью публичного геосервиса ScanEx Fire Monitoring Service (SFMS) «Пожары-Космоснимки». В качестве основного инструмента детектирования очагов пожаров применяются свободно распространяемые данные спектрорадиометров MODIS со спутников Terra и Aqua с разрешением 250 м — 1 км.

Новой разработкой Центра «СКАНЭКС» является применение детальных оптических и радиолокационных изображений среднего и высокого разрешения для оперативной верификации горячих точек, обнаруженных датчиками низкого разрешения MODIS, оценки параметров очага пожара и площадей гарей. К оперативному мониторингу привлекаются спутники SPOT 4, SPOT 5, Landsat 5, EROS A/B, RADARSAT-1 и RADARSAT-2.

Тридцать шесть спектральных каналов охватывают диапазон с длинами волн от 0,4 до 14,4 мкк. При этом очаги возгорания дешифруются как визуально, так и автоматически, используя яркостные температуры тепловых каналов.

Алгоритмы детектирования очагов в автоматическом режиме основаны на существенной разности температур земной поверхности –30 +30 0С и очага пожара — 300—900 0С, т.е. почти 100-кратное различие фиксируется на снимках.

Информация MODIS передается на земные станции непрерывно и бесплатно. Готовность данных — в течение одного часа после приема: временное разрешение — 4 раза в сутки, ширина полосы обзора — 2300 км. Спектрорадиометр MODIS с пространственным разрешением 1 км позволяет выявить очаг пожара торфяника верхового — от 1 га и низинного площадью от 9 га.

Следовательно, спутниковые данные являются существенным дополнением к земным, традиционным методам мониторинга торфяных пожаров, особенно на труднодоступных территориях — позволяют вести мониторинг напрямую, вне зависимости от федеральной службы оповещения.

Особую опасность представляет содержание долгоживущих радионуклидов стронция-90 и цезия-137 в торфе. С площадок торфяников размером 50х50 или 100х100 отбирают по три пробы массой не менее 100 г. сухого торфа и спектрометрическими и радиохимическими методами анализа определяют степень радиоактивного загрязнения торфа. Поэтому необходим длительный радиационный мониторинг территорий в районах действующих предприятий ядерно-топливного цикла.

Одной из основных задач построения системы мониторинга является создание единого информационного пространства, которое может быть сформировано на основе использования системы (ГИС) позволяет создать на их основе мощный инструмент для сбора, хранения, систематизации, анализа и предоставления информации.

ГИС по технологии и возможности решения задач является основой для целей обработки и управления мониторинговой информацией. Средства ГИС намного превосходят возможности обычных картографических систем, хотя, естественно, включают и все основные функции получения высококачественных карт и планов. В самой концепции ГИС заложены всесторонние возможности сбора, интеграции и анализа широкого спектра информационных данных, распределенных в пространстве или привязанных к конкретному месту. Геоинформационная технология позволяет при необходимости визуализировать имеющуюся информацию в виде карты с графиками или диаграммами, создавать, дополнить или видоизменить базу данных пространственных объектов, интегрировать ее с другими базами, таким образом реализуется возможность целостного, обобщенного взгляда на комплексные проблемы окружающей среды и экологии.

В настоящее время ГИС становится основным элементом существующих систем мониторинга.

В соответствии со сложившимся в мировой практике представлением, под географическими информационными системами (ГИС) понимается аппаратнопрограммные человеко-машинные комплексы, обеспечивающие ввод, обработку, отображение и распространение пространственно-координированных данных, а также интеграцию данных и знаний об определенной территории для их эффективного использования при решении исследовательских и прикладных задач, связанных с анализом, моделированием, прогнозированием и управлением природной (техногенной) средой и территориальной организацией экономической и социальной сфер жизни общества [11].

Глава 3 Торфокомпозиты и области их эффективного применения

3.1. Необходимость рационального использования торфа После сохранения торфа путем ликвидации торфяных пожаров необходимо рациональное использование торфа, других местных сырьевых ресурсов и отходов различных производств, для получения на их основе широкого спектра торфокомпозитов с высокими эксплуатационными свойствами. Производство торфокомпозитов является важной задачей и залогом устойчивого промышленного развития многих регионов Российской Федерации. Так, например, Тверская область является одной из крупнейших на европейской территории России по запасам торфа (до 2,5 млрд т) [104] объемам отходов от заготовки и переработки древесины и льнотресты. Такой ресурсный потенциал является приоритетным для производства местных торфокомпозитов (торфобрикетов), защиты окружающей среды, производства строительных теплоизоляционных материалов, продукции для сельского хозяйства и т.д. Однако использование торфа сдерживается по целому ряду причин экономического плана, а в ряде случаев — и по технологическому отставанию.

Не менее значимой является проблема использования вторичных материальных ресурсов, среди которых утилизация массовых отходов органогенного происхождения (опилки, стружка, костра, угольная мелочь, скоп, соломенная резка и т.д.) представляет актуальную задачу, как в научном, так и в практическом плане, что подробно приведено из работы Н.Л. Соловьева [24].

Производство качественных торфобрикетов — топлива из местных сырьевых ресурсов для нужд малой теплоэнергетики микро ТЭЦ является важнейшим, приоритетным направлением и позволяет решать многие задачи социально-экономического развития различных регионов:

снизить зависимость от внешних поставок угля, мазута, печного топлива;

производить местные торфокомпозиты, доступные по цене;

организовать новые рабочие места;

снизить отток финансовых средств за пределы региона;

использовать современные научно-технические разработки, обеспечивающие технологичность, высокое качество, низкую себестоимость торфокомпозитов;

производить торфокомпозиты из различных источников сырья вблизи от потребителей;

снизить техногенную нагрузку на окружающую среду за счет сокращения загрязняющих выбросов, заготовки дров.

Производство теплоизоляционных строительных материалов на основе местных сырьевых ресурсов и отходов производств призвано обеспечить существенный прогресс в области энерго- и ресурсосбережения. Существующие технологии производства такой продукции отличаются использованием дефицитных, зачастую дорогостоящих и экологически опасных сырьевых компонентов (синтетические смолы, минеральные и органических материалы, технологическая щепа).

Обеспечение продовольственной безопасности, повышение эффективности сельскохозяйственного производства во многом определяется возможностью использования торфа, как ценного органоминерального сырья для производства удобрений, раскислителей, мелиорантов, позволяющих расширить номенклатуру торфяной продукции. Все эти сельхозпродукты на основе торфа имеют хорошие перспективы на внутреннем и внешнем рынках потребления.

Использование торфа в решении задач по защите окружающей среды связано с его высокими ионообменными сорбционными свойствами, что позволяет эффективно использовать продукцию такого назначения для очистки водной среды и атмосферного воздуха от различных природных и техногенных загрязнений. Следует отметить, что внутренний рынок интенсивно заполняется привозными, дорогостоящими сорбентами и фильтрами, что сдерживает производство отечественной продукции.

При рассмотрении каждого из этих и других приоритетных направлений необходимо учитывать ряд факторов, определяющих конкурентоспособность конечной продукции: по доступности сырья и качеству продукции, себестоимости, энергозатратам, наличию производственных и трудовых ресурсов, близости к потребителю.

Одной из важнейших, ключевых задач развития торфяной отрасли является качество получаемой продукции, параметры которой должны обеспечивать ее конкурентоспособность. Решение задач управления свойствами готовой продукции различного назначения, обеспечение технологичности процессов, экономической эффективности должно базироваться на современных научных знаниях и практическом опыте, накопленном в области физико-химической механики дисперсных систем.

Исследования, выполненные за последние годы российскими и зарубежными учеными, показывают, что наряду с развитием и совершенствованием традиционных технологий интенсивно разрабатываются новые технологические процессы, позволяющие получать из торфяного сырья широкий спектр принципиально новых видов продукции; фильтры, ткани, композиционные изделия, лекарственные препараты, сорбенты, молекулярные сита и др.

Безусловно, что эти и другие направления использования торфа базируются на знаниях о его структуре, свойствах, способах переработки, которые возможно изменять в достаточно широких и необходимых пределах. Отсюда следует, что разработка различных способов модифицирования торфа в технологиях получения продукции с заданными свойствами является весьма актуальной задачей, как с теоретической, так и с практической точек зрения.

Следует отметить, что освоению торфяных ресурсов уделяется большое внимание в ряде зарубежных стран, таких как США, Канада, Финляндия, Швеция и др. [105, 106].

Традиционным направлением для таких стран как Финляндия, Швеция, Ирландия является производство тепловой и электрической энергии. В Ирландии за счет торфа покрывается 40 % потребностей энергии, а в Финляндии — около 30 %. В Швеции топливный торф, как местное бытовое топливо, в отдельных районах страны практически не имеет альтернативы. К тому же торф рассматривается как масштабное сырье для химической переработки. Ямайка рассматривает возможность строительства собственной электростанции мощностью 80 МВт на торфяном топливе, стремясь таким образом сократить затраты валюты на нефть и другие энергоносители. Экономический анализ показал, что стоимость единицы энергии, произведенной на такой электростанции, почти в 3 раза дешевле, чем с использованием нефти и на 20 % — с углем [107].

В США годовая добыча торфа составляет примерно 1 млн тонн для нужд садоводства, озеленения и сельского хозяйства [100]. В то же время, по данным Департамента Энергетики, месторождения торфа, расположенные на территории 48 штатов, рассматриваются как альтернативный источник энергии.

С учетом европейского опыта США постепенно наращивают темпы исследований в производстве кускового торфа, сорбентов на нефтемаслопродукты и т.п. [106, 109].

Научно-исследовательские работы США в области торфа направлены на изучение влияния различных параметров добычи торфа (геометрические параметры, содержание влаги условия сушки и т.д.) и экономические показатели производства [108]. Кроме того, значительное количество работ посвящается глубокой переработке торфа для получения газа различной калорийности, жидкого топлива [110—112]. Отмечается, что газификация и непосредственное ожижение торфа позволяют не только повысить его теплотворную способность в 2 раза и снизить содержание серы, но и исключить процесс сушки [113, 114].

Проводят обширные исследования по механическому обезвоживанию торфа различными методами [115—116] с использованием прессового оборудования, центрифугирования, ферментативной обработки торфа, сепарации торфа перед обезвоживанием [117]. Находит свое применение искусственная сушка торфа в барабанных сушилках и кипящем слое [118], а также специальная обработка торфа с целью интенсификации удаления влаги путем автоклавной обработки [119], влажного окисления [120],сушки с использованием минерального масла [121], сушки с использованием скрытой теплоты в замкнутой системе [122].

Однако, рассматривая возможности использования торфа, во главу угла ставятся проблемы охраны окружающей среды, а также возможные экологические последствия разработки и функционирования предприятий, особенно на крупных месторождениях [123, 124]. Поэтому принято целесообразным стимулировать разработку торфяников площадью до 1000 га. [125] Таким образом, мировой опыт вовлечения торфа в различные виды хозяйственной деятельности свидетельствует о перспективности затрат на исследования, разработку и внедрение новых технологий добычи и переработки торфа.

Для России эти проблемы в настоящее время стоят с особой остротой, поскольку постоянный рост цен на традиционные энергоносители, сырьевые компоненты ставит промышленность и сельское хозяйство в критическую ситуацию. Так, для Урала наиболее эффективным обеспечением энергобезопасности является строительство подземной АЭС в районе Кушва, а так же введение в 2013 г четвертого энергоблока на Белоярской АЭС, сжигание угля в парогазовых установках, поставка сжиженного природного газа, использование торфа и др.

Очевидно, что перспектива развития торфяного производства должна предусматривать не только полную механизацию технологического процесса с целью снижения затрат на производство, но и создание новых или модернизацию существующих технологий с целью получения качественной и разнообразной продукции различных видов и потребительских свойств. Последние могут носить совершенно разный характер в зависимости от требований, предъявляемых при создании конечной продукции (по плотности и другим прочности, водопоглощению и водостойкости, сорбционным и ионообменным свойствам).

В связи с этим проблема регулирования структурно-механических и физикохимических свойств торфа приобретает решающее значение в технологиях получения продукции с заданными свойствами.

Огромный опыт, накопленный отечественными учеными и специалистами фундаментального и прикладного уровня в области переработки торфа, позволяет, опираясь на базовые знания, успешно развивать такие направления, в частности разрабатывать новые способы модифицирования торфяного сырья при получении бетонных и прессованных видов продукции широкого назначения.

3.2. Композиционное модифицирование торфа — торфокомпозиты А. Объективное развитие торфокомпозитов.

Основным направлением объективного развития торфа является его объединение с другими веществами с образованием торфокомпозитов — для перевода торфа на новый, более высокий уровень развития с образованием торфяной продукции нового поколения.

Торфокомпозиты — это комплексные материалы, полученные научнообоснованным объединением торфа с различными химическими соединениями и веществами с целью повышения степени полезности торфяной продукции у потребителей.

Одним из основных методов познания и созидания торфокомпозитов является метод диалектической логистики (современной логики), представляющую собой единую циклическую систему, состоящую из четырех взаимосвязанных и взаимообусловленных факторов развития [126].

Образование технологические наукитехнологиипотребители Развитие торфокомпозитов последовательно циклично движется по этим этапам.

Следовательно, объективное развитие торфокомпозитов проходит все четыре этапа их формирования и применения:

I этап. Образование. Абсолютно все начинается с образования — с повышения уровня знаний и интеллекта. Только повысив уровень своих знаний и интеллекта. Только повысив уровень своих знаний к работе по торфокомпозитам для повышения их качества. Поэтому, каков уровень знаний и интеллекта, таково и качество торфяной продукции.

