Барьерный разряд реализуется  при атмосферном давлении и  потому экономически выгоден, так как не требует средств откачки, что упрощает технологический процесс. Барьерный тип  характеризуется с одной стороны сравнительно высокой  энергией электронов (4 – 5 эВ), а с другой – низкой температурой газа, которая близка к температуре электродов. При этом энергия, вложенная в разряд, выделяется в короткоживущих, мало интенсивных искрах – микроразрядах [11]. Сочетание всех этих условий делает барьерный разряд эффективным для осуществления многих реакций: получение озона, проведение органических и неорганических синтезов, реакций полимеризации [16].

    Одним  из главных недостатков плазмохимического  метода очистки газообразных отходов является образование побочных продуктов, в частности озона и оксидов азота.

    Для повышения эффективности процесса был разработан реактор для более полной переработки отходящих газов производств.

      Реактор представляет собой два  коаксиальных цилиндра, один из  которых (внешний) выполнен из молибденового стекла (диэлектрический барьер), а второй (внутренний электрод) – из алюминиевого сплава.  Разряд возбуждается от высоковольтного трансформатора (50 Гц, 16 кВ). Удельная мощность, подводимая к реактору, составляет 0.22 Вт/см³.

    Катализатор с размерами гранул 1.0 – 1.6 мм количестве 0.4 г располагался в зоне плазмы и занимал определенную долю плазменного объема путем фиксации его фторопластовыми кольцами с отверстиями для обеспечения потока газовой смеси.

    Выходящий из разрядника газ анализировался в  хроматографе (СО, СО₂) и отбирался в поглотительные сосуды (SO₂, NO_x), концентрация веществ определяется по стандартным методикам. Концентрация озона, образующегося в результате возбуждения разряда при обработке газовой смеси, определяется методом абсорбционной спектроскопии по поглощению света на длине волны (λ = 253,7 нм), приходящуюся на максимум сечения фотопоглощения О₃ (σ = 7,8 · 10^-18 см) [11].

    Температура газа в условиях эксперимента температура  не превышала 80 ºС [11].

    В результате кинетического степень  превращения СО  в гелии в  плазме барьерного реактора в СО₂ достигает 60 – 80 % [16].

    Количество  озона, обращающегося в плазме воздуха (2,5 · 10¹⁶ см^-3), в среднем в 40 раз больше, чем в исследуемой газовой смеси. Среднее (для всех значений дозы плазменного воздействия) изменение концентрации озона, связанное с его расходованием на реакции окисления СО и SO₂, равно 1,93 · 10¹⁶ см^-3. Следовательно расход О₃ на окисление СО и SO₂ составляет 97 %.

    Совокупность  полученных данных позволяет, что имеется  возможность создания таких условий плазменного окисления газовой смеси, при которых степень превращения SO₂ составит на менее 98 %, а СО – не менее 44 % [11].

    Совместные  действия неравновесной плазмы на газовые  смеси с активационными возможностями катализатора может дать выигрыш энергии, скорости процесса и степенях превращения указанных ингредиентов.

    В качестве катализаторов, способствующих ускорению окисления оксидов серы и углерода в воздушной среде, в зону плазмы вводились промышленные катализаторы следующих марок: V₂O₅ · K₂O/SiO₂, КДА + 1 % RuO₂, G-56 (Ni), JCJ 22-6 (CuO, ZnO/Al₂O₃), SK “C-2” (БАСФ, V₂O₅, Pd) [11]. Они используются в промышленности при высокой температуре (выше 400 ºС). Выбор катализаторов обусловлен тем, что в окислительных процессах стабильно работают катализаторы, активными составляющими которых являются металлы платиновой группы (Pt, Pd и др.). Однако из-за дефицитности и дороговизны этих металлов, практически безвозвратные их потери являются причинами поиска катализаторов, работающих на основе более доступного и дешевого сырья, содерхащих в своем составе оксиды хрома и алюминия железа и алюминия, меди и марганца, меди и хрома [16].

