Переработка твердых отходов на примере стекольной промышленности

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное  государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «БЖД и промышленная экология»

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему:

 

«Переработка твердых отходов на примере стекольной промышленности»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                      Выполнила: Павлова А.В.

                                                                              студентка гр. ИЗОд-41                                                                            

                                                           Проверила: Калюкова Е.Н.

                                                                             

 

 

 

 

 

 

 

Ульяновск, 2013 г.

 

Содержание

 

Введение……………………………………………………………………………...3

1. Общие понятия о стекле………………………………………………………...5
2. Строение и свойства стекла……………………………………………………7
3. Виды стекол…………………………………………………………………...12
4. Производство стекла в России………………………………………………18
2. Утилизация и использование стекла………………………………………….22

2.1. Вторичная переработка  стекла. История, отечественный и  зарубежный опыт вторичного использования…………………………………………………..22

2.2. Вторичное использование  стеклотары и стеклобоя…………………………25

2.3. Утилизация стекла для производства  стройматериалов…………………….29

Заключение………………………………………………………………………….33

Литература………………………………………………………………………......35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Стекло известно человеку с древнейших времён, были найдены археологами предметы различные украшения, амулеты из природного вулканического стекла в различных местах земного шара. 

Различные виды стёкол используется во всех сферах человеческой деятельности: от строительства, изобразительного искусства, оптики, медицины — до измерительной  техники, высоких технологий и космонавтики, авиации и военной техники. Изучается  физической химией и другими смежными и самостоятельными дисциплинами.

Отходы стекла представляют в различных странах 28-38% всех бытовых  отходов. Кроме того значительные отходы стекла образуются на самих стекольных заводах и в строительстве.

В настоящее время некоторые  фирмы для производства стеклотары используют 90% стеклянного боя. В  США и Канаде построено более 30 экспериментальных дорог с использованием более 50% стеклобоя в качестве заполнителя. Эта добавка улучшает торможение и увеличивает долговечность  дорог. Значительное применение отходы стекла нашли в производстве отделочных стеклянных материалов и изделий, а  также блочного и гранулированного пеностекла. Отходы шлифования стекла применяются в качестве кремнеземистого  компонента для замены молотого песка  при производстве автоклавных силикатных изделий. Отходы камнедобычи и камнепиления представляют собой наиболее значительные по объему по сравнению с другими  отходами промышленности. Использование  их в производстве изделий из каменных расплавов является важным направлением рационального их применения. На металлургических заводах стран СНГ ежегодно образуется более 90 млн.т доменных шлаков. Значительная часть их используется в производстве шлакопортландцемента. Вместе с тем  имеются большие резервы неиспользуемых шлаков, которые находят и имеют  большие перспективы для использования  их в производстве изделий из каменного  литья: шлаковой пемзы, шлакового щебня, шлаковаты, шлакосиликатов [12].

Актуальность темы реферата обусловлена тем,  что процесс  переработки готового стекла более  энергоэффективен по сравнению с  производством нового стекла из первичных  материалов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Общие понятия о стекле

Стекло — вещество и  материал, один из самых древних  и, благодаря разнообразию своих  свойств, — универсальный в практике человека. Физико-химически — неорганическое вещество, твёрдое тело, структурно — аморфно, изотропно; все виды стёкол при формировании преобразуются в агрегатном состоянии — от чрезвычайной вязкости жидкого до так называемого стеклообразного — в процессе остывания со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации расплавов, получаемых плавлением сырья (шихты) [10]. Температура варки стёкол, от 300 до 2500 °C, определяется компонентами этих стеклообразующих расплавов (оксидами, фторидами, фосфатами и др.).  Прозрачность (для видимого человеком спектра) не является общим свойством для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол.

Стёкла образуются в результате переохлаждения расплавов со скоростью, достаточной для предотвращения кристаллизации. Благодаря этому  стёкла обычно длительное время сохраняют  аморфное состояние. Неорганические расплавы, способные образовать стеклофазу, переходят  в стеклообразное состояние при  температурах ниже температуры стеклования T (при температурах свыше T аморфные вещества ведут себя как расплавы, то есть находятся в расплавленном состоянии).