Уровень знаний и интеллекта = уровню качества торфяной продукции Без повышения уровня знаний и интеллекта ни о каких-либо торфокомпозитах не может быть и речи. Следовательно, торфокомпозиты начинаются с серьезного образования — повышения уровня знаний и интеллекта.

II этап. Технологические науки. Повысив уровень знаний и интеллекта приступают к освоению технологических наук конвергентного содержания (схождение, сближение), объединяющих дисциплинарные и междисциплинарные науки.

Технологические науки — это совокупность теоретических и практических дисциплин, позволяющих получить определенный продукт для дальнейшего целесообразного использования в человеческой деятельности.

Все технологические науки заимствуют знания об интересующих их процессах из более фундаментальных, естественных технических и социальных наук: физики, химии, биологии, материаловедения, сопротивления материалов, термодинамики и др. — если это касательно материального производства, а также социологии, психологии, теории поведения — если это касается человеческих отношений (менеджмента, масс-медиа, образования и др.).

Следовательно, технологические науки представляют собой междисциплинарные науки, включающие в себя как отдельные науки, так и их объединение на основе конвергенции с образованием конвергентных технологий.

Технологические науки = сумма различных наук III этап. Композитные технологии. Повысив уровень знаний и интеллекта, а также освоив технологические науки, приступают к разработке новых, высоких композитных технологий производства абсолютно любой продукции, в т.ч.

торфокомпозитов.

Технологии — это последовательность материальных процессов и операций, реализация которых приводит к появлению продукта (потребительской стоимости) с необходимыми полезными для дальнейшего использования человеком свойствами. Д.И. Менделеев определил технологию, как учение о выгодных приемах переработки природных ресурсов в продукты, потребные для применения в жизни людей. Следовательно, целью технологий является повышение степени полезности абсолютно любой продукции у потребителей.

Технологии = повышение степени полезности абсолютно любой продукции, в т.ч. торфокомпозитов, у потребителей

Основой композитных технологий является два исходных (входных в технологию) параметра:

условия эксплуатации композитов у потребителей;

необходимое повышение степени полезности композитов у потребителей Торфокомпозиты — многофазная система, состояние матрица и различных заполнителей, выбор которых определяется входными в технологию параметрами. Сочетание (выбор) исходных компонентов должно соответствовать следующим требованиям:

экологической чистотой по основному технологическому закону диалектического развития — «Экология первична, а технология вторична».

повышенной консолидацией компонентов — один компонент дожжен помогать другому для достижения требуемых свойств композитов;

химической, физической и термодинамической совместимостью исходных компонентов на основании соответствующих расчетов;

наличием наночастиц в составе матриц композитов, существенно повышающих их прочность и химическую устойчивость при эксплуатации;

Подготовкой исходного торфа, определяемого требованиями к конечной продукции — при необходимости: сушить, рассевать, совместно молоть с добавками и другими компонентами и др.

Выбор формования торфокомпозитов самый различный; наиболее оптимальным и простым методом формования является вибрирование с пригрузом.

Режимы сушки и термообработки торфокомпазитов определяется в каждой конкретной технологии их изготовления.

Все эти требования закладывают в программу компьютерного моделирования.

Поэтому разработку новых технологий торфокомпозитов начинают с их компьютерного моделирования для управления и оптимизации их технологических параметров. При этом первым помощником человека являются компьютерные программы методов и технологий искусственного интеллекта, информация о которых опубликована в учебнике Л. Рутковского «Методы и технологии искусственного интеллекта» (М.: Горная линия—Телеком, 2010.

520 с). После компьютерного моделирования* технологий переходят к их физическому (лабораторному) моделированию для уточнения технологических параметров, а от него — к выпуску опытных партий и внедрению продукции, в т.ч. торфокомпозитов.

IV этап. Потребители.

Получив товарную продукцию с высокой степенью полезности у себя, потребители используют ее двойственно:

для повышения технико-экономической эффективности своего производства с выпуском продукции высокого качества;

для выдачи технологам новых технико-экономических параметров дальнейшего повышения степени полезности своей продукции.

Следовательно, потребители определяют технологию, а не наоборот.

От потребителейк технологии Пройдя путь развития любой продукции, в т.ч. торфокомпозитов, последовательность в четыре этапа от I — IV этапу технологии возвращаются обратно к последовательному прохождению этапов от IV— I этапу и уже оттуда на новом более высоком уровне снова проходят этапы от I — IV.

Такая цикличность развития технологий сверху вниз, обратно снизу вверх, снова сверху вниз и так до бесконечности является основой прогрессивного развития нашей цивилизации.

Схема прохождения этапов приведена ниже (рис. 39).

Приведенная схема общего развития любой продукции полностью соответствует объективному развитию торфокомпозитов для перевода их на новый более высокий уровень развития.

Б. Композитное модифицирование торфокомпозитов.

Композиты состоят из матрицы и заполнителей. Максимальная реализация свойств в системе «матрица — заполнитель» достигается при наличии оптимальной адгезии и когезии третьего промежуточного материала между матрицей и заполнителем.

Композиционные материалы на основе торфа — торфокомпозиты имеют более высокое качество торфяной продукции по сравнению с исходным торфом.

По структуре торфокомпозиты подразделяются на две группы:

слоистые и волокнистые;

дисперсноупрочненные.

Рис. 39. Объективное цикличное развитие абсолютно любой продукции, в т.ч. торфокомпозитов по 1 пути, затем по 2 и снова по 1 пути В волокнистых торфокомпозитах матрица скрепляет волокнистый материал в единый монолит, защищая волокна от повреждений, и передает нагрузку на заполнитель. В дисперсно-упрочненных торфокомпозитах матрица взаимодействует с заполнителем, образуя единый, прочный монолит.

Поэтому композитное модифицирование торфа характеризуется широким ассортиментом исходных композиционных материалов и открывает новые области эффективного использования торфяной продукции высокого качества.

Особенностью торфокомпозитов является их высокая прочность.

На прочность торфа влияют: капиллярные силы, энергия которых невелика и составит около 0,42 кДж/моль; силы межмолекулярного взаимодействия равны 4,2 Дж/моль; водородная связь между атомами водорода и другими ионами самая прочная и равна 6,7 и 29,3 кДж/моль. Кроме того, существует взаимодействие между катионами Са2+; Mg2+ и другими, присутствующими в межчастичном пространстве торфа.

Теоретическая прочность (модуль упругости) для различных связей составляет Ес.с = 24-104 МПа; Ес.0.с = 11-Ю4 МПа; Ес0.„ = 27-104 МПа; Еон.он = 104 МПа и Econh-conh = 2,7-104 МПа. Наиболее прочные связи в торфе: СО-Н и С-С, т.е.

водородные и углеродные. Однако фактическая прочность связей на порядки меньше ввиду наличия в теле дефектов, являющимися концентраторами напряжений, а микротрещины являются очагами разрушения.

По структуре торфокомпозиты макро- и микро- неоднородны, что отражается на их дефектности. Поэтому, с увеличением размеров торфокомпозитов их прочность уменьшается. Внешняя нагрузка способствует накоплению разрывов связей, возникающих под действием тепловых колебаний атомов.

Следовательно, возникновение дефектов в структуре торфокомпозитов вызвано наличием градиентов и внутреннего давления, максимум которых приходится на влагосодержание 2 кг/кг.

Нагрузку от сил внутреннего давления воспринимает наружный слой сохнувших торфобрикетов, который по мере высыхания становится хрупким и трещиноватым. Это состояние определяется в основном упругими деформациями, возрастающими с повышением усадки торфобрикетов.

Таким образом, в итоге прочность композитов определяется наименее прочным звеном в системе: прочность заполнителя — прочность связи заполнителя с матрицей — прочность матрицы. Поэтому, при разрушении композитов, необходимо определять по какому звену произошло разрушение и усиливать это звено: или это слабый заполнитель, или это плохая связь между заполнителем и матрицей (усиливать вяжущее) или упрочнять матрицу наночастицами.

Классификация добавок по способу их введения и получаемой торфяной продукции приведены в разделе физико-химического модифицирования торфа (табл. 18, 19, 43).

Обычно применяемые добавки и заполнители торфокомпозитов имеют широкий состав химических соединений (ПАВ, ВМС, ПЭ, эмульсии и др.) и дисперсных материалов, являющихся преимущественно отходами производства (угольная мелочь, опилки, отходы от нефтепереработки, попутный газ, техногенные наночастицы и др.).

Модифицирование кускового торфа химическими добавками при различной технологии введения приведено в табл. 47 [24] С учетом особенностей используемых способов модифицирования, вида и состояния применяемых добавок разработана универсальная технологическая схема получения формованной продукции на основе торфа, а также предложена схема выбора добавки и способов модифицирования для получения конкретных видов продукции с заданными эксплуатационными характеристиками.

Эффективность применяемых технологий модифицирования торфа, вида и состава добавок определяется только назначением готовой товарной продукции.

Схемы модифицирования торфа на различных стадиях технологического процесса, выбора добавок и технологии модифицирования приведена на рис.

40, 41 [24].

Снижение градиентов напряжений в объеме кускового торфа является одним из основных технологических направлений повышения качества торфяной продукции.

Таблица 47 Способ введения модифицирующих добавок, характер их действия и свойства кусков торфа

–  –  –

Рис. 40. Схема выбора добавок и способа модифицирования торфа для получения торфобрикетов с заданными свойствами Рис. 41. Схема модифицирования торфа на различных стадиях технологического процесса производства торфокомпозитов. Таким образом, композиционное модифицирование торфа позволят существенно регулировать свойства торфокомпозитов различного назначения

3.3. Для энергетики — топливные торфяные брикеты — торфобрикеты Торф для энергетики является биотопливом и применяется в виде композиционных, топливных, торфяных брикетов — торфобрикетов и топливных гранул — пеллетов.

3.3.1. Торфобрикеты Торфобрикеты — композиционные топливные брикеты, состоящие преимущественно из торфа, органических добавок, повышающих теплопроводную способность торфобрикетов, и вяжущих, увеличивающих их прочность.

В качестве органических добавок в торфобрикетах используют: угольную мелочь, отходы нефтепереработки и древесины, углеродосодержащие соединения, биоотходы и другие. Наиболее эффективной добавкой является насыщение торфа попутным и сланцевым газом, а так же сжиженным газом и другим.

В качестве вяжущих в торфобрикетах используют лигносуфанаты (ЛСТ), нефтяные связки, смолы, битумы, угольную кислоту, в минимальных количествах — раствора солей и цементов, и другое.

Использование торфа как топлива в виде брикетов обусловлено большим содержанием углерода и малым — серы, низкой себестоимостью производства торфа, использованием его для получения искусственно газа. [24].

Брикетирование состоит из подготовки торфа к сушке, сушки до влажности 14—18 %, прессование высушенного торфа, охлаждения и складирования брикетов. Для этого исходный торф дробят до фракции 6—8 мм, рассеивают на виброгрохотах, сушат, брикетируют на пресс-вальцах или на гидропрессах, сушат и складируют.

Прочность торфобрикетов в основном определяется вяжущими и различными заполнителями (табл. 48).

Ввиду того, что угольная крошка имеет гидрофобную поверхность, поэтому ее применение к композиции с торфом приводит к снижению прочности торфобрикетов [128, 129]. С целью устранения этого недостатка в сырьевую смесь дополнительно вводят добавку ЛСТ, обеспечивающую повышение межчастичного взаимодействия — гидрофильности поверхности угольных частиц.

Введение в торф различных органических заполнителей (угольной мелочи, опилок, костры, скопа и др.) позволяет получать качественные топливные торфобрикеты (табл. 43). Наиболее качественные торфобрикеты получены при добавке в торф 30—70 % угольной мелочи со связкой из ЛСТ, что позволило повысить их прочность в 2—3 раза: прочность торфобрикетов высокая — 8,7—14,5 МПа, плотность до 1500 кг/м3, влажность — 10—20 %, усадка — 5—12 %.

Использование добавки ЛСТ позволяет осуществить прессование при более высоких значениях влажности, повысить Таблица 48

–  –  –

8,7—14,5 1,3 —9,0

–  –  –

9,8—29 32—43 27—31 76,4

–  –  –

10—20 10—20

–  –  –

5—12 5—12

–  –  –

16—21 15—16

–  –  –

30—70 30—70 3—32

–  –  –

1 53,3 10,1 36,6 21,1 21,7 0,35 0,53 2 70,3 7,4 22,3 11,7 25,0 0,66 1,00 3 62,4 9,4 28,2 16,8 25,0 0,45 0,68 4 55,4 11,1 33,4 22,3 25,0 0,35 0,53 5 73,4 7,8 18,8 11,8 30,0 0,75 1,14 6 66,7 9,8 23,5 16,4 30,0 0,69 1,05 7 59,6 12,2 28,2 22,8 30,0 0,53 0,80 8 61,0 12,1 26,9 22,1 31,0 0,43 0,65 9 61,0 13,7 25,3 25,0 35,0 0,59 0,89 10 57,2 12,2 27,8 29,2 35,0 0,53 0,80 11 67,7 12,9 19,4 21,2 40,0 0,78 1,18 12 61,5 15,4 23,1 27,9 40,0 0,79 1,20 13 48,0 26,0 26,0 60,3 50,0 0,77 1,17

–  –  –

3.3.2.Торфобрикеты в энергетике Свердловской области Мощность всех энергоисточников Свердловской области составляет 9,2 тыс.

МВт [130]. Топливом является 50 % угля, 42 % газа, 1 % мазута и 7 % ядерное топливо Белоярской АЭС. При этом энергетика области прочно сидит на привозном экибастузском угле — 79 %; другие угли составляют: 13,3 % кузнецкий;

5,1 % свердловский; 2,0 — карагандинский; 0,2 % нерюнгский. Газ получаем:

80 % — ООО «Газпром трансгаз Екатеринбург» и 20 % — ООО «Газпром трансгаз Югорск».