    Для обезвреживания SO₂ плазменно-каталитическим методом характерно уменьшение объема плазменной зоны по сравнению с плазменным, т.е. повышается эффективность процесса, а влияние катализатора на конверсию СО менее эффективно (при использовании некоторых катализаторов даже снижается эффективность).

    Концентрация  озона в плазменно-каталитическом процессе ниже, чем а плазменном, не зависит от времени контакта, и продолжает оставаться выше ПДК в несколько раз. Для деструкции озона используется марганец-цементный катализатор марки ГТТ, не содержащий благородных металлов. Степень его превращения составляет 75 – 95 % при высоких скоростях и до 99 % при низких. Диапазон рабочих температур катализатора составляет 25 – 110 ºС [16].

    Известно, что возбуждение барьерного разряда  в воздухе сопровождается образованием оксидов азота. Их концентрации на выходе из реактора при обработке газовой смеси составляют NO – 10.9 мг/м³; NO₂ – 333.57 мг/м³. Введение V₂O₅ · K₂O/SiO₂ в зону плазмы не влияет на изменение NO на выходе из реактора. При высокой дозе плазменного воздействия (0.6 мА · с/см²) и максимальном времени контакта газовой смеси с зоной плазмы выход NO_x, а эффективность превращения СО и SO₂ максимальна.

    В результате применения реактора достигаются  следующие результаты [11]:

• степень превращения SO₂ не менее 90 %;
• СО – не менее 44 %;
• Минимальный выход нежелательных побочных продуктов (NO_x, O₃).

6. Утилизация  отходов металлургических  производств

    Переработка руд черных и цветных металлов, их обогащение, литье, прокат, металлообработка – источник  колоссального количества отходов.

    Задача  комплексного использования отходов  в металлургии – рациональная полнота извлечения основных и сопутствующих элементов, утилизация отходов добычи, обогащения руд без нанесения урона окружающей среде. Кроме этого металлургия является весьма земле- и водоемкой отраслью [11]. Несмотря на наличие технологий извлечения ценных попутных компонентов из железной руды на большинстве комплексных месторождений, полезные материалы сбрасываются в отвалы. Среди ценных компонентов руд черных металлов (Fe, Mn, Cr) встречаются W, Ti, Co, Ni, Zn, Cu, редкие металлы [11]  При обогащении и обработке руд большое количество отходов при соответствующей обработке может стать товарными продуктами. Часто в попутно извлекаемой породе (особенно при открытом способе добычи) содержатся многие нерудные полезные ископаемые, среди них [10, 11]: мел, пригодный для известкования почв и наполнителя при производстве красок; сланцы для изготовления щебня; глины и суглинки – сырье для фаянсовой промышленности и изготовления технической керамики, эмалей, цветного стекла; кварцевые пески для стекольной промышленности; мергель, являющийся сырьем для изготовления извести и цемента; граниты и гнейсы.

    Во  всех металлургических процессах образуется значительное количество пыли, которую необходимо улавливать и утилизировать с целью извлечения содержащихся в них металлов и поддержания необходимого уровня охраны окружающей среды.

    Для этого применимы системы сухого и мокрого пылеулавливания. Основная проблема при улавливании металлургической пыли – повышенное содержание цинка и свинца, которые нарушают процессы пылеулавливания и собственно выплавки.

    Отходы  металлургических производств можно условно подразделить на 2 группы:

5. Отходы черной металлургии.
6. Отходы цветной металлургии.

6. 1. Черная металлургия

    Отходы  в черной металлургии образуются уже на стадии добычи руды. При этом около 70 % [индустри] вскрытых пород и отходов обогащения можно использовать для производства строительных материалов.

    Агломерационные производства также дают большой  процент отходов. Так очистка  агломерационных газов от пыли, которая  содержит железосодержащий компонент осуществляется сухим или мокрым способом. Очистка газа с использованием электрофильтров и способ сухой транспортировки сорбируемой пыли позволяет устранить почти полностью сброс сточных вод.

    Важным  шагом использования шламов, содержащих железо и улавливания всеми способами пыли является присадка этих шламов к агломерационной шихте. Кроме того, необходимо, чтобы все шлаки и пыль, улавливаемые всевозможными способами полностью утилизировались по прямому назначению. Из мировой практики известно, что в ряде стран Европы пыль из рукавных фильтров ферроплавленных печей используется для выплавки углеродистого ферромарганца. Применяется также пыль магнетизирующего обжига железоборитовой руды на одном из производств Европы. Пыль аморфного кремнезема, который получается как отход ферросилиция, можно применять при получении ряда пластических масс в качестве наполнителя.

    В черной металлургии применяется  большое количество огнеупорных  материалов, которые сравнительно быстро изнашиваются. Поэтому для того, чтобы использовать их повторно, предложена технология применения этих изношенных состарившихся огнеупорных материалов в производстве огнеупорного бетона в строительной отрасли производства. Для этого огнеупорные состарившиеся материалы дробятся, а затем смешиваются с высокими марками цемента, и замешивается обычный цементный раствор в 2-х лопастном смесителе Вернера-Пфлейдерера. Раздробленные огнеупорные материалы служат наполнителем в таком строительном растворе. Из полученного раствора формуется огнеупорный бетон или отдельные огнеупорные изделия.

    В металлургическом производстве 80% от общего количества ТПО составляют шлаки. Шлаки определяют практически сущность организации безотходного металлургического производств. Доменный шлак широко применяется для массового производства широкого ассортимента строительных деталей (блоков, плит и т.п.). Главными товарными изделиями для реализации из ТПО металлургии являются следующие (в процентах)[нидустри]:

1. Различные виды гранулированного шлака - 54,
2. Щебень - 35,
3. Шлаковая пемза - 3,6,
4. Обратный продукт для металлургии - 4.

    В значительной степени используются и перерабатываются доменные шлаки. Все нормальные серьезные металлургические производства имеют участки по переработке  доменных шлаков. Особенно важным товарным продуктом, получаемым на основе доменных шлаков, есть гранулированный шлак. У нас в 90-х годах около 30% цемента производилось на основе шлаков. При условии введения в шихту до 30% шлака энергетические затраты на производство особых видов шлакоцемента снижается на 20%.

    Широко  применяется шлак для получения такого продукта, как шлаковая пемза. Шлаковая пемза используется как пенистый наполнитель ряда конструкционных бетонов. При этом старение таких бетонов в отличие от наполнителей на основе синтетических полимерных материалов не сопровождается выделением каких-либо продуктов синтетической химии. Тяжелые фракции шлаковой пемзы применяются для получения минеральной ваты. Шлаковый щебень, получаемый медленным охлаждением шлака, способствует образованию кристаллической структуры. Щебень получается из жидких шлаков, из остывших шлаков и из отвалов. Широкое применение шлакового щебня позволяет избежать строительства новых карьеров. В металлургических производствах работают установки по производству минеральной ваты из огненно-жидких шлаков. Использование жидких шлаков позволяет не только экономить сырье, но и снизить энергетические затраты. Трудоемкость производства минеральной ваты на основе жидких доменных шлаков ниже, чем изделий из щебня. За последние десятки лет возросла переработка шлаков сталеплавильного производства.  

    Конвертерные  шлаки, содержащие 40-50% CaO; 25% Fe₂O₃; 8% MnO₂; ~ 8% Fe используются для выплавки чугуна в аглошихте. Это восстанавливает имеющееся в шлаках содержание марганца, а дополнительное металлическое железо позволяет уменьшить потребность во флюсе. В 90-е годы возросла переработка ферросплавных шлаков. Они перерабатываются на оборотный продукт для металлургии, для производства щебня, гранулированного шлака для стройиндустрии. При переработке шлаков из них извлекаются металлические включения различными способами в том числе магнитными сепараторами.

    Ферросплавные шлаки, содержащие значительный процент  ценнейших элементов и большой  процент железа целесообразно использовать в самой металлургии. Использование  при выплавке чугуна, содержащего существенный процент углерода, шлаков ферросилиция, смеси силикатов – 40 –  60 %; корольков – 30 – 45 %; и карбида кремния от 3 до 16 % позволяет существенно увеличить производительность доменной печи и снизить расход кокса, при одновременном уменьшении расхода кварцита.