Стекло может быть получено путём охлаждения расплавов без  кристаллизации. Практически любое  вещество из расплавленного состояния  может быть переведено в стеклообразное состояние. Некоторые расплавы (как  то — отдельных стеклообразующих веществ) не требуют для этого быстрого охлаждения. Однако некоторые вещества (такие как металлосодержащие расплавы) требуют очень быстрого охлаждения, чтобы избежать кристаллизации. Так, для получения металлических стёкол необходимы скорости охлаждения 105—106 К/с. Стекло может быть получено также путём аморфизации кристаллических веществ, например бомбардировкой пучком ионов, или при осаждении паров на охлаждаемые подложки.

Тогда как значение свойства жидкости (и стабильной, и метастабильной) обусловлено лишь её составом, температурой и давлением, значение свойства неравновесной  жидкости или стеклообразного вещества зависит ещё и от структурного состояния. В данном случае заманчиво  описывать структуру произвольной жидкости единым параметром. Вследствие того весьма широкое применение у  специалистов в области стекла получил  предложенный А. Тулом  способ описания структурного состояния стеклообразного вещества посредством характеристики так называемой структурной температуры T (fictive temperature), то есть такой, при которой исследуемое стекло с заданной структурой находится в равновесном состоянии[5]. Впоследствии выявилась практическая невозможность описания стеклообразного состояния одной величиной структурной температуры и необходимость применения целого спектра таких температур  . В настоящее время наряду с релаксационной трактовкой стеклование аморфных веществ объясняется формированием при охлаждении достаточного количества межатомных связей, придающего веществу твердотельные свойства, причем выявлено не только изменение Хаусдорфовой размерности системы связей от фрактальной к трехмерной , но также формирование фрактальных структур при стекловании [2].

Вязкость аморфных веществ — непрерывная функция температуры: чем выше температура, тем ниже вязкость аморфного вещества. Обычно расплавы стеклообразующих веществ имеют высокую вязкость по сравнению с расплавами нестеклообразующих веществ.

Стёкла, в частности благодаря  полимерному строению обладают способностью к гетерогенности. Полимерность стёкол в стеклообразном состоянии придаёт им индивидуальные качества, определяющие, в зависимости от характера этих структурных образований, степень прозрачности и других свойств стёкол. Присутствие в составе стекла соединений того или иного химического элемента, оксида металла, может влиять его окраску, степень электропроводности, и другие физические и химические свойства.[5]

 

1.2. Строение и свойства  стекла

Свойства стекла определяются прежде всего, составом входящих в него оксидов. Главными стеклообразующими  оксидами являются оксиды кремния, фосфора  и бора, в соответствии с чем  стекла называют силикатными, фосфатными или боратными.[5]. Подавляющее большинство  промышленных стекол является силикатными. Фосфатные стекольные расплавы применяют  в основном для производства оптических, электровакуумных стекол, боратные –  для специальных видов стекол (рентгенопрозрачных, реакторных и  др.). Смешанные боросиликатные стекла применяют для изготовления оптических и термически устойчивых стеклоизделий.

Химический состав стекол в значительной степени влияет на их свойства. Строительное стекло содержит 71,5 – 72,5 % SiO2, 1,5 – 2 % Al2O3, 13 – 15 % Na2O, 6,5 – 9 % CaO, 3,8 – 4,3 % MgO и незначительное количество других оксидов (Fe2O3, K2O, SO3). Увеличение содержания оксидов Al2O3, CaO, ZnO, B2O3, BaO повышает прочность, твердость, модуль упругости  стекла и снижает его хрупкость. Повышенное содержание SiO2,Al2O3, B2O3, Fe2O3 увеличивает  теплопроводность. Оксиды щелочных металлов, а так же CaO, BaO повышают температурный  коэффициент линейного расширения, а SiO2, Al2O3, ZnO, B2O3, ZrO2 уменьшают его. Введение в состав стекла оксида свинца взамен части SiO2 и Na2O вместо K2O приводит к повышению  блеска и световой игры, что позволяет  получать хрустальные изделия. Добавки  фторидов и пятиокиси фосфора  уменьшают светопрозрачность стекол, позволяют получать «глушенные», непрозрачные стеклоизделия[6]. Таким образом, варьирование химического состава стекол позволяет  изменить их свойства в нужном направлении  в соответствии с областью их использования.