Крупнейшая на Урале Рефтинская ГРЭС в год сжигает 12 млн тонн экибастузского угля, без которого она работать не сможет. Своего угля и газа в регионе крайне мало.

Кроме того, сжигание угля негативно влияет на экологию — так одна треть всех вредных выбросив в атмосферу приходится на Рефтинскую ГРЭС, которую необходимо перевести на природный газ!

В целом Свердловская область энергоизбыточна и даже поставляет энергию другим регионам. Но в связи с развитием промышленности на Урале увеличивать производство необходимо.

Наиболее эффективным обеспечением энергобезопасности Урала является строительство подземной АЭС в районе Кушвы, а также введение в 2013 г.

четвертого блока Белоярской АЭС, сжигание угля в парогазовых установках, получение сжиженного природного газа, использование торфа и др.

В регионе огромные запасы торфа — около 8 млрд м3 — этого хватит на несколько сотен лет при использовании его в генераторах.

Перевозить торф на станции невыгодно, поэтому существует несколько путей использования торфа, выбор которых определяется технико-экономическими расчетами:

на месторождении пиролизом превращать торф в газообразное топливо и в таком виде поставлять на станции;

определять оптимальные места строительства торфобрикетных установок (пресс-вальцев) — производством торфобрикетов нового поколения с повышенной механической прочностью и теплотворной способностью путем введения в торф добавок — попутного газа, отходов от переработки нефти, древесины, угля, сельхозпродукции, коксования, органических производств, экзотермических добавок, бытовых отходов и др.

Торф — основной энергоресурс, запасами которого Свердловская область, 95 % топлива завозящая извне, обладает в значительном количестве. Так, прогнозируемые запасы торфа в области превышают 3 млрд т., балансовые — 1,6 млрд т. При этом в Уральском регионе находятся 12 % от общероссийских запасов торфа, на которых можно выработать 1 тыс. МВт энергомощностей.

Но даже выход на добычу 10 млн т/год позволит заменить только 2 % энергоресурсов в топливном баланске Свердловской области, в котором 55 % электроэнергии вырабатывается на газе и 40—42 5 — на угле [60].

До этого было известно, что сжигание торфа экологически вредно и экономически не выгодно из-за низкого КПД. В России пока отсутствуют эффективные технологии сжигания торфа, хотя за рубежом такие технологии существуют в Финляндии, Швеции, Ирландии и др. Так, в Финляндии существует технология низкотемпературного кипящего слоя с КПД=88—90 %.

В Свердловской области около г. Нижняя Салда готовится строительство теплоэлектростанции мощностью 50 МВт на торфе Басвяновского месторождения. Предусматривается комплексная глубокая переработка торфа мощностью 220 тыс. т/год. При этом будет вырабатываться: электроэнергия стоимостью 1 кВт —1 рубль, топливные гранулы, кокс — 20 тыс. т./год, газ — 5,2 млн м в год, воск, парафин — 3000 т/год, активные угли — 10 тыс. т/год, ингибиторы коррозии металлов — 550 т/год, гуммат натрия (стимулятор роста растений) — 550 т/год, фенолы — 330 т/год.

3.3.3. Пеллеты

Топливные гранулы — пеллеты являются биотопливом и представляют собой цилиндрические гранулы стандартного размера, состоящие из торфа, древесных отходов, отходов сельского хозяйства, добавок и связок, повышающих их тепловодную способность и прочность (рис. 42).

А. Сырье для производства.

Сырьем для производства пеллет являются торф, балансовая (некачественная) древесина и древесные отходы: кора опилки, щепа и другие отходы лесозаготовки, а также отходы сельского хозяйства: отходы кукурузы, соРис. 42. Топливные гранулы — лома, отходы крупяного производства, лузга пеллеты подсолнечника и т.д. [131—136].

Б. Технология производства.

Производство пеллет началось в 1947 году Сырье (опилки, кора и т. д.) поступает в дробилку, где измельчаются до состояния муки. Полученная масса поступает в сушилку, из нее — в пресс-гранулятор — где древесную муку сжимают в гранулы. Сжатие во время прессовки повышает температуру материала, лигнин, содержащийся в древесине размягчается и склеивает частицы в плотные цилиндрики. На производство одной тонны пеллет уходит 4—5 кубометров древесных отходов.

Готовые пеллеты охлаждают, пакуют в стандартную упаковку 12—40 кг или доставляют потребителю россыпью.

В. Объемы производства.

В США в начале 2008 года производством топливных пеллет были заняты более 80 компаний. Они производят около 1,1 млн тонн пеллет в год. В 2008 году в США было продано около 2 млн тонн пеллет [1]. Более 600 тыс. зданий обогреваются пеллетами. Более 20 компаний производят котлы, печи, горелки и др. оборудование для сжигания пеллет.

В Финляндии в 2005 году домашний сектор потребил 70 тыс. тонн пеллет.

Биотопливом обогревались около 7 тыс. зданий. «Дорожная Карта — 2010» в Финляндии планирует производство к 2010 году 1,1 млн тонн пеллет.

К 2020 году Китай намеревается производить 50 млн тонн пеллет ежегодно.

В 2005 году из Канады было экспортировано 582,5 тыс. тонн пеллет. Всего в Канаде в 2008 году было произведено около 1,3 млн тонн. Заводы по производству пеллет располагаются главным образом на побережье. Заводы, расположенные на западном побережье Канады производят пеллеты из мягких сортов древесины: ель, сосна. Заводы восточного побережья производят пеллеты из твердых сортов: дуб, клен, вишня и др.

Все пеллеты получаемые в Северной Америке, производятся из высушенных остатков отходов лесоперерабатывающего производства: древесные опилки, стружка, щепа. Всего два завода добавляют в пеллеты древесную кору.

Великобритания планирует к 2010 году довести потребление топливных до 600 тыс. тонн.

Крупнейшие производители в странах Евросоюза в 2008 году:

Швеция — 1 7 млн тонн, Германия — 900 тысяч тонн, Австрия — 800 тысяч тонн [2].

Во всем мире производство составило 8—10 миллионов тонн пеллет [3].

В начале лета 2010 года Университет Wageningen представил исследование в области биотполива. В ближайшие 25 лет, согласно исследованию, спрос на древесные пеллеты — увеличится в Европе до 200 млн тонн в год. Через порт Роттердама будет проходить 13—20 млн тонн пеллет в год. В июле 2010г.

администрация порта Роттердам объявила о совместном проекте с англоголландской энергетической биржей APX-ENDEX [4] по созданию биржи биотоплива.

В России в 2008 году было произведено 500—600 тысяч тонн пеллет, производство их налажено на 150 предприятиях в разных регионах страны.

В 2009 году произведено около 960 тысяч тонн топливных пеллет. Внутри страны было использовано около 260 тысяч тонн [5].

В 2010 году в России было выпущено порядка 1 млн тонн пеллет из древесины и лузги. Большая их часть была экспортирована в Европу. При этом если древесные пеллеты в основном покупают скандинавские страны, а также центральная и северная Европа, то российские топливные пеллеты из лузги закупают только Великобритания и Польша. Выросло производство и экспорт брикетов.

Если в 2009 году, по данным Евростата, было экспортировано порядка 300 тысяч тонн древесных брикетов из России, в 2010 году это число выросло [6].

Г. Качество и стандарты.

Качество и вид пеллет зависят от сырья и технологии производства. Древесные пеллеты с большим содержанием коры обычно имеют темный цвет, а пеллеты из окоренной древесины — светлый. В процессе производства — например, при сушке — пеллеты могут немного «подгореть» и тогда они из белых становятся серыми, хотя это не всегда сказывается на таких потребительских качествах как теплотворная способность, зольность, прочность и истираемость, т. е. образование мелкой пыли при транспортировке за счет трения пеллет друг о друга.

В разных странах приняты различные стандарты производства топливных пеллет.

В США джействуют Standart Regylations & Standarts for Pellets in the US:

The PFL (pellet).

Стандартом разрешено производство пеллет двух сортов: «Премиум» и «Стандарт». «Премиум» должен содержать не более 1 % золы, а «Стандарт»

не более 3 %. «Премиум» может применяться для отопления любых зданий.

На сорт «Премиум» приходится около 95 % производства пеллет. в США Сорт «Стандарт» содержит больший объем коры или сельскохозяйственных отходов.

Стандарты определяют также плотность, размеры пеллет, влажность, содержание пыли и других веществ. В США топливные пеллеты не могут быть более 38,1 мм в длину, диаметр пеллет должен быть в диапазоне от 6,3 до 81,0 мм.

В Германии на топливные пеллеты принят стандарт DIN 51731. Длина — не более 5 см, диаметр — от 4 до 10 мм Влажность не более 12 % содержание пыли не более 0,5 % и т.д.

В Австрии — стандарт ONORM М 7135.

Великобритания — The British BioGen Code of Practice for biofuel (pellets).

Швейцария — SN 166000.

Швеция — SS 187120.

В России— стандарта на древесные топливные пеллеты не было и нет.

Производители в России в основном опираются на немецкий DIN 51731.

Д. Применение.

Древесные пеллеты высокого качества (белые и серые) используют для отопления жилых домов путем сжигания в небольших котлах (Гранульные котлы), печах и каминах. Они, как правило, бывают диаметром 6—8 мм и длиной менее 50 мм В Европе их чаще продают в 16—20 килограммовых мешках.

Спрос на древесные брикеты и пеллеты оборудование для их сжигания и производства растет пропорционально ценам на такие традиционные виды топлива как нефть и газ. В некоторых странах Европы, где рынок альтернативных источников энергии наиболее развит, пеллеты отапливается до 67 % жилых помещений. Такое широкое распространение объясняется и экологичностью этого вида топлива — при сгорании выбросы СО2 равны поглощению этого газа во время роста дерева, а выбросы NO2 и летучих органических компонентов значительно снижены благодаря использованию современных технологий сжигания.

Темные пеллеты с большим содержанием коры сжигают в котлах большей мощности с целью получения тепла и электроэнергии для населенных пунктов и промышленных предприятий. Темные пеллеты могут быть большего диаметра. Их продают навалом партиями от двух-трех тысяч тонн и более.

Е. Преимущества пеллет.

Топливные пеллеты экологически чистое топливо с содержанием золы не более 3 %. При сжигании пеллет в атмосферу выбрасывается ровно столько СО2, сколько было поглощено растением во время роста. Однако, если в месте произрастания сырья окружающая среда содержит токсины или радиоактивные вещества, то при сжигании пеллет эти вещества могут быть распылены в атмосферу.

Гранулы менее подвержены самовоспламенению, так как не содержат пыли и спор, которые также могут вызвать аллергическую реакцию у людей.

Пеллеты отличаются от обычной древесины высокой сухостью (8—12 % влаги против 30—50 % в дровах) и большей — примерно в полтора раза — плотностью. Эти качества обеспечивают их высокую теплотворную способность по сравнению со щепой или дровами— при сгорании тонны пеллет выделяется приблизительно 5 тыс. кВт-ч тепла, что в полтора раза больше, чем у обычных дров.

Низкая влажность — это не только преимущество пеллет как топлива, но и проблема их производства. Сушка является одной из основных статей расходов при производстве топливных материалов из отходов деревообработки. Кроме того, в зависимости от производства, сбор, сортировка и очистка сырья также могут повлечь дополнительные затраты.

Процесс сушки важно тщательно спланировать, что позволит уменьшить риски, связанные с качеством готовой продукции, ее себестоимостью и пожароопасностью производства. Лучшим вариантом является производство биотоплива из сухой стружки.

Одно из важнейших преимуществ пеллет высокая и постоянная насыпная плотность, позволяющая относительно легко транспортировать этот сыпучий продукт на большие расстояния. Благодаря правильной форме, небольшому размеру и однородной консистенции продукта пеллет можно пересыпать через специальные рукава, что позволяет автоматизировать процессы погрузкиразгрузки и также сжигания этого вида топлива.

3.4. Для сельского хозяйства — комплексные торфяные удобрения — торфоудобрения Торф в сельском хозяйстве широко применяют преимущественно как высококачественное удобрение в виде комплексных торфоудобрений [11, 14—21].

3.4.1. Торфоудобрения Торфоудобрения — это комплексные материалы, состоящие из торфа и различных добавок, определенных составом почв, направленных на изменение кислотности почв, ускоряющих рост растений, повышающих содержание необходимых элементов, улучшающих структуру почв и используемых в качестве удобрений для повышения плодородия почв. Следовательно, торфоудобрения представляют собой искусственное объединение торфа с необходимыми добавками.

В образовании тканей и растений, их росте и развитии участвуют более 60 химических элементов. Из них более 98 % массы сухого вещества приходится на углерод, кислород, азот, фосфор, магний, калий и кальций. Углерод, водород, кислород растения получают из воздуха и воды, а остальные элементы растения извлекают из почвенных растворов.

Наибольшее значение для растений имеют три элемента: азот, фосфор и калий, которые в почве компенсируются только внесением минеральных удобрений. Содержание их условно выражается N,P2О5 и К2О.

Главными компонентами минеральных удобрений являются: аммиак —NH3, нитрат аммония — NH4N03, сульфат аммония — (NH4)2SО4, нитрат натрия — Na4NО3, карбамид — CO(NH2)2, суперфосфат простой — Ca(H2PО4)2+CaSО4, суперфосфат двойной — Са(Н2РО4)2*Н2О, хлорид калия —КС1, аммофос NH4H2PО4+(NH4)2 НР04, нитроаммофос — NH4NО3+NH4H2HPО4 и аммофоска — (NH4)2 HP04+(NH4)2 S04+KN03+NH4C1, полифосфат калия — Kn H2PnО3n+i и др.

