Проблема утилизации и переработки промышленных отходов

• . Конверсия отходов в воздушной среде;
• . Конверсия отходов в водной среде;
• . Конверсия отходов в паро-воздушной среде;
• . Пиролиз отходов при малых концентрациях.

  Выбор того или иного способа переработки, возможность вариаций по количественному  соотношению реагентов позволяют  оптимизировать работу установки для  широкого спектра отходов по их химическому  составу.

  4. Разработка малоотходных  и безотходных  технологий и методов комплексного использования отходов промышленности

  Важность  экономного и рационального использования  природных ресурсов не требует обоснований. В мире непрерывно растет потребность  в сырье, производство которого обходится  всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработка малоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичных ресурсов требует принятия межотраслевых решений.

  Вторичные материалы и ресурсы (ВМР) – отходы производства и потребления, которые  на данном этапе развития науки и техники могут быть использованы в народном хозяйстве как на предприятии, где они были образованы, так и за его пределами [28]. К ВМР не относятся возвратные отходы производства, используемые повторно в качестве сырья технологического процесса, в котором образуются.

  Побочные  продукты и отходы – возможное  сырье для других производств. 
Побочные продукты могут быть планируемыми и давать прибыль с их продажи или использования. Отходы – нежелательные, но неизбежные продукты [12]. Классифицируются ВМР по следующим критериям [12]:

• По отраслям промышленности или откуда исходят отходы;
• По технологическим процессам;
• По видам ресурсов;
• По степени и возможности использования;
• По агрегатному состоянию.

  В зависимости от возможности использования ВМР подразделяются :

• Реально возможные к использованию, т.е. существуют эффективные условия переработки и использования;
• Потенциально возможные к использованию, ВМР, использование которых пока экономически и технически нецелесообразно.

  По  источникам своего появления существуют ВМР :

  1. Отходы промышленного производства  и строительства – остатки  сырья, материалов или полуфабрикатов, пригодные к использованию в  качестве сырья, вспомогательных  материалов или готовой продукции;

  2. Отходы сферы потребления:

• Отходы средств производства, потерявшие непригодность для дальнейшего использования,
• Отходы предметов потребления – изделия непригодные для использования по назначению, но потенциально годные как вторичное сырье,
• Твердые бытовые отходы, образующиеся у населения в процессе жизнедеятельности и вряд ли имеющие пригодность;

  3. Отходы сферы обращения, т.е.  материалы, пришедшие в негодность  из-за неосторожной транспортировки,  складирования и погрузки-разгрузки.

  Кроме этого ВМР могут быть использованы в местах своего образования или в других отраслях хозяйства.

  Малоотходные  и безотходные технологии (МБТ), как  правило, ориентированы на наиболее важные отрасли народного хозяйства: производство и рациональное использование  металлов, стройматериалов, древесины, полезных ископаемых. 
Существует несколько основных направлений по осуществлению МБТ :

• Создание и внедрение процессов комплексной переработке сырья без образования отходов;
• Переработка всех видов отходов производства и потребления с получением товарной продукции;
• Выпуск новых видов продукции с учетом требований ее повторного использования;
• Применение замкнутых систем промышленного водоснабжения с использованием осадков очистных сооружений;
• Организация безотходных территориально-промышленных комплексов и экономических регионов.

  При этом необходимо соблюдать ряд условий :

• Самоочевидное использование всех компонентов того или иного сырья, которые обычно не находят применения вследствие отсутствия необходимых производственных условий и навыков обработки, и причисляются к отходам;
• Взаимосвязь с экологической обстановкой, в которой реализуются проекты (выбросы в атмосферу, водоемы, почву, отчуждение пахотных или пригодных для других целей земель под захоронение или складирование);
• Возможность вовлечения в хозяйственный оборот ресурсов, ранее не использовавшихся;
• Применение одной или минимума прогрессивных операций в общей технологической цепи приводит к необходимости переводить всю технологическую систему на новый уровень;
• Возможность получения новых материалов с необходимыми характеристиками;
• Улучшение условий труда за счет сокращения процессов, сопровождаемых выделением вредных газов и пыли. Устранение вредных компонентов в качестве промежуточных продуктов и катализаторов.

  Многостороннее  и глубокое освоение безотходных  производств – долговременное и кропотливое дело, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов. Полностью безотходное производство – далекая перспектива, но необходимо уже сейчас решать эту задачу, как на общеэкономическом уровне, так и в отдельных отраслях хозяйства.

   4.1. Металлургия

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

  Задача  комплексного использования сырья  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 [4]. 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 [4]. 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 [4]: 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.

  В доменной печи образуется за счет пустой породы руды и золы кокса шлаки, в  состав которых входят CaO, SiO2, FeO, MgO, Al2O3, CaS, MnS, FeS, 
TiO2, соединения P, в зависимости от соотношения компонентов шлаки могут быть основные, нейтральные и кислые. При мартеновском способе основные шлаки способны удалять в процессе выплавки из металла примеси серы и фосфора.

  Шлак  – ценное сырье для строительной и дорожно-строительной отраслей. 
Шлаковый щебень в 1.5 – 2 раза дешевле природного, шлаковая пемза – втрое дешевле керамзита и требует меньше удельных затрат. Использование гранулированного шлака в цементной промышленности увеличивает выход цемента, снижает себестоимость и удельные затраты на его производство по сравнению с естественным сырьем – цементным клинкером. Применение шлаков при вторичной переработке металлов для раскисления стали, сокращает расход дефицитного ферросилиция. Допустимо даже применение металлургических шлаков в качестве абразивного материала для очистки днищ судов. Конвертерные шлаки могут использоваться в гидротехническом строительстве для обсыпки дамб вместо грунта.

  Для извлечения железа из отходов применяется обратная флотация хвостов, прямая флотация руды, сухая магнитная сепарация, магнитно- флотационный способ [4].

  Использование шламов уменьшает содержание железа в доменной шихте, снижает производительность доменных печей, увеличивает расход кокса [5].

  Истощение богатых месторождений хромовых руд вызвало необходимость постоянно  наращивать мощности по добыче и обогащению бедных руд или руд, недостаточно эффективно обогащаемых механическими  методами. Для этого был разработан специальный процесс, предусматривающий прокалку на воздухе (630 
– 750° С) дробленой руды (частицы менее 15 мм), измельчение пека (до 0.1 мм), приготовления водной суспензии, ее карбонатизация – так можно получить углеродистый феррохром вместо кондиционной руды и кварцита [5].

  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.

  В США Zn и Pb выделяются путем сбора  пыли, содержащей кроме них железо, и последующего дробления так, что более мелкие частицы состоят в основном из соединений цинка и свинца, а более крупные в основном из Fe2O3, что основано на различной хрупкости упомянутых соединений. Кроме этого используется восстановительный обжиг окускованной пыли, возгонка с улавливанием конденсата, магнитная сепарация и флотация. В Германии для данных целей используются растворы серной, азотной или уксусной кислот, которые способны растворить почти весь Zn, но при малых его концентрациях раствориться может и железо. В Японии разделение Fe- и Zn-содержащих отходов обычной магнитной сепарацией. В Бельгии и Люксембурге цинк и свинец из Fe-содержащих отходов выделяются методом флотации и экстракции щелочными растворами. [4]

  Кроме оксидов железа, свинца и цинка пыль и шламы содержат оксиды Mn, 
Mg, Ca, Cr, Ni, Cd и других элементов, которые можно использовать.

  Пыли  и шламы ферросплавного производства, состоящие главным образом из аморфного диоксида кремния, пригодного для промышленного и жилищного  строительства.

  Нефелин – один из компонентов аппатито-нефелиновых  руд, являющихся сырьем для химической промышленности, содержит, помимо фосфора, алюминий, натрий, калий, титан, железо, стронций, редкие металлы. Нефелин является альтернативой бокситам, сырью для  алюминиевой промышленности и месторождения которых постоянно истощается. Из попутных продуктов, получающихся при переработке нефелиновых руд в глинозем, можно производить и уже производятся содовые продукты и цемент. Существуют два основных способа переработки нефелиновых руд [4]:

  Спекательно-щелочной способ. Сущность метода заключается  в высокотемпературном разложении нефелина в присутствии СаСО3. При  этом содержащиеся в нефелине глинозем щелочи образуют алюминаты Na и K, а кремнезем  – дикальциевый силикат. Путем дальнейшей переработки получаемых продуктов обеспечивается получение глинозема, содо-поташного раствора, используемого для производства соды и поташи, и нефелинового шлама – сырья для производства цемента.

  Гидрохимический способ. Данный метод основан на автоклавном разложении нефелина концентрированным раствором едкой щелочи в присутствии извести. В результате образующиеся из алюминатов и силикатов щелочные алюмосиликаты остаются в осадке. Процесс оптимально протекает при 260 – 300° С и 3 МПа. 
Однако гидрохимический способ переработки нефелиносодержащего сырья требует большое количество щелочи, высокий расход тепла и повышенного водного баланса.

  На  пути к созданию экологичной и  малоотходной металлургии зарубежными  государствами был накоплен немалый  опыт. В разных странах мира применяются различные методы утилизации и переработки отходов металлургии: в автодорожном и железнодорожном строительстве, в сельском хозяйстве в качестве удобрений, в строительной промышленности и других отраслях.

  Несомненное лидерство в этом принадлежит Японии. При выплавке марганцевых сплавов образуется большое количество газов (700 м3/г углеродистого ферромарганца), часть которого (СО2) весьма эффективно (на 84%) используется в качестве источника тепла сушки сырых материалов, что позволяет сэкономить до 16 млн. т в год мазута. Доменный газ применяется для производства метанола, этанола, этиленгликоля, этилена, пропилена, уксусной кислоты, коксовый газ – в производстве метанола и аммиака.[4]

  Ярким примером использования безотходной  технологии в нашей стране может служить Пикалевский глиноземный комбинат [10].