Экологические проблемы стекольного производства

Экологические проблемы стекольного производства

 

Содержание

 

 

Введение

 

Виды стекол

 

Технологический процесс создания стекла

 

Расчет границ санитарно-защитной зоны предприятий, создающих стекольные изделия

 

Вторичная переработка стекла. История переработки. Отечественный и зарубежный опыт вторичного использования

 

История ОАО «Солстек»

 

 Контроль воздухоохранной деятельности ОАО «Солстек»

 

 Заключение

 

Список литературы

 

 

Введение

 

 

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). 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 для всех видов существующих как в природе, так и в практике стёкол.

 

Долгое время первенство в открытии стеклоделия признавалось за Египтом, чему несомненным свидетельством считались глазурованные стеклом фаянсовые плитки внутренних облицовок пирамиды Джессера (27ой век до н. э.); к ещё более раннему периоду (первой династии фараонов) относятся находки фаянсовых украшений, то есть стекло существовало в Египте уже 5 тысяч лет назад. Археология Двуречья, в особенности -- Древних Шумера и Аккада, склоняет исследователей к тому, что немногим менее древними образцом стеклоделия следует считать памятник, найденный в Месопотамии в районе Ашнунака -- цилиндрическую печать из прозрачного стекла, датируемую периодом династии Аккада, то есть возраст её -- около четырёх с половиной тысяч лет. Бусина зеленоватого цвета диаметром около 9 мм, хранящаяся в Берлинском музее, считается одним из древнейших образцов стеклоделия. Найдена она была египтологом Флиндерсом Питри около Фив, по некоторым представлениям ей пять с половиной тысяч лет. Н.Н. Качалов отмечает, что на территории Старовавилонского царства археологи регулярно находят сосудики для благовоний местного происхождения, выполненные в той же технике, что и египетские. Учёный утверждает -- есть все основания считать, «что в Египте и в странах Передней Азии истоки стеклоделия… отделяются от наших дней промежутком приблизительно в шесть тысяч лет».

 

 Изучающие историю происхождения этого материала когда-нибудь придут к единому мнению и относительно места -- Египет, Финикия или Месопотамия, Африка или Восточное Средиземноморье и т. д., -- и относительно времени -- «около 6 тысяч лет назад», но характерную для феноменологии естествознания черту -- «синхронность открытий», можно наблюдать по некоторым признакам и в данном случае, причём не имеет большого значения разница даже в сотни лет, в особенности, когда в реконструируемом способе варки стекла прослеживаются существенные различия. Основу научного подхода к исследованию и варке стёкол положил Михаил Васильевич Ломоносов. Учёным были проведены первые технологически систематизированные варки более 4 тысяч стёкол. Лабораторная практика и методические принципы, которые он применял, мало чем отличаются от считающихся в настоящее время традиционными, классическими.

 

В настоящее время разработаны материалы чрезвычайно широкого, поистине -- универсального диапазона применения, чему служат и присущие изначально (например, прозрачность, отражательная способность, стойкость к агрессивным средам, красота и многие другие) и не свойственные ранее стеклу -- синтезированные его качества (например -- жаростойкость, прочность, биоактивность, управляемая электропроводность и т. д.). 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.

 

Виды стекол

 

 

В зависимости от основного используемого стеклообразующего вещества, стекла бывают оксидными (силикатные, кварцевое, германатные, фосфатные, боратные), фторидными, сульфидными и т. д.

 

Базовый метод получения силикатного стекла заключается в плавлении смеси кварцевого песка (SiO2), соды (Na2CO3) и извести (CaO). В результате получается химический комплекс с составом Na2O*CaO*6SiO2.

 

Кварцевое стекло получают плавлением кремнезёмистого сырья высокой чистоты (обычно кварцит, горный хрусталь), его химическая формула -- SiO2. Кварцевое стекло может быть также природного происхождения (см. выше --кластофульгуриты), образующееся при попадании молнии в залежи кварцевого песка (этот факт лежит в основе одной из исторических версий происхождения технологии).

 

Кварцевое стекло характеризуется весьма малым коэффицинтом температурного расширения и потому его иногда используют в качестве материала для деталей точной механики, размеры которых не должны меняться при изменении температуры. Примером служит использование кварцевого стекла в точных маятниковых часах.

 

Оптическое стекло -- применяют для изготовления линз, призм, кювет и др.

 

 

Технологический процесс создания стекла

 

 

Стекло - это аморфный изотропный материал, получаемый переохлаждением расплавов неметаллических оксидов и бескислородных соединений. Материалами, склонными к переохлаждению и к переходу в стеклообразное состояние, являются главным образом силикаты, бораты, фосфаты.

 

Производство стекла складывается из подготовки сырьевых материалов, смешивания этих материалов и приготовления однородной шихты, варки, формования и отжига стекла. В некоторых случаях требуется химическая, механическая и термическая обработка отформованных изделий. Характерной особенностью технологии стекла является общность методов подготовки сырья, составления шихты и стекловарения для различных производств; это обстоятельство позволяет рассматривать общие закономерности поступления загрязняющих веществ в окружающую среду на примере практически любого типичного предприятия отрасли.

 

Сырьевые материалы, применяемые в производстве стекла, делятся на главные стеклообразующие и вспомогательные материалы. Наряду с главными стеклообразующими для варки хрустальных стекол и хрусталя применяют оксид свинца PbO (от 10% в малосвинцовом стекле до 80% в свинцовом хрустале по массе), который вводят в стекло в виде свинцового сурика Pb3O4 (тяжелый порошок светло-красного цвета) или реже свинцового глета PbO (тяжелый порошок темно-желтого цвета). Оксид свинца также применяют для получения ювелирных стекол, силикатных обжиговых красок и эмалей для стекла и керамики. Некоторое количество соединений свинца в виде примесей основных сырьевых материалов.

 

Варка стекла осуществляется при температурах около 1400-1450оС, осветление и гомогенизация - при 1500о, остудка - при 1200о. При этих температурах происходит интенсивное выделение компонентов шихты, поступающих с отходящими газами в атмосферных воздух.

 

На основании результатов экспериментальных исследований и оценки материального баланса свинца в производстве можно заключить, что потери свинцовых соединений при варке в газопламенных печах составляет 8-10%, а при варке в электрических печах с ручной выработкой и газоотапливаемыми выработочными бассейнами - 2-5,7%, для электрических печей с электрообогреваемыми выработочными устройствами с индивидуальными наборными ячейками - 1-2%.

 

Условно общие потери соединений свинца в производстве свинцовых стекол и хрусталя можно представить в виде нескольких составляющих, отнесенных к нескольким операциям и процессам:

 

 · приготовления шихты в составном цехе,

 

 · транспортировки и загрузки в печь,

 

 · поступления в воздух рабочей зоны свинца через смотровые, наборные окна, загрузочные проемы и др.,

 

 · стекловарения с последующими залипанием на сводах и стенах в полости печи, а также конденсацией и осаждением пылевидных частиц отходящих газов в регенераторах, дымоотводных каналах и трубах,

 

 · выброса в атмосферу,

 

 · выщелачивания из готовых изделий в ходе механической или химической обработки,

 

 · отбраковки (со стеклобоем).

 

Отметим, что указанные потери вносят вклад соответственно в формирование потоков соединений свинца, поступающих в атмосферный воздух как от организованных (через трубы составных и стекловаренных цехов), так и неорганизованных источников (производственные корпуса и промплощадка в целом). То же можно сказать и о сбросах соединений свинца (в канализацию и с поверхностным стоком с территории предприятия). Не исключена также вероятность поступления некоторой части оксидов свинца с просыпями на полигон в составе твердых отходов предприятия.

 

 

Расчет границ санитарно-защитной зоны предприятий, создающих стекольные изделия

 

 

Санитарно -- защитная зона является обязательным элементом любого промышленного предприятия и других объектов, которые могут быть источниками химического, биологического или физического воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

 

Санитарно защитная зона -- территория между границами промышленной площадки, складов открытого и закрытого хранения материалов и реагентов, которые могут быть источниками химического, биологического и физического воздействия на окружающую среду и здоровье человека.

 

Для объектов, их отдельных зданий и сооружений с технологическими процессами, являющимися источниками формирования производственных вредностей в зависимости от мощности, условий эксплуатации, концентрации объектов на ограниченной территории, характера и количества выделяемых в окружающую среду токсических и пахучих веществ, создаваемого шума, вибраций и других вредных физических факторов, а так же с учетом предусматриваемых мер по уменьшению неблагоприятного влияния их на окружающую среду и здоровья человека при обеспечении соблюдений требований гигиенических нормативов в соответствии с санитарной классификацией предприятий и объектов устанавливают следующие минимальные размеры санитарно-защитных зон:

 

 − предприятие первого класаа-2000м

 

 − предприятие второго класса-1000м

 

 − предприятие третьего класса-500м

 

 − предприятие четвертого класса-300м

 

 − предприятие пятого класса-100м

 

Завод по производству листового стекла является предприятием пятого класса.

 

Согласно санитарным нормам проектирования промышленных предприятий (СН 245-71) производства, выделяющие вредные выбросы, отделяют от жилых районов санитарно-защитными зонами. В зависимости от характера и количества выделяемых вредных веществ установлено пять классов санитарно-защитной зоны шириной от 1000 до 50 м.

 

Размеры санитарно-защитной зоны (СЗЗ), м, установленные в Санитарных нормах проектирования промышленных предприятий, как и возможные отступления от этих размеров в проектах, должны проверяться расчетом загрязнения атмосферы в соответствии с требованиями ОНД-86 с учетом перспективы развития предприятия и фактического загрязнения атмосферного воздуха.

 

Учитывая значительную пространственную изменчивость розы ветров, особенно в условиях сложного рельефа, речных долин, вблизи морей, озер и т.п., при использовании справочных данных следует согласовывать принятую розу ветров с УГКС Госкомгидромета по месту расположения предприятия.

 

В результате расчета рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе от производства листового стекла можно сказать, что в целом производство вносит незначительный вклад в загрязнение атмосферного воздуха и, следовательно, является не опасным для окружающей его среды, а так же для близ лежащих населенных пунктов. Значения приземных концентраций в долях ПДК не превышают норм, даже с учетом фоновых.

 

Выделяющиеся при сжигании в стекловаренной печи загрязняющие вещества не имеют эффекта суммации.

 

Однако существующие процессы все же можно модернизировать и тем самым свести к самому минимуму все возможные вредные выбросы и сбросы при производстве листового стекла.

 

При разработке новых или оптимизации существующих технологий производства стекла необходимо решать следующие задачи промышленной экологии:

 

1. Разработка надежного и эффективного контроля за состоянием биосферы как результата взаимодействия литосферы, гидросферы и атмосферы с подсистемами производства стекла.

 

2. Разработка безотходных или малоотходных технологий производства стекла, производящих конечный продукт с минимальными или нулевыми отходами (выбросами).

 

3. Создание новых видов оборудования и технологических процессов, обеспечивающих комплексное и рациональное использование сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.

 

4. Создание технологии для утилизации отходов производства, образующих вторичны материальные ресурсы.

 

5. Разработка специальных средств защиты воздушной среды от пылегазовых выбросов вредных веществ и тепловых загрязнений.

 

6. Модернизация существующего оборудования и технологических процессов с учетом требований промышленной экологии.

 

Заводы по производству листового стекла загрязняют окружающую среду в малых количествах. В процессе производства образуются следующие отходы:

 

Твердые отходы: стеклобой, пыль при транспортировке шихты, отходы от упаковочных материалов, порошковые отходы цехов обработки стекла, отходы огнеупорных материалов печей и др.,

 

Газообразные выбросы: продукты сгорания природного газа, содержащие СО2 и No2, потоки стекловарения и подготовки шихты и др.,

 

Сточные воды: от моечной машины, водные суспензии с пылью шихты и т.д.,

 

Токсичные растворы и выбросы: испарения расплава олова.

 

А так же при работе автопогрузчика и машин для вывоза готовой продукции образуются выхлопные газы.

 

Во всем мире ведутся интенсивные поисковые работы в направлении « улучшения» сырья. Предлагается традиционные материалы заменять более химически активными, менее тугоплавкими и летучими (бораты, силикаты, щёлочи). В результате уменьшается температура взаимодействия и ускоряется силикатообразование. Это особенно важно, если в состав стекла входят компоненты высоких классов токсичности. Для снижения температуры стеклообразования предложены синтетический силикат и искусственный продукт, заменяющий соду. Последний представляет собой силикат натрия, модифицированный небольшим количеством оксидов титана и железа. Все это может значительно снизить вред, наносимый стекольным производством окружающее среде.