Из этих компонентов изготавливают как простые удобрения так и комбинированные, например, карбамид + полифосфат, тукосмеси, карналлит MgCl2*KCl*5H2О с добавками диаммоний фосфата (КН4)2НР04+NН4Р2О4 и др.

Для производства торфяных удобрении органо-минерального состава используют верховой торф со степенью разложения 20 % и низинный — с зольностью 30 %. Иногда вводят ограничения по содержанию Fe203 и СаО не более 5 % каждого на сухой торф. При этом содержание Fe2О3 отрицательно влияет на урожайность почв.

Регуляторы роста и развития растений — это вещества, стимулирующие рост, ускоряющие созревание, увеличивающие морозостойкость и урожайность культурных растений. К регуляторам роста относятся: абсцизовая кислота, ауксины, цитокинины, гиббереллины, салициловая кислота, этилен, алкиламины, алкилгуанидины, хлорхолинхлориды и многие другие. Их используют только в зависимости от состава почв и посевных растений для ускорения их роста.

Если торфяные удобрения используются в виде гранул, то зерновой состав гранул должен быть: фракции 4—1 мм — не менее 90 %, фракции 1мм —не более 5 %, так как пыль ухудшает экологию.

Торф обладает высокой фильтрующей способностью и водопроницаемостью. Фильтрационные свойства торфа улучшаются с уменьшением его плотности и влагосодержания.

Торф является ценным удобрением для сельского хозяйства, улучшающим структуру почв; он содержит азот, калий, фосфор, железо, магний и многие необходимые растениям элементы.

Кроме того, торф содержит гуминовые кислоты, стимулирующие рост растений, и аминокислоты, переводящие биогенные элементы в усваиваемую растениями форму. В итоге торф повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Основатель науки о почве В.В. Докучаев говорил, что почва есть функция от материнской породы, климата и организмов, помноженное на время.

Поверхностный горизонт почвы образован остатками растительности, составляющих основу гумуса, содержание которого определяет и плодородие почвы [66].

Гумус — органическое вещество, наиболее устойчивое к разложению, которое постоянно минерализуется до неорганического вещества. Основные функции гумуса сводятся к сложным обменным процессам с участием многих компонентов: азота, кислорода, углерода, воды и различных минеральных солей.

Со временем гумус разрушается — до 50 % в год — происходит минерализация почвы.

Для питания растений и повышения плодородия почвы необходимы нитраты, фосфаты, соли калия, кальция. Однако чтобы эти связанные ионы перешли в менее связанное состояние необходимо разрушение материнской породы. Поэтому в почву необходимо постоянно добавлять активированные неорганические и органические удобрения. Кислотность почвы должна быть близка к нейтральной — рН=6—8.

В данное время почти повсеместно происходит снижение плодородия почв вследствие уменьшения содержания в них основного компонента — гумуса [14].

В нашей стране сельскохозяйственные предприятия ежегодно вносят 420—450 млн т. удобрений или 3,6—4,0 т. на гектар пашни, что составляет 30—35 % от научно-обоснованной нормы, составляющей 11—13 т на гектар и более. Для решения этих вопросов целесообразно использовать торф.

Торфяные удобрения не только обогащают почву гумусом, но и улучшают ее структуру, обеспечивают нужный для растений водный и воздушный режимы, изменяют кислотность почвы, обогащают ее микроэлементами, не вносят в почву сорняков. Все это в итоге позволяет существенно повысить урожайность сельскохозяйственных культур: зерновых — на 50—400 %, картофеля — на 80—200 %, овощей на 140—220 %.

Торфяные удобрения не только приводят к ускоренному обогащению почв органическими и минеральными веществами, но и усиливают темпы протекания в них биохимических процессов.

При использовании торфа на удобрения необходимо учитывать свойства торфа и почв: для каждого состава полей необходимо применять свои оптимальные составы торфяных удобрений.

Только дифференцированное применение торфяных удобрений для каждого вида почв позволяет получать наибольшую урожайность сельскохозяйственных культур.

Так для песчаных, неокультуренных или мало окультуренных почв целесообразно использовать низинный торф группы 1.А и Б, хорошо разложившийся с зольностью не менее 10 %. Переходный и верховой торф группы 1А, Б, ПА, Б можно использовать только после их активации аммиаком.

Существует много торфяных удобрений:

1. Торфоаммиачные удобрения (ТАУ).

Обработка торфа аммиаком NH3 изменяет агрохимические и биохимические свойства торфа, увеличивает в 10—15 раз содержание подвижных органических веществ за счет водорастворимых гуматов аммония, что в итоге значительно улучшает удобрительные свойства торфа.

Степень воздействия аммиака на торф определяется количеством. вводимой аммиачной воды или безводного аммиака, что приводит к увеличению содержания в торфе азота и к снижению его кислотности.

Для аммонизации можно использовать все виды торфа (верховой, переходный, низинный), имеющий степень разложения — не менее 15 %; зольность — не более 25 %, кислотность рН=2,5—6,0, оксидов железа — не более 1 %, влажность — в пределах 50—60 %. Нормы внесения аммиака в торф с влажностью 55 % составляют 5,0; 7,5 и 10 кг безводного аммиака на 1 т торфа.

Обрабатывают торф аммиаком непосредственно при его добыче с помощью инъектирующей иглы, выдерживают 2 месяца и отгружают потребителям как торфоаммиачное удобрение (ТАУ).

Наиболее целесообразно использовать ТАУ под пропашные, внося его в разброс под вспашку или культивацию весной и осенью, стараясь как можно быстрее заделать его в почву.

Эффективность ТАУ обусловлена тем, что аммиак активизирует гуминный комплекс торфа и придает ТАУ свойства стимулятора роста растений. При этом 1 т ТАУ повышает влагоемкость почвы на такую же величину, как 3 т необработанного торфа.

2. Торфоминерально-аммиачные удобрения (ТМАУ).

В отличие от ТАУ в ТМАУ вводят также фосфорные и калийные минеральные удобрения. Поэтому ТМАУ представляют собой комплексные биологически активные органические удобрения, в состав которых входят подвижные формы азота, фосфора, калия и органическое вещество торфа, обработанное аммиаком.

При влажности 50—60 % в ТМАУ протекают сложные химические и биохимические процессы, активно развивается микрофлора, способствующая разложению органической части торфа. Существует много разновидностей ТМАУ: ТМАУ-1, ТМАУ-2, ТМАУ-4К и др. Обогащение торфа производят при его добыче.

Для производства ТМАУ используют фрезерный торф верхового, переходного или низинного торфа, отвечающий следующим требованиям:

Степень разложения — не менее 15 %; зольность — не более 25 %, влажность не более 60 %, кислотность рН=3,0—6,0, оксида железа — не более 1 %.

3. Торфоминеральные удобрения (ГТМУ).

Это смесь торфа с известковой мукой, фосфорными и калийными удобрениями. Иногда добавляют азотные удобрения. Производят в полевых условиях. Такой состав ТМУ повышает эффективность торфа в 2—3 раза вследствие развития в торфе полезных микроорганизмов, в частности, нитрификаторов.

ТМУ производят из низинного и переходного торфа со степенью разложения — не менее 15 %; зольность — не более 25 %, влажность не более 60 %, кислотность рН=3,5—5,5, оксида железа (ре2оз) — не более 5 %.

для нейтрализации избыточной кислотности торфа применяют известковую муку. в качестве фосфорного компонента используют фосфорную муку, простой суперфосфат, калийного компонента — хлористый калий, соль калийную 40 % смешанную, азотного компонента — сульфат аммония или селитру аммиачную.

ТМУ обладает большей агрохимической эффективностью, чем удобрения с введением аммиака.

4. Торфогуминовые удобрения (ПТУ).

Все торфяные удобрения основаны на активации (биологической, химической или саморазогревании) его органических веществ. Наиболее сильным активатором являются щелочи и безводный аммиак NH3 вследствие образования гуматов аммония.

Все удобрения, полученные обработкой торфа аммиачной водой или безводным аммиаком, характеризуются большим содержанием гуматов аммония, называются торфогуминовыми удобрениями — их представители:

ТАУ и ТМАУ. После использования удобрений гуминовые кислоты пополняют запасы гумуса почвы.

Гумус (почва) — органическая часть почвы, образующаяся в результате биохимического превращения растительных и животных остатков; содержание гумуса — показатель плодородия почвы.

Гуминовые удобрения регулируют окислительно-восстановительные процессы в почве, увеличивают водопроницаемость корней и ускоряют тем самым рост растений; улучшают дыхание растений и активизируют в них ферментные процессы.

5. Торфогуминовые комплексные микроудобрения (ТГКУ).

Действие торфогуминовых препаратов, применяемых в микроколичествах, определяется физиологической активностью растворимых гуматов.

ТГКУ представляет собой смесь гумата калия с набором микроэлементов, необходимых для роста и развития сельскохозяйственных культур — повышает урожайность на 30 %.

3.5. Для строительства — теплоизоляционные торфяные бетоны — торфобетоны Известно, что 70 % строительных материалов, используемых в жилищном строительстве, отрицательно влияют на здоровье — наиболее опасные выделяют фенол, формальдегид, шестивалентный хром в портландцементе, радон, обладают свойством радиоактивности и др. [163].

Поэтому в 2012 г. вступает в силу новый технический регламент о безопасности зданий и сооружений с новыми требованиями к строительным материалам с усилением их теплоизоляционных и экологических свойств.

Теплоизоляционными называют материалы, имеющие теплопроводность не более 0,175 Вт/(м—К) при 20 °С и предназначенные для теплоизоляции зданий, технологического оборудования, трубопроводов, тепловых и холодильных промышленных установок. Применение теплоизоляционных материалов и изделий позволяет на 20—30 % сократить v тепловые потери — 1 мД теплоизоляционных материалов экономит 1,45 т условного топлива. Особенно выгодна теплоизоляция холодильных установок — получение единицы холода в 20 раз дороже соответствующей единицы тепла [164—166].

Основные виды экологически безопасных строительных материалом, из которых строят экодома следующие: камень, дерево, глина (кирпич), гипс, природные минералы, магнезитовые плиты, гипсокартон, керамика, базальтовые маты, экофибер, керамзит, волокна, вермикулит, перрит, портландцемент без Сr6+ и др. К ним относится и термоизоляционный, экологически чистый материал — торф.

Одним из наиболее эффективных, экологически чистых и экономически выгодных теплоизоляционных материалов и изделий являются теплоизоляционные торфяные бетоны — торфобетоны.

Торфобетоны — композиционные теплоизоляционные материалы, изготовляемые из торфа различных вяжущих, функциональных добавок и воды применяемых для теплоизоляции жилых, промышленных зданий, сооружений, трубопроводов, фильтровки других объектов.

Обычно из теплоизоляционных торфяных бетонов — торфобетонов — изготовляют:

торфяные заполнители полученные гранулированием торфа различными добавками. Такие торфяные гранулы по аналогии с керамзитом названы торфозитом [24]. Другие торфяные гранулы, полученные гранулированием одного торфа, покрытые глиняным шликером и обожженные при 800—1000 0С до полного выгорания торфа предоставляют собой пустотные гранулы со спеченной глиняной оболочкой [167];

теплоизоляционные торфяные изделия: плиты, блоки, панели, фасонные изделия, утеплители трубопроводов, фильтры, сорбенты, торфобрикеты, метобрикеты, высокотемпературные теплоупоры, садовые предметы, сельскохозяйственные гранулы — торфоудобрения и др. [13, 168];

теплоизоляционные торфяные засыпки и монолитные бетонные заливки.

Торфобетоны имеют очень широкую область эффективного применения, характеризуются экологической чистотой, высокой теплоизоляцией, низкой теплопроводностью, достаточно высокой прочностью и биологической активностью.

3.5.1. Теплоизоляционные, обычные, и торфяные заполнители В качестве обычных теплоизоляционных заполнителей в торфобетонах используют пористые материалы: керамзит, перлит, вермикулит, вспученный полистирол, деревянные опилки, шлаки, золы, известь и др.

Отработанные: катализаторы, фильтры сорбенты, волокна и другие вторичные материалы; отходы сельского хозяйства, угольной, деревообрабатывающей, химической, нефтеперерабатывающей и других промышленностей, а так же различные волокнистые материалы. Возможно использование и других смешанных (композиционных) материалов [164]. Торф используют всех трех типов: низинного, переходного, верхового в зависимости от областей применения.

В качестве торфяных заполнителей используют торфозит и пустотные гранулы.

А. Теплоизоляционные торфяные заполнители — гранулы (торфозиты).

Для получения торфозита исходный торф различного типа диспергировали (мололи) при влажности 75 — 80 %, окатывали в сферические гранулы на грануляторе, сушили при комнатной температуре 6—8 суток до влажности 10—15 %. Для ускорения сушки гранулы обдували горячим воздухом или сушили инфракрасными лампами. Для модификации торфа в состав гранул вводили различные добавки; древесные опилки, покрывали поверхность гранул ЛСТ, ГКЖ -10 и др. (табл. 51) [24].

Как видно, свойства торфозита и керамзита сопоставимы, а по некоторым показателям превосходят последний. Водопоглощение гранул существенно снижается за счет гидрофобизации высушенных гранул. Достаточно высокая прочность гранул, их низкая плотность и насыпная плотность с низкими энергозатратами показывают эффективность данной технологии.

Однако торфяные гранулы — торфозиты характеризуются большой набухаемостью в воде, что приводит к образованию дефектов в торфобетонах. Для повышения гидрофобности гранул их покрывают пленками ГКЖ-10, ЛСТ и другими гидрофобизаторами.

Сравнение свойств торфозита и керамзита показывает, что торфозит имеет плотность в 1,5—2,0 раза меньше, чем керамзит, а прочность торфозита от одинаковой до в 2 раза больше с керамзитом (табл. 52) [24].

Следовательно, торфозит также целесообразно широко использовать в торфобетонах наряду с керамзитом.

Б. Теплоизоляционные пустотные гранулы на основе торфа.

Изготовляют теплоизоляционные заполнители — гранулы на основе торфа и глинистого сырья для теплоизоляционных бетонов. Торф предварительно диспергировали, на грануляторе получали торфяные гранулы, сушили при Таблица 51 Режим сушки гранул и их физико-механические свойства

–  –  –

3.5.2. Обычные и торфяные вяжущие.

Активированная вода В качестве обычных вяжущих используют: цементные, гипсовые, магнезиальные, фосфатные, органические, химические соединения, жидкостекольные, органо-минеральные и, особенно, — наносвязки — коллоиды с наночастицами. Наибольшее распространение получили цементные и гипсовые вяжущие.

В качестве торфяных вяжущих используют дисперегированный торф — совместно молотый торф с водой и добавками.

В качестве воды затворения используют обычную воду, растворы техногенных материалов, торфяную воду с добавками вяжущих; торфяную воду, полученную совместным помолом воды с торфом и добавками, а также активированную воду; отмагниченную кислую с рН=5, щелочную с рН=9, кислотно-магнитную, щелочно-магнитнуют и резонансную. Поэтому составом воды затворения можно регулировать модифицирование торфа.

Режимы активации торфа в сухой, щелочной и кислотной средах существенно влияют на его вяжущие свойства. Так, сухой помол торфа наименее эффективнее при получении его фракции с d=4—8 мкм. Диспергирование низинного торфа в горячей воде (90°С) повышает прочность торфовяжущего на 70—85 %, а верхового торфа — на 80—110 %. При измельчении торфа в кислой (H2SO4 — 5 %) и щелочной (NaOH — 5 %) средах увеличиваются адгезионные и прочностные свойства торфовяжущего на 10—40 % по сравнению с помолом в воде. При этом верховой торф в большей степени подвержен кислотному гидролизу, а низинный — щелочному.

Наибольший эффект достигается в верховом торфе в условиях его измельчения в кислой среде, особенно с увеличением ионов Са+2 вследствие образования CaSО4*nH2O, Са(ОН)2, СаСОз и др.

Следовательно, повышение вяжущих свойств торфа происходит при его диспергировании в горячей воде и различных средах. ^ Электрофизическая активация воды также повышает вяжущие свойства торфа. Так, магнитная обработка воды (40 мТл) увеличивает содержание частиц в торфовяжущем с повышенной магнитной восприимчивостью, что ускоряет химическое взаимодействие компонентов, а также влияет на процессы структурообразования торфовяжущего (табл.53).

Применение воды с рН=5 повышает прочность торфовяжущего на 35 %, с рН=9 — на 40 % по сравнению с обычной водой. Существенно повышает прочность торфовяжущего комбинированная активация воды (щелочная и магнитная) — с 0,54 до 1,23 МПа, а комбинированная (кислотная и магнитная) — с 0,58 до 1,25 МПа, т.е. практически одинаково. Но магнитная обработка воды существенно снижает водопоглощение торфовяжущего. Это обусловлено обменом ионов Са2+ на катионы Na+, что приводит к деформации диффузионного слоя, а это в свою очередь — к уменьшению количества связанной торфяными частицами воды и к уменьшению толщины гидратных оболочек. Улучшаются условия смачивания древесного заполнителя.

В состав торфа входят органические и органоминеральные комплексы, при модифицировании которых существенно повышаются его вяжущие свойства и ускоряются процессы формирования структур материалов и изделий.

Поэтому торф целесообразно использовать для изготовления теплоизоляционных строительных изделий и модифицированных торфяных добавок для строительных бетонов на основе продуктов переработки древесины, сходной с торфом по составу и свойствам.

Западная Сибирь является крупнейшим торфяным регионом Мира и обладает запасами торфа более 119 млрд т., из них низинного торфа — 20 %, переходного — 23 % и верхового — 57 %. Целесообразность использования торфа в строительстве обусловлена его составом и свойствами: в торфе содержатся гидрофильные (СООН-, ОН- и др.) и гидрофобные (битумы) активные функциональные группы; его структура зависит от состава дисперсионной среды;

способности компонентов при определенных условиях взаимодействовать друг с другом через молекулы воды или обменом электронов между ионами многовалентных металлов; проявлением парамагнетизма и других электрофизических свойств.

В низинном торфе содержится высокое количество лигнина (природного ПАВ), обладающего вяжущими свойствами. Многие свойства торфа определяются содержанием гуминовых кислот, содержание которых снижается при переходе от низинного к верховому Таблица 53

–  –  –

1,23 / 1,02 0,68 / 0,36

–  –  –

0,76 / 0,73 0,42 / 0,33 136 / 132

–  –  –

75,0 / 70,0 241 / 236

–  –  –

0,54 / 0,58 0,26 / 0,30

–  –  –

то же время содержание фульвовых кислот — растворимых в воде фракций ГВ — находится в обратной зависимости. Основным же компонентом ГВ являются гуминовые кислоты, наибольшее содержание которых наблюдается в низинном типе торфа, что связано с высокой степенью его разложения. Гуминовые кислоты могут быть в связанном виде (в виде солей), что характерно для низинного торфа, и в свободном виде — для верхового.

Применительно к технологиям производства теплоизоляционных материалов наличие гуматов в связанном виде снижает их отрицательное влияние на цементные системы, что позволяет использовать низинный торф, том или ином виде в цементных композициях. Основной особенностью ГВ является их способность образовывать соли. Гуматы натрия обладают водоудерживающими свойствами, повышают подвижность цементных систем, бетонных смесей, глиняных шламов [6]. Торфощелочные шламы находят применение для разжижения цементных шламов, повышения подвижности бетонных смесей, что позволяет снизить водоцементное отношение в бетонных смесях.

Высокомолекулярные соединения, имеющие ионогенные, т.е. способные к диссоциации функциональные группы, являются полиэлектролитами. В торфе целлюлоза, гуминовые, водорастворимые и легкогидролизуемые вещества, включающие способные к диссоциации СООН, ОН и другие группы, являются полиэлектролитами. Содержание полиэлектролитов в торфе уменьшается от низинного типа к верховому, что обеспечивает способность низинного торфа к диссоциации в различных средах. Углеводы составляют основу веществ, выделяемых из торфа горячей водой или растворяющихся в ней после гидролиза в присутствии минеральных кислот. Состав углеводной части торфа не однороден и уменьшается от верхового типа к низинному с увеличением степени разложения.

Содержание и состав углеводной части торфа влияет в значительной степени на возможности его использования в производстве теплоизоляционных материалов. Так, высокое содержание редуцирующих веществ в торфе затрудняет его использование в композиции с цементом, но выделяемые при диспергировании торфа в водной среде пектиновые вещества повышают его клеющую способность, что позволяет рекомендовать торф как самостоятельное связующее вещество при производстве композиционных материалов.

Таким образом, количественное содержание таких групп, как битумы, лигнин и трудногидролизуемые вещества, уменьшается от верхового к низинному типу торфа, что объясняет низкую биологическую активность низинных торфов, а с возрастанием степени разложения в торфе увеличивается содержание биохимически устойчивых компонентов — воска, ГВ лигнина и снижается количество биохимически неустойчивых веществ —углеводов.

Важное значение для прогнозирования свойств теплоизоляционных материалов с использованием торфяного сырья имеет его зольность. Данные по зольности типов торфов указывают на закономерное ее снижение при переходе от низинных типов торфа к верховым. Химические элементы неорганической части в торфе находятся в виде ионов солей или комплексных соединений, чем выше содержание минеральной части в торфе, тем он более активен. Катионы кальция и других веществ служат с одной стороны, регулятором биохимических процессов, нейтрализаторами кислотности среды, во многом определяя структуру коллоидно-высокомолекулярной составляющей [6], с другой стороны, способны активно участвовать в ионообменных реакциях, а также в реакциях гидратации и гидролиза торфа в процессе его переработки. Для прогнозирования свойств торфа важно не только количественное содержание минеральной части торфа, но и ее качественный состав. Из средних статистических данных содержания минеральных веществ в торфе следует общая зависимость от типового состава торфа, что объясняется водно-минеральным режимом торфяных месторождений.

Для получения торфобетонов с заданными свойствами, необходимо учитывать в первую очередь тип торфа, его вещественный состав и структурные характеристики. Предложены для разработки технологии получения эффективных торфобетонов с требуемыми эксплуатационными свойствами.

Полная информация обо всех группах веществ, входящих в состав торфа, позволяет выбрать наиболее эффективный способ его переработки для получения торфобетонов с требуемыми эксплуатационными характеристиками.

При этом повышение дисперсности торфа при помоле существенно повышает прочность торфобетонов.

Рис. 43. Зависимость прочности торфяного Таким образом, торфяные вявяжущего от дисперсности жущие, полученные при совместном диспергировании (при помоле) торфа с водой с водой и добавками существенно повышает их вяжущие свойства.

3.5.3. Функциональные добавки для торфобетонов

В настоящее время для бетонов с использованием торфа в качестве заполнителя (как цементных, так и без цементных) возможно использование достаточно широкого спектра современных химических добавок. Данные добавки призваны улучшить основные эксплуатационные характеристики материала, такие как прочность, теплопроводность, морозостойкость и долговечность.

Перечисленные характеристики обуславливают применимость торфобетона в качестве теплоизоляционного материала в современном строительстве и способность удовлетворять его строительным нормам и действующей нормативнотехнической документации.

Для достижения заданных характеристик возможно влияние данных добавок на свойства, как основного заполнителя — торфа, так и различных типов вяжущих материалов (цемента, гипса и т.п.).

Определяющим фактором при применении данных добавок являются такие основные факторы как эффективность действия, стоимость и удобство применения.

Как и в обычных тяжелых цементных бетонах для повышения прочности, слитности структуры материала и улучшения технологических характеристик смеси (удобоукладываемость, подвижность) применимы химические добавки пластификаторы, снижающие водо-цементное и водо-вяжущее отношения.

Мелкодисперсный торфяной заполнитель имеет в своем химическом составе битумную составляющую, вследствие чего наблюдается повышенное потребление воды при затворении торфобетонной смеси. При испарении связанной воды в торфобетонной матрице на поверхности образцов и изделий возможно образование сети усадочных трещин различной ширины раскрытия, что недопустимо технологическими и эксплуатационными требованиями. Образование трещин регулируется уменьшением количества воды затворения в составе торфобетонной смеси.

Введение функциональных добавок — модификаторов в состав торфобетонной смеси возможно различными способами:

предварительным совместным помолом добавки с основным заполнителем — торфом;

предварительным совместным помолом добавки с вяжущим материалом;

предварительным введением в состав воды, используемой для затворения смеси;

введением на этапе перемешивания сыпучих сырьевых материалов. Перспективным направлением в настоящее время является исследование для использования в качестве функциональных добавок при изготовлении торфобетонов новых добавок-пластификаторов и ускорителей твердения предлагаемых для обычных бетонов, производства компаний «Полипласт», «BASF», «SIKA», «MC-Bauchemie» и др. Сдерживающим фактором является высокая стоимость данных добавок, некоторые из которых изготовлены с использованием современных нанотехнологий.

Авторами на базе лаборатории кафедры «Материаловедение в строительстве» ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина» проводятся исследования по совместному применению для торфобетона химических добавок полифосфата натрия и технического лигносульфоната натрия в качестве добавок снижающих водопотребность, оказывающих пластифицирующие свойства и улучшающих прочность материала.

Функциональные добавки вводились следующим образом: Полифосфат натрия добавлялся в количестве от 10 до 15 % от массы торфа при совместном влажном помоле в шаровой мельнице в течение 60 минут. Лигносульфонат натрия разбавлялся в воде затворения в количестве 0,2—1,0 % от массы цемента.

Было отмечено снижение водопотребности смеси на величину около 50 % по сравнению с торфобетонной смесью без применения добавок, использовавшейся в качестве контрольной.

Структура торфобетона полученного с применением функциональных химических добавок приведена на рис. 44.

Установлена эффективность применения функциональных химических добавок для изготовления торфобетонов в промышленности Рис. 44. Макроструктура торфобетона стройматериалов.

на цементном вяжущем

3.5.4. Технологии производства торфобетонов

Обычно теплоизоляционные плиты из торфа изготовляют по двум основным технологиям:

сухой — предварительно сушат торф до влажности 20—30 %, затем прессуют, иногда склеивают плиты в блоки;

мокрой — торф предварительно измельчают, варят в горячей воде при 50—60 °С, обрабатывают острым паром, отжимают воду до влажности 86—89 % при давлении 0,11—0,19 МПа, укладывают на этажерки и сушат до влажности 6 % при 70— 160 °С. Иногда в варочный чан вводят добавки: антисептики, парфино-битумную эмульсию, антипирена и др. Время сушки при толщине плит 28—47 мм составляло 28—30 ч. Для изготовления плит используют верховые типа торфа.

Прочность плит при изгибе находится в пределах от 0,3 до 0,4 МПа; плотность —170—275 кг/м, теплопроводность — 0,058—0,061 Вт/(м*К), водопоглощение за 24 ч — 50—180 %.

Способы модифицированного воздействия на компоненты строительных материалов на основе торфа — торфобетонов обобщенная модель их получения приведены на рис. 45, 46 [24, 169].

Составы торфоцементных композиций (бетонов) приведены в табл. 54.

Наибольшее влияние на повышение прочности бетонов (торфоцементных композиций) оказывает введение в их состав 0,5—5 % наночастиц: циклонной пыли цементного, строительного и металлургического производств, двойного суперфосфата, железного купороса, карбанида и др. Введение наночастиц повышает прочность бетонов данного вида в 1,5—2 раза при условии их совместного помола с исходным клинкером.

Рис. 45. Способы модификационного воздействия на компоненты композиционных материалов на основе торфа — торфобетонов

–  –  –

% от массы Химическая добавка 10 10 10 15 15 15 15 торфа Полифосфат натрия Заполнитель торф кг 220 260 280 300 315 350 370 Химическая добавка % от массы 0,6 0,6 0,6 0,8 1,0 1,0 1,0 Лигносульфонаттехнический цемента

Таким образом, многочисленные функциональные добавки целенаправленно влияют на повышение необходимых свойств торфоцементных композиций:

ПАВ — на повышение текучести и пластичности, снижении их влажности;

наночастица — на повышенной прочности и стойкости; гидрофобизаторы — на увеличении водостойкости и др. Следовательно, целесообразным является обязательное использованное одно- и многофункциональных добавок в торфоцементных композициях.

Формирование торфобетонных плит, блоков и фасонных изделий производят различными методами: прессованием, вибрацией с пригрузом и литьем.

Наиболее эффективным методом формования торфобетонов является вибрационный на виброплощадках с пригрузом в виде плиты с отверстиями для удаления избыточной воды, которую потом сливают и используют в качестве новой воды затворения. Такой метод формования используют для снижения температуры сушки и получения прочных плит, блоков и футеровок.

Режимы сушки торфобетонов определяются их составом и получением необходимых свойств продукции: пропарочные камеры, сушка отходящими газами, воздухом от термовентиляторов, электросушка, сушка электрическим током, инфракрасными лампами и др.

Особо эффективное значение имеет синергетическая (самопроизвольная) сушка торфобетонных изделий за счет использования в них экзотермических вяжущих — комплексных добавок, окислительно-восстановительные реакции между которыми сопровождаются различным выделением тепла, т.е. прохождением экзотермических реакций. Количество экзотермических добавок определяется расчетным путем необходимой теплоты для синергетической сушки торфобетонов.

Так, например, вводят минимальное количество металлических опилок и ортофосфорной кислоты для прохождения экзотермической реакции:

Fe+H3P04-FeP04+l,5H2+Q.

Подобные реакции сопровождаются не только выделением теплоты, но и повышают пористость торфобетонов за счет выделения газов.

В ряде случаев для использования торфобетонов при высоких температура их обжигают при 800 °С для получения получения высокотемпературной теплоизоляции, фильтров расплавленных солей и металлов, продувочных изделий, твердых электролитов и различных высокотемпературных изделий специального назначения.

Таким образом, для производства торфобетонов существуют самые различные технологии для повышения их свойств.

3.5.5. Составы и свойства теплоизоляционных торфобетонных плит, блоков, панелей и фасонных изделий А. Уплотненные плиты.

Для изготовления теплоизоляционных торфобетонов используют торф в качестве заполнителей и цементов всех трех типов: низинного, переходного и верхового со степенью разложения от 10 до 35 % в различном агрегатном состоянии: фрезерный торф и из залежи, а также костру и добавки древесных опилок (табл. 55) [24].

Подготовка торфяного сырья заключается в сепарации древесных и инородных включений, увлажнении и его механической переработке. Торф смешивали с различными теплоизоляционными заполнителями в соотношении от 20:80 %, уплотняли в формах при добавлении 0,1—0,15 МПа, сушили при 20— 30 °С и определяли свойства плит. Повышение содержания торфа увеличивает прочность торфоплит (табл. 56) [24]. Только при оптимальном соотношении в системе «торф—заполнитель (опилки)» достигается небольшая прочность торфобетонов.

Увеличение влажности смеси приводит к снижению плотности за счет формирования более пористой структуры торфяного вяжущего. При этом с увеличением влажности смеси на 10 % расход пара возрастает на 69 %, воздуха — на 68 %, тепла — на 75. оптимальная влажность смесей составляет 72—78 %.

Увеличение количества заполнителя с 40 до 60 % приводит к снижению плотности на 15—20 % — оптимальное содержание заполнителя — 42—54 %.

Использование торфа с высокой дисперсностью обуславливает повышение плотности на 10—18 % и увеличение прочности плит на 50—100 %.

Таблица 55 Физико-механические свойства композиционных теплоизоляционных плит на основе торфа и заполнителя – опилок

–  –  –

1,34 1,14 0,92 1,50 1,95 1,4 0,4

–  –  –

0,04 0,13 89,0 89,0 11,2

–  –  –

89,00 11,48 0,58 31,0

–  –  –

0,04 0,09 10,1 [24].

82,68

–  –  –

28,4 4,2, %

–  –  –

0,25—0,26 0,28—0,26 0,19—0,22 0,22—0,23

–  –  –

Г2,ГЗ Г4 Г4

–  –  –

120—170 120—160

–  –  –

0,17—0,20 0,22—0,28 1,20—1,30

–  –  –

0,25—0,27 0,60—0,75 2,10—2,60

–  –  –

220—250 300—350 300—370

–  –  –

мышленностей;

для торфоудобрений: двойным суперфосфатом, аммиаком, калийными магниевыми, кальциевыми, азотными солями, органическими соединениями, отходами сельхозпродукции и др.

для торфобетонов: глиняным шликером с пептизаторами, растворами карбонатов, бикарбонатов, полифосфатом, хлористым кальцием и др. [90—92]. Кстати введение CaCl2*nНО в бетоны известно с 1867 г.

Теплоизоляционные композиты на основе торфа — теплоторфобетоны или просто торфобетоны — находят широкое применение для изготовления строительных плит, блоков и панелей для теплоизоляции жилых и промышленных зданий, изоляции трубопроводов, заполнителей, модифицирующих добавок, лакокрасочных, гидроизоляционных покрытий, сорбентов, фильтров, диафрагм и др.

При этом низинный по сравнению с верховым обладает рядом преимуществ: он более влагостоек, имеет лучшие адгезионные свойства, обладает большей однородностью зернового состава, более высокими вяжущими свойствами вследствие большего количества минеральных веществ и большей прочностью. Примеры некоторых запатентованных торфобетонов приведены ниже.

1. Полистирольный торфобетон в качестве заполнителя содержит вспученный острым паром бисерный полистирол в количестве 10 мас. % или 80—85 об. % и 90 мас. % торфяного вяжущего, состоящего из диспергированного в воде низинного торфа. Торфяное связующее прочно склеивает частицы заполнителя, что позволяет получать строительный материал низкой плотностью и теплопроводностью, а также улучшенной прочностью: плотность торфобетона составляет 90—115 кг/м3, прочность 1,95—2,45 МПа, коэффициент теплопроводности 0,037—0,043 Вт/(м-К) (Пат. RU 2393128).

2. Древесный торфобетон содержит 10—25 мас. % верхового торфа со степенью разложения 5—15 %, древесные отходы 20—40 мас. %, бишофит 6—25 мас. %, алюмофосфат 1—3 мас. % и магнезит — остальное. Смесь тщательно перемешивают и формируют изделия при 150—160 °С и давлении 3,0—5,0 МПа. Прочность при сжатии изделий составляет 11,0—18,0 МПа, плотность 960—1000 кг/м3, коэффициент теплопроводности 0,11—0,17 Вт/(м-К) (ав. св.

СССР 2005108).

3. Древесно-волокнистый торфобетон содержит 80—90 мас. % диспергированного в воде низинного торфа 80—90 мас. %, древесные опилки 5—10 мас.

%, синтетические волокна 5—10 мас. % с температурой перехода в упругопластичное состояние от 105 до 130°С. При этой температуре волокна становятся вязкими и прочно склеивают каркас бетона (Пат. RU 2307813).

4. Древесный торфобетон с пенообразователями содержит диспергированного в воде низинного торфа 20,5—28,5 мас. %, древесные опилки 61,0—73,0 мас. %, пенообразователь 3,5—6,5 мас. % и гидрофобизирующая добавка 3,0—5,0 мас. %.

Низинный торф имеет хорошую адгезию к древесному заполнителю — прочно прилипает к опилкам, обеспечивая повышение прочности торфобетона.

Пенообразователь обеспечивает получение равномерной пористой структуры с плотностью 150—200 кг/мЗ и коэффициентом теплопроводности от 0,04 до 0,06 Вт/(м-К) (Пат. RU 2273620).

5. Целинный торфобетон содержит 33—38 мас. % портландцемента, древесные отходы торфяных месторождений 20—25 мас. %, верховой торф 4—12 мас.

%, торфяная вытяжка 1—3 мас. % и вода 22—42 мас. %. При этом верховой торф используют со степенью разложения 5—10 % и влажностью 55—70 %, который вместе с древесными отходами предварительно вымачивают в воднометинольном растворе с концентрацией метанола 6—10 г/л при 80—100 °С в течение 2—5 мин. Прочность при сжатии составляет 6,41 МПа, коэффициент теплопроводности 0,12 Вт/(м-К) (ав.св. СССР 1244122).

6. Торф в теплоизоляционных торфяных плитах и блоках (фирма БОЭЗ, марка «Геокар») [165]:

средняя плотность, г/см3 — 0,15—0,43;

теплопроводность, Вт/(м*К) — 0,052—0,080;

предел прочности при сжатии, МПа — 0,3—1,7;

температурный диапазон, С0 — 15;

длина, см — 500—1000;

ширина, см — 250—500;

высота, см — 30—88.

3.5.6. Торфогипсовые бетоны Гипсовые вяжущие состоят из двуводного гипса CaSO4*2H2O, ангидрита — CaSO4, изготовляются из отходов химической промышленности; характеризуется быстрым твердением смесей используется как цемент:

CaSO4*2H2O 110-160 C CaSO4 *0,5 H20 +1,5 H2O CaSO4 * 2H2O гипсовый камень вяжущее вещество гипсовые изделия Гипсовое вяжущее способно впитывать и отдавать воду, при нагревании и до 110—1600 отдает 1,5 H2О и при твердении их получает обратно. Является экологически чистым вяжущим.

При температуре около 700С гипс начинает разлагаться, что приводит к снижению прочности композитов. Поэтому их сушку необходимо проводить при температуре не более 500С.

Торфогипсовые композиты получают в системе торф—гипс—вода при оптимальном их смешении (торф + вода) + (гипс + вода), влажность 80 %, водогипсовом отношении В/Г=0,51, составе композита 30мол. % торфа + 70мал. % и виброформировании с пригрузом. Размер зерен торфа ок. 5мм (табл. 60).

Таблица 60 Влияние технологии формирования на свойства торфогипсового композита [170]

–  –  –

Оптимальной технологией производства торфогипсовых композитов композитов является виброформирование с обязательным пригрузом, выдержкой в формах и введением в воду ПАВ при 30 мас % и 70 мас % гипса и влажности при распалубке38 %.

Таким образом, существует множество патентов по торфобетонам, сущность которых заключается в использовании всех видов торфа: низинного, переходного и верхового, объединении их: с различными теплоизоляционными (пористыми) заполнителями, разнообразными вяжущими и функциональными добавками.

3.5.7. Области эффективного применения торфобетонов В зависимости от области применения теплоизоляционные торфобетоны подразделяются:

водостойкие, содержащие гидрофобизаторы и обладающие повышенной сопротивляемостью водопоглощению;

трудно сгораемые, содержащие антипирены;

биостойкие, содержащие антисептики;

комплексные, содержащие указанные выше свойства;

нанобетонные, содержащие наночастицы для повышения прочности;

обыкновенные без каких-либо добавок.

Использование торфа для теплоизоляционных материалов известно давно — его применяли для холодильников, трубопроводов, изотермических вагонов, межэтажных и чердачных перекрытий, межстеновой изоляции, утеплителей подвалов и др., особенно в северных районах нашей страны.

Так, теплоизоляционные торфоблоки типа «Геокар», которые применяют не только как утеплитель, но и как убивающий вредные бактерии в помещениях, уменьшающих в них степень радиации, характеризующийся хорошим адсорбентом, сохраняющим постоянную влажность и температуру [165]. Введение торфа в состав бетонов снижает их себестоимость.

Применение торфобетонов позволяет существенно сократить затраты на строительство, снизить расходы тепла, массу зданий, повысить экологическую безопасность, создать необходимый комфорт и дизайн. Это указывает на широкую область эффективного применения торфобетонов.

Таким образом, торф является качественным сырьем для получения композиционных теплоизоляционных бетонов, используя те же подходы, что и к традиционному сырью: знание его вещественного состава, структурных особенностей, физико-химических и физико-механических свойств. Это позволяет прогнозировать возможность получения новых видов строительных материалов и изделий: стеновых изделий, заполнителей, полифункциональных модифицирующих добавок, лакокрасочных, гидроизоляционных и др. с широкой областью эффективного применения.

3.6. Для металлургии — метобрикеты, метофильтры и теплоупоры В области металлургии торф целесообразно использовать для производства метобрикетов, метафильтров для очищения металлов от неметаллических включений, а так же для высокотемпературных теплоупоров.

3.6.1. Метобрикеты

Это комплексные металлургические, торфяные, брикеты, состоящие из металлургических дисперсных отходов, торфа, добавок и связок, сформованных методами брикетирования на пресс-вальцах, прессах или грануляторах, высушенных до влажности менее 0,5 %, размерами 80—100 мм и прочностью не менее 10 МПа. Такая высокая прочность метобрикетов обусловлена введение в их состав наночастиц.

Применение метобрикетов обусловлено необходимостью постоянного повышения качества стали и других металлов при наименьших затратах на их производство с одновременной утилизации образующихся и накопленных техногенных отходов.

Вообще, производство и применение металлургических брикетов известно давно. Так, еще в 1845 г. в статье в «Горном журнале» штабс-капитан Моисеев писал: «... там, где в плавку поступает большое количество рудных шлихов, связывают глинистоизвестковою водою и из густой массы выделывают кирпичи, которые по совершенной просушке разбивают на крупные куски, и в таком виде уже употребляют в плавку». В 1904 г. проф. В. Липин указывал на необходимость расширения использования брикетов прессуемых под обыкновенными кирпичеделательными прессами в брикеты любой формы и размера.

Введение в состав металлургических брикетов торфа усиливают контакт оксидов отходов с углеродом торфа и тем самым ускоряет прохождение восстановительных процессов при плавке металлов. Поэтому объединение металлургических отходов с торфом целесообразна.

Необходимость расширения производства метобрикетов обусловлена следующими обстоятельствами:

истощением месторождений богатых руд и наличием многочисленных месторождений бедных руд, требующих перед обогащением тонкого измельчения. Полученные концентраты могут быть использованы в металлургических процессах только после окускования;

наличием большого количества техногенных отходов и пылевидных материалов;

существующим дефицитом шихтовых материалов в металлургическом производстве;

необходимостью сокращения удельных затрат на производство чугуна, стали, ферросплавов, сплавов, цветных металлов, а также повышения их качества;

потребностями в брикетах с заданными свойствами на внутреннем рынке, а также возможностью их поставок на экспорт;

целесообразностью повышения безотходности производства и улучшения экологии.

Таким образом, развитие металлургии и повышение качества металлов неразрывно связано с вовлечением в производство в возрастающих количествах все более бедных источников сырьевых материалов. Для совершенствования этих видов сырья применяют многостадийные схемы обогащения, связанные с тонким измельчением руд и получением концентратов. Тонкомолотые концентраты в существующем виде не приемлемы для металлургического производства. Поэтому их необходимо оку сковывать.

Окускование — это превращение мелкозернистых материалов в кусковый продукт тремя основными методами: агломерацией, гранулированием и брикетированием.

Универсальным и достаточно эффективным методом окускования является брикетирование, которое в маломасштабном производстве в 1,3—3 раза эффективнее агломерации и гранулирования. Метод брикетирования — окускование мелкозернистых материалов путем прессования — давно применяют для производства металлургических, угольных, химических, сельскохозяйственных и других брикетов [141—150]. Однако, в настоящий период производство и применение брикетов крайне недостаточно для удовлетворения все возрастающей в них потребности. Так, если раньше брикетирование использовали только для окускования мелкозернистых материалов, то сейчас требования к брикетам резко возросли.

Поэтому, существующий уровень развития брикетирования сырьевых материалов является первым этапом развития производства брикетов. Вторым этапом развития их производства является применение брикетов для повышения качества стали и ферросплавов — конечной продукции и снижение удельных затрат на их производство путем введения в шихту для брикетирования различных легирующих, углеродных и флюсующих добавок, а также ускорителей металлургических процессов, обеспечивающих существенное повышение производительности плавильных агрегатов.

Таким образом, в настоящее время брикетирование должно решать задачи повышения качества конечного продукта и снижения удельных затрат на его производство.

В целом брикетирование руд и концентратов, а также отходов металлургического и других производств позволяет:

расширить сырьевую базу металлургии;

интенсифицировать прохождение металлургических процессов — они сокращают продолжительность плавок [151];

получить металл повышенного качества;

снизить материальные и энергетические затраты;

существенно улучшить экологию.

Особенно эффективны металлургические брикеты при электросталеплавильном и ферросплавном производстве, где они значительно сокращают расход электроэнергии. Брикетирование позволяет переходить к прямому восстановлению железа, минуя доменный процесс, особенно при использовании метобрикетов.

Общие основы брикетирования включают в себя рассмотрение сырьевой базы, технологии, оборудования и свойств метобрикетов — металлургических торфяных брикетов.

1. Сырьевые материалы для метобрикетов.

В качестве сырья для производства метобрикетов используют различные природные и техногенные материалы:

торф;

железные руды и концентраты;

различные виды горно-рудного сырья;

прокатную окалину;

пиритные огарки;

колошниковую пыль;

доменные шлаки;

шлаки цветной металлургии;

губчатое железо;

мелкие фракции ферросплавного сырья и ферросплавов;

металлосодержащие пыли;

отходы производства различных сталей и металлообработки;

молибденовые, марганцевые, никелевые, хромовые, медные руды и др.;

руды легких металлов: бокситы, нефелины, каолины, глины и др.;

красные шламы и др.

Вредными примесями в метобрикетах являются сера и фосфор, полезными — оксиды СаО и MgO и др.

Обязательными компонентами шихты метобрикетов являются добавки:

флюсующие: известь, известняк, дунит, доломит, талькомагнезит, мел, плавиковый шпат и др.;

углеродные: угли (бурые, каменные и антрациты), отходы деревообработки и др.;

легирующие, определяемые марками выплавляемой стали: руды, содержащие хром, циркон, ниобий, тантал, ванадий, иридий, азот и др., а также шлаки цветной металлургии.

Особо серьезное внимание при производстве метобрикетов обращается на выбор связующих материалов, к которым предъявляются следующие требования:

главное — обеспечивать высокую прочность метобрикетов (не менее 10 МПа);

не разрушаться при хранении, транспортировании и перевалках;

иметь высокую скорость твердения;

достаточная распространенность и низкая стоимость;

экологическая чистота.

Этим требованиям должны удовлетворять неорганические, органические и комбинированные связующие.

К неорганическим связующим, применяемым на практике, относятся:

жидкое стекло;

бентонитовые глины;

негашеная и гашеная известь (известковое молоко в чистом виде или в смеси с глиной), цементы с низким содержанием серы: портландцемент, шлакопортландцемент, бокситовый, доломитовый (каустический), каустический периклаз и др.;

гипсовые связующие при допустимых количествах сера;

тонкомолотые: чугунная стружка и губчатое железо с добавкой поваренной соли;

растворы различных солей, золи, гели;

отходы травильных ванн;

наносвязки — тонкомолотые до фракции менее 1 мкм различные природные и техногенные материалы и др.

Органические связующие включают в себя:

лигносульфонат технический (ЛСТ);

нефтесвязующие: смолы, масла, асфальтены, карбены, карбоиды, нефтяные битумы;

продукты сланцевой переработки: гуманаты, смолы, сланцевые битумы, фусы полукоксования и др.

Комбинированные связующие — это различные смеси вяжущих материалов, например, смеси гашеной извести: с хлористым магнием (кальцием), со смолами, жидким стеклом, углесодержащими отходами, с каустическим периклазом, доменным шлаком и др. К ним относят лигидные связки, представляющие собой смесь двух растворов: 50—70 % ЛСТ пл. 1,2 г/см3 и 30—50 % раствора гидрофилита CaCl2 пл. 1,2 г/см3, существенно повышающие прочность метобрикетов.

Основное преимущество добавки гидрофиллита СaCl2: низкотемпературное спекание при tпл.=7720C и высокотемпературная возгонка хлора только при температуре 1900 0C.

Особенно повышает прочность метобрикетов добавки 3—5 % наночастиц из техногенных пылей.

Состав связок определяется в каждом конкретном случае и зависит преимущественно от мест применения брикетов: домна, конвертер или электропечь.

Для доменных печей целесообразно использовать в метобрикетах цементные связки с низким содержанием серы (недопустимо применение жидкого стекла, смол, фосфатных и сульфатных связок); для конвертеров и электропечей целесообразно применение в метобрикетах связок различного состава — это жидкое стекло, нефтяные смолы, ЛСТ, органоминеральные, наносвязки, шламовые жидкие отходы, отходы травильных ванн, красные шламы и другой техноген; (цементные связки недопустимы из-за наличия водорода).

Таким образом, ассортимент связующих для металлургических брикетов очень широк. Он определяется составом заполнителей и требованиями к качеству брикетов.

В каждом конкретном случае существует своя рациональная технология производства брикетов.

Вещественные составы брикетов определяются сортаментом и технологией металлургических производств. Примерный состав брикетов следующий (мас. %): 60—70 — заполнителей, 30—40 — добавок (флюсующих, углеродных, легирующих) и 3—8 (сверх 100 %) жидких связующих материалов.

Оптимальным является применение заполнителей фракции 5—0 мм, в т.ч.

содержание фракции менее 0,063 мм—25—35 мае. %. При этом главное внимание уделяют подготовке связующих материалов:

жидкое стекло используют в количестве 3—8 % (сверх 100 %) плотностью 1,38—1,42 г/см3;

цементы — 5—20 %;

известь — в виде негашеной, пушонки, известкового молока или в комбинации с другими связующими в количестве 5—20 %;

лигносульфонат (ЛСТ) — 5—8 % (сверх 100 %) плотностью 1,21— 1,24 г/см3;

вода — 3—5 % и т. д.

2. Брикетированние мотобрикетов.

Дозировка брикетных компонентов — весовая (объемная), смешение — в обычных смесителях. Этот передел характеризуется наличием повышенного количества бункеров, что позволяет широко регулировать составы метобрикетов.

Наиболее рациональным оборудованием для производства метобрикетов являются отечественные ячеистые пресс-вальцы. В настоящее время это оборудование производит ЗАО НПО «Спайдермаш» (г. Екатеринбург) с удельным давлением прессования до 1000 МПа (10 т/см) и производительностью до 50 т/час. Подпрессовщик пресс-вальцов шнековый с плавно регулируемой подачей материала. Ячеистые пресс-вальцы снабжены компенсаторами предельных нагрузок, муфтой для регулировки схождения ячеек бандажей, устройством для регулировки усилия прижима валков (рис. 47, 48).

Характерной особенностью ячеистых пресс-вальцов является их многофункциональность:

при ячеистых бандажах методами сухого, полусухого и пластического прессования возможно изготовлять метобрикеты самого различного назначения: металлургические, угольные, керамические, химические, сельскохозяйственные и др.;

при гладких бандажах методом пластического формования — изготовлять различные ленты, а также использовать вальцы в качестве обычных двухвалковых дробилок для получения, например, фракций 3—0, 5—0, 8—0 мм и др.;

Таким образом, ячеистые прессвальцы позволяют в широком диапазоне регулировать качественные характериРис. 47. Ячеистые пресс-вальцы ЗАО стики конечной продукции.

НПО «Спайдермаш»

3. Сушка и обжиг метобрикетов.

После брикетирования для повышения прочности и удаления влаги до 0,5 % метобрикеты сушат при температуре 80—105 0С (8—16 ч.) на ленточных транспортерах, коробках в туннельных сушилах или других сушильных агрегатах.

Потребителям поставляют как безобжиговые метобрикеты так и обожженные при температуре 1200—1400 °С во вращающихся, туннельных или шахтных печах. Обожженные метобрикеты имеют высокую пористость и содержат частично восстановленный металл.

Особо важное значение имеют обожженные метобрикеты для прямого получения железа и стали, т.е. в области бескоксовой металлургии початого железа при низкотемпературном получении твердых металлизированных продуктов (окатышей, брикетов, порошков).

В метобрикетах, заменяющих чугун или лом в сталеплавильных печах, происходят Рис. 48. Металлургические процессы восстановления и науглероживания метобрикеты железа при нагреве и расплавлении, аналогичные доменному процессу [150].

Интенсивному протеканию процесса прямого восстановления оксидов железа способствует их тонкое измельчение и тесный контакт с восстановители нагревании метобрикетов происходят реакции: Fe203 + 3 СО = 2Fe + ЗСО2 и 3CO2 + 3C = 6CO.

Использование оксидожелезосодержащих отходов для производства метобрикетов, предназначенных для выплавки сталей — это реальный путь ресурсосбережения. При этом производство метобрикетов является полностью экологически чистым, безотходным и патентоспособным.

Отгрузку метобрикетов производят по техническим соглашениям навалом в железнодорожных полувагонах со съемными крышами или в контейнерах и бигбегах.

4. Технические требования к метобрикетам.

Общими требованиями к метобрикетам являются их высокая прочность — не менее 10 МПа, термостойкость — не менее 1 теплосмены, атмосфероустойчивость — менее 20 %, пористость — более 20 %.

По химическому составу в метобрикеты должно быть наименьшее содержание вредных примесей: содержание серы — не более 0,05 %, фосфора — не более 0,03 %; Si02 — не более 8 %, влажность — не более 0,5 %.

По зерновому составу метобрикеты должны быть фракции 80—10 мм, фракции менее 10 мм — не более 10 %.

Кроме общих требований к метобрикетам в ряде случаев предъявляются еще и специальные: высокие восстановимость, газопроницаемость, морозо-, водо- и атмосфероустойчивость и др. Эти требования определяются видом сырьевых материалов, технологией брикетирования и условиями последующих металлургических переделов.

Технологический модуль по производству обычных металлургических брикетов и метобрикетов разработан ГНЦ РФ ОАО «Уральский институт металлов» и внедрен на ОАО «УГМК», ЧЭМК, АО ТНК «Казхром» и многих других.

Таким образом, метобрикеты являются важной частью шихтовых материалов при производстве металлов.

Объективное развитие металлургии будет происходить в направлении увеличения производства и качества этих метобрикетов.

Поэтому, увеличение производства качественных метобрикетов является актуальнейшей задачей сегодняшнего дня.

3.6.2. Метофильтры Одним из наиболее эффективных применений торфа в металлургии является его использование для производства метофильтров. Фильтры применяют для фильтрации природных и цветных металлов для существенного повышения их качества путем уменьшения содержания в них неметаллических включений.

Метофильтры — это металлургические пористые теплоупоры с необходимы размером и объемом пор, определяемых условиями их применения и используемых для фильтрации жидких (расплавленных) металлов: черных, цветных, благородных, редкоземельных и др., а так же сплавов с целью существенного повышения их качества путем уменьшения содержания в них неметаллических включений и совершенствования структуры твердых металлов.

Технология изготовления метофильтров заключается в необходимости достижения определенного размера пор для эффективной фильтрации жидких металлов. Для этого используют многофракционные спеченные и плавленые теплоупорные материалы с добавкой торфа, способствующего формированию необходимой структуры метобрикетов после их обжига при высоких температурах — более 1600 0С.

Низкая плотность метофильтров достигается при введении в их состав торфа в самостоятельном виде и его совместным помолом с тонкомолотой составляющей теплоупоров. При обжиге метофильтров торф выгорает, что уменьшает их объемную плотность, а оставшаяся зола торфа усиливает спекание фильтров с увеличением контактов между зернами.

Выбор монофракционных материалов и состава торфа для метофильтров определяются формированием в них необходимого размера пор в зависимости от вида металла и условий фильтрации.

Для ликвидации замораживания метофильтров металлом их предварительно продувают газом или кислородом до температуры на 50—100 0С выше температуры фильтруемого металла.

Таким образом, фильтрация металлов через метофильтры позволяет практически без капитальных затрат существенно повысить качество и структуру металлов.

–  –  –

Виды теплоупоров Содержание оксидов, мас. % Марка Огнеупорность, Температура Объемная плоттеплоупоров °С применения, °С ность, г/см3

1. Корундокарбидкрем- Аl203 80, SiC 5—15 ККТ-80 1750 1700 1,0—1,3 ниевый

2. Корундопериклазовый А1203 80, MgO КПТ-80 1750 1700 1,0—1,3

3. Корундоцирконовый А12О380, Zr02 5—15 КЦТ-80 1750 1700 1,0—1,3

4. Корундотитанистый А12О380, ТiO2 5—15 КТТ-80 1750 1700 1,0—1,3

5. Корундохромитовый А1203 80, Сг203 5—15 КХТ-80 1750 1700 1,0—1,3

6. Корундобаритный А1203 80, ВаО 5—15 КБТ-80 1750 1700 1,0—1,3 Эти корундосодержащие теплоупоры также характеризуются высокой теплоупорностью и температурой применения. Поэтому их целесообразно применять в рабочих зонах футеровок.

Корундосодержащие теплоупоры можно применять для снижения массы футеровок, существенного повышения теплоизоляции и, соответственно, сокращения тепловых потерь через футеровки различных тепловых агрегатов:

чугуновозных ковшей и миксеров:

сталеразливочных и промежуточных ковшей;

конвертеров;

нагревательных печей и колодцев;

печей и ковшей цветной металлургии;

вагранок;

вращающихся печей цементной промышленности;

печей стекольной промышленности и др.

Следовательно, корундосодержащие теплоупоры имеют очень широкую область эффективного применения.

Преимущества организации производства корундосодержащих теплоупоров, как новой продукции, следующие:

при организации производства корундосодержащих теплоупоров требуются незначительные капитальные затраты. Их можно производить на существующем оборудовании;

основные сырьевые материалы, в том числе торф и добавки не являются дефицитными;

технология производства теплоупоров не отличается сложностью:

предлагаемые теплоупоры охватывают практически всю область высокоглиноземистых и шамотных теплоупоров. Поэтому область применения теплоупоров очень большая;

технико-экономическая эффективность производства и применения теплоупоров определяется их малой массой (в 1,5—2,5 раза меньше обычных теплоупоров при постоянном объеме футеровок), сокращением расхода топлива и тепловых потерь, снижением себестоимости за счет замены части корунда более дешевыми материалами и повышением качества теплоизоляции.

Таким образом, организация производства теплоупоров рентабельна и высокоэффективна.

В металлургии применение торфа не ограничивается указанными местами, а имеет более широкую область использования. Торф можно вводить в состав различных теплоизоляционных смесей и масс, экзотермических смесей, органоминеральных смазок и др. Целесообразно рассмотреть вопрос о микролегировании металлов редкоземельными элементами, содержащимися в торфе в малых количествах.

3.7. Прочие области применения торфокомпозитов В целом торф обладает очень широкой областью эффективного применения. Он является ценным химическим сырьем, из которого получают более 100 химических продуктов: краски, удобрения, лекарства, метиловый и этиловый спирт, стимуляторы роста растений, фенол, воск, парафины, молочную, уксусную, щавелевую кислоты и многие другие комплексные соединения. Так, из 1т сухого торфа можно получить (кг): 450 гуминовых кислот, 150 целлюлозы, 150 битумов, 40 воска, 20 парафинов, 45 этанола, 15 уксусной кислоты, 200 щавелевой, 5 аммиака, до 100 дегтя; 50 дубильных веществ, до 20 фенолов [6].

Кроме того торф используют для хемосинтеза новых органоминеральных веществ, упаковочных материалов, кокса, воска, кормовых дрожжей, этилового спирта, фурфулола и многих других термохимической и биохимической промышленностей. Особо важное значение имеет применение торфа для фармацевтики, фильтров, адсорбентов, получения новых химических соединений, металлорудноторфяных брикетов для металлургии и многих других.

Получаемые торфяные угли в 2—3 раза дешевле промышленных марок.

Торфяные реагенты применяют в качестве стабилизаторов буровых растворов и разжижителей строительных материалов: бетонов, кирпичей и др. с добавкой щелочи NaOH, содой Na2C03.

Грануляцию торфяных удобрений производят с аммонием, суперфосфа-том и калийными удобрениями — гранулы 3—4 мм — их сушат. Получают торфорудные брикеты.

А. Торфяные сорбенты (поглотители) — торфосорбенты.

Сорбция — процесс поглощения твердых частиц, жидкости и газа поглотителями — сорбентами. Она подразделяется на три вида:

адсорбция — процесс поглощения поверхностным слоем поглотителя — адсорбентами;

абсорбция — процесс поглощения во всем объеме поглощения во всем объеме поглотителя — абсорбентами;

хемосорбция — химический процесс взаимодействия поглощаемого вещества и поглотителя — хемосорбентами.

В торфе происходят все три вида сорбционных процессов ввиду сложного физико-химического состава торфа. Поэтому торф представляет собой комплексные эффективные сорбенты, что является его существенным преимуществом перед другими сорбентами.

Сорбционные процессы широко распространены в природных процессах — поглощением водоемами и растительностью загрязняющих веществ из воздуха и в промышленных процессах — для очистки и регенерации сложных жидких и газообразных смесей, извлечения из растворов отдельных компонентов и защиты окружающей среды от вредных выбросов [169]. Так, например, очистка торфом дымовых газов позволило увеличить содержание в торфе редкоземельных элементов.

Сорбционные свойства материалов зависят от их пористой структуры и от природы поверхности.

Пористая структура сорбентов подразделяется по величине пор на макропористые, переходные и микропористые. Торф относится к сорбентам смешанного типа, т. к. в торфе содержатся все виды пор [169].

В зависимости от природы поверхности сорбенты подразделяются на три класса:

1. Не содержащие ионы (сажа);

2. Содержащие сосредоточенные положительные заряды (Н+);

3. Содержащие сосредоточенные отрицательные заряды (О2, СО2 ).

В торфе содержатся все три вида поверхностей ввиду их сложного комплексного состава.

Торф относится к природным сорбентам гидрофильного типа с высокой сорбционной способностью — соотношение воды и сухого вещества в торфе достигает 15—25 кг/кг. Наибольшими сорбционными свойствами обладают торфы с наименьшей степенью разложения — R.

Формованная продукция сорбентов включает в себя сушку и формования торфа методом грануляции — торфа с глиной. Изменение пористости и поверхности смачивания торфа достигается его термообработкой при температуре 500—600 °С — удаляются летучие и остается твердый остаток карбонизации. Иногда температура термообработки торфа достигает 850—900 °С и активации при этой температуре: если термообработка проводилась в воздушной среде, то торф сохраняет свою гидрофильность, а если без доступа кислорода — то гидрофобность.

Преимущества торфа как исходного материала для сорбентов заключаются в его высокой пластичности с исходной влажностью, хорошо смешивается с добавками и гранулируется. Кроме того, торф дешевое и экономически выгодное сырье, а введением в его состав различных добавок позволяет широко регулировать структуру и сорбционные свойства композитов. Так набухание торфяных сорбентов наибольшее при их термообработке в воздушной среде вследствие выгорания органики.

Торфяные сорбенты являются наиболее эффективными при сборе нефтепродуктов: они характеризуются высокой степенью очистки; простотой изготовления, высокими экономическими и экологическими показателями.

Б. Торфяная вода.

Торфяная вода является ценной природной продукцией с широкой областью эффективного применения:



Pages:     | 1 | 2 || 4 |
Похожие работы:

«Э.С. Абдулаева, К.В. Хадисова СПЕЦИФИКА СОЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ МОЛОДЕЖИ И ДЕТЕЙ В РОССИИ Монография Москва УДК 316 ББК 60.5 А13 Авторы: Э.С. Абдулаева, доцент кафедры теории и технологии социальной...»

«Российская Академия Наук Институт философии И.А. Кацапова Философия права П.И.Новгородцева Москва УДК 14 ББК 87.3 К-30 В авторской редакции Рецензенты кандидат филос. наук М.Л.Клюзова доктор филос. наук А.Д.Сухов К-30 Кацапова И.А. Философия права П.И.Новгородцева. — М., 2005. — 188 с. Монография посвящена творчеству одного...»

«Казахстанский институт стратегических исследований при Президенте Республики Казахстан Альмухамедова Н.С., Каримова М.С., Жолдыбалина А.С. ЗЕМЕЛЬНАЯ ДИСКУССИЯ: ХРОНОЛОГИЯ, СОДЕРЖАНИЕ, ИТОГИ Астана, 2016...»

«НЕГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ Moscow Technological МОСКОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ Institute ИНСТИТУТ О. А. Ханчич АНИЗОТРОПНЫЕ СТРУКТУРЫ В ПОЛИМЕРАХ И ИХ ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОМ МАЛОУГЛОВОГО РАССЕЯНИЯ ПОЛЯРИЗОВАННОГО СВЕТА монография Москва УДК 541.64:539....»

«Данный файл является фрагментом электронной копии издания, опубликованного со следующими выходными данными: УДК 338.9 ББК 60.5 Е 951 Рецензенты: д.с.н. Корель Л.В., к.с.н. Черкашина Т.Ю., к.с.н. Алексеева А.Ю. Ечевская О.Г. Потреблен...»

«Институт социальных наук Иркутского государственного университета Иркутское отделение Российской социологической Ассоциации В.А. Решетников, Т.М. Хижаева Социальная реабилитация дезадаптированных детей Иркутск 2005 Всем социальным работникам, с которыми нас сталкивала жизнь. УДК 364.465 – 053.2 ББК 60.55 Р...»

«Министерство образования и науки Украины Государственное высшее учебное заведение "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Т.Н. Жужгина-Аллахвердян ФРАНЦУЗСКАЯ РОМАНТИЧЕСКАЯ ЛИТЕРАТУРА 1820-Х ГГ.: СТРУКТУРА МИФОПОЭТИЧЕСКОГО ТЕКСТА Монография Днепропетровск НГУ УДК: 82.09 (44) ББК...»

«Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Чувашский государственный университет имени И.Н. Ульянова" Актюбинский региональный государственный университет имени К. Жубанова Центр научного сотрудничества "Интерактив плюс"Образование и наука: современные тренды Серия: "Научно-методи...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" В.В. КОВАЛЕНКО А.П. РЯЗАНЦЕВ ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СПОСОБА БОРЬБЫ С ПУЧЕНИЕМ ПОРОД ПОЧВЫ В УСЛОВИЯХ УГОЛЬНЫХ ШАХТ Монография Днепропет...»

«Д. В. Зеркалов ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Монография Электронное издание комбинированного использования на CD-ROM Киев „Основа” УДК 338 ББК 65.5 З-57 Зеркалов Д.В. Продовольственная безопасность [Электронний ресурс] : Монография / Д. В. Зеркалов. – Электрон. данные.– К. : Основа, 2009. – 1 электрон....»

«Министерство образования и науки Российской Федерации ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ Г...»

«ГУ р ВОПРОСЫ СОВРЕМЕННОЙ НАУКИ Ка й ри о Монография ит Том 17 з по Ре Москва УДК 08 ББК 94 В74 Редакционная коллегия: Бабаева Ф.А., канд. пед. наук, Кернесюк Н.Л., д-р мед. наук, Беляева Н.В., д-р с.-х. наук Китиева М.И., канд. экон....»

«Т.Б.ДЛУГАЧ ПРОБЛЕМА БЫТИЯ В НЕМЕЦКОЙ ФИЛОСОФИИ И СОВРЕМЕННОСТЬ Москва УДК141 ББК 87.3 Д–51 В авторской редакци Рецензенты: доктор филос. наук В.Б.Кучевский доктор филос. наук Л.А.Маркова Длугач Т.Б. Проблема бытия в немецкой философии и современность. — М., 2002. — 000 c....»

«КОЗЛОВ А.С. УПРАВЛЕНИЕ ПОРТФЕЛЕМ ПРОГРАММ И ПРОЕКТОВ: ПРОЦЕССЫ И ИНСТРУМЕНТАРИЙ (МОНОГРАФИЯ) МОСКВА — 2010 г. УДК 005.8 ББК 65.050 К 592 Козлов А.С. К 592 Управление Портфелем Программ и Проект...»








 
2017 www.kniga.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн материалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.