Проблема утилизации и переработки промышленных отходов

получением товарной продукции;

3) Выпуск новых видов продукции с учетом требований ее повторного

использования;

4) Применение замкнутых систем промышленного водоснабжения с

использованием осадков очистных сооружений;

5) Организация безотходных территориально-промышленных комплексов и

экономических регионов.

При этом необходимо соблюдать ряд условий [3]:

1) 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;

2) 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);

3) Возможность вовлечения в хозяйственный оборот ресурсов, ранее не

использовавшихся;

4) Применение одной или минимума прогрессивных операций в общей

технологической цепи приводит к необходимости переводить всю

технологическую систему на новый уровень;

5) Возможность получения новых материалов с необходимыми

характеристиками;

6) 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 [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.

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. [10]

Для доизвлечения железа из отходов применяется обратная флотация

хвостов, прямая флотация руды, сухая магнитная сепарация, магнитно-

флотационный способ [11].

Использование шламов уменьшает содержание железа в доменной шихте,

снижает производительность доменных печей, увеличивает расