Оптимізація процесу сумісного перероблення бурового шламу та фосфогіпсу

Abstract

Сумісна утилізація бурового шламу та фосфогіпсу з одержанням будівельного матеріалу є екологічно доцільною та економічно ефективною, оскільки сприяє не лише запобіганню забрудненню довкілля, а й вирішенню проблеми раціонального природокористування. Буровий шлам – відходи, що утворюється при бурінні нафтових свердловин, а фосфогіпс – відхід хімічної промисловості, що формуються у результаті виробництва концентраційної фосфорної кислоти. Однак техногенна сировина містить важкі метали, які можуть переходити у готовий продукт та вилуговуватися з нього. Ідея автора полягає в оптимізації екологічної характеристики процесу перероблення бурового шламу та фосфогіпсу. Функцією мети була визначена концентрація важких металів в екстракті з гіпсобетону, що залежить, передусім, від структурно-технологічних параметрів. Мета роботи – розв’язання задачі математичного програмування, тобто пошуку оптимального розв’язку значень факторів для процесу сумісного перероблення бурового шламу та фосфогіпсу. Математичне програмування розв’язання задачі оптимізації екологічної характеристики гіпсобетону (мінімізація концентрації важких металів в екстракті) виконувалося методом простого випадкового пошуку у середовищі програмування Borland C++ мовою програмування Сі. Установлено, що для мінімізації концентрації важких металів в екстракті з гіпсобетону необхідно дотримуватися знайдених значень таких факторів: масового співвідношення фосфогіпсового в’яжучого до бурового шламу – 2,93 од., масової частки негашеного вапна від маси фосфогіпсового в’яжучого – 0,09 од., віку гіпсобетону – від 19 діб, часу експозиції – 28 діб.

Совместная утилизация бурового шлама и фосфогипса с получением строительного материала является экологически целесообразной и экономически эффективной, поскольку способствует не только предотвращению загрязнения окружающей среды, но и решению проблемы рационального природопользования. Буровой шлам – отход, образующийся при бурении нефтяных скважин, а фосфогипс – отход химической промышленности, формируется в результате производства концентрационной фосфорной кислоты. Однако техногенное сырье содержит тяжелые металлы, которые могут переходить в готовый продукт и выщелачиваться из него. Идея автора заключается в оптимизации экологической характеристики процесса переработки бурового шлама и фосфогипса. Функцией цели была определена концентрация тяжелых металлов в экстракте из гипсобетона, что зависит, прежде всего, от структурно-технологических параметров. Цель работы – решение задачи математического программирования, то есть поиска оптимального решения значений факторов для процесса совместной переработки бурового шлама и фосфогипса. Математическое программирование решения задачи оптимизации экологической характеристики гипсобетона (минимизация концентрации тяжелых металлов в экстракте) выполнялось методом простого случайного поиска в среде программирования Borland C ++ на языке программирования Си. Установлено, что для минимизации концентрации тяжелых металлов в экстракте из гипсобетона необходимо соблюдать найденные значения таких факторов: массового соотношения фосфогипсового вяжущего к буровому шламу – 2,93 ед., массовой доли негашеной извести от массы фосфогипсового вяжущего – 0,09 ед., возраста гипсобетона – от 19 суток, времени экспозиции – 28 суток.

Joint recycling of drilling sludge and phosphogypsum with obtaining a building material is environmentally appropriate and cost-effective, as it helps not only to prevent environmental pollution, but also to solve the problem of rational nature management. Drilling sludge is a waste formed during drilling oil wells, and phosphogypsum is a waste of the chemical industry, formed as a result of the production of concentrational phosphoric acid. However, technogenic raw materials contain heavy metals that can be transformed into a finished product and leached out of it. The problem of minimizing the negative impact of pollutants is very important to reduce the risk to human health. The author's idea is to optimize ecological characteristics of drilling waste and phosphogypsum recycling process. The concentration of heavy metals in the extract of gypsum concrete was determined as the function of the target which depends primarily on structural and technological parameters. The purpose of the article is solution to mathematical programming task, i.e., finding optimal solutions for the factors values of drilling sludge and phosphogypsum recycling process. Mathematical programming solution to optimization problem of the gypsum concrete environmental characteristics (to minimize concentration of heavy metals in the extract) was performed by the method of simple random search in the Borland C ++ programming environment using C programming language. It is necessary to observe the values of such factors to minimize concentration of heavy metals in the extract of gypsum concrete. The mass ratio of gypsum binder and drilling sludge is 2.93 units, the mass ratio of quick lime and gypsum binder is 0.09 units, the age of gypsum concrete is above 19 days, exposure time is 28 days.