Стекло как строительный материал обладает целым рядом ценных качеств, не свойственных другим материалам, и прежде всего, светопрозрачностью при высокой плотности и прочности, в связи с чем оно является незаменимым материалом для светопроемов[4].

Плотность обычного строительного  стекла составляет 2,5 т/м3. С увеличением  содержания оксидов металлов с низкой молекулярной массой (B2O3, LiO2) плотность  стекла понижается до 2,2 т/м3, с увеличением  содержания оксидов тяжелых металлов (свинца, висмута и др.) плотность  повышается до 6 т/м3 и более.

Прочность при сжатии стекла достигает 700 – 1000 МПа, прочность при  растяжении значительно ниже – 30 – 80 МПа. Прочностные показатели изделий  из стекла зависят не только от состава, но и от целого ряда других факторов: способа получения, режима тепловой обработки, состояния поверхности, размеров изделия. Низкая прочность  стекла при растяжении и изгибе обусловлена  наличием на его поверхности микротрещин, микронеоднородностей и других дефектов. Теоретическая прочность стекла при растяжении, рассчитанная различными способами, достигает 10000 МПа.[7].

Для повышения прочности  стекол применяют различные технологические  приемы: повышение температуры отжига, закалку, травление и комбинированные  методы, покрытие поверхности различными пленками, микрокристаллизация, армирование, триплексование и др. При травлении  стекла плавиковой кислотой происходит растворение поверхностного слоя и  удаление наиболее опасных дефектов, в результате чего прочность стекла повышается в 3 – 4 раза и более. Закаливание  отожженных стекол увеличивает прочность  в 4 – 5 раз. Комбинированные способы  закалки и травления позволяют  значительно повысить прочность  стекла (до 800 – 900 МПа). Упрочнение стекла после травления путем нанесения  силиконовой пленки приводит к повышению  прочности стекла в 5 – 10 раз.

Термохимический способ упрочнения стекол заключается в закалке  с последующей обработкой кремнийорганической  жидкостью, что позволяет получить закаленное стекло с защитной кремнекислородной пленкой и прочностью при изгибе до 550 – 570 МПа.

На прочность стекла при  растяжении и изгибе в значительной мере влияет размер изделия. Так, прочность  на растяжение стеклянного волокна  диаметром 10-3 мм достигает 200 – 500 МПа, что значительно выше показателей  для массивного стекла. Воздействие  длительных нагрузок снижает прочность  стекла примерно в 3 раза, после чего значение этого показателя стабилизируется. Наступает так называемое явление  усталости стекла, которое обусловлено  влиянием окружающей среды, и прежде всего воды. Прочность стекла изменяется с изменением температуры. Стекло имеет  минимальную прочность при +2000С, максимальную при – 2000С и +5000С. Увеличение прочности при понижении температуры  объясняют уменьшением действия поверхностно-активных веществ (влаги), а при высоких температурах (до 5000С) возможностью появления пластических деформаций.

Модуль упругости стекол лежит в пределах 45000 – 98000 МПа. Отношение  модуля упругости к прочности  при растяжении (Е/Rp) – так называемый показатель хрупкости стекла – достигает 1300 – 1500 (у стали он составляет 400 – 450, у резины – 0,4 – 0,6). Чем больше показатель хрупкости материала, тем  при меньшей деформации напряжение в материале достигает предела  прочности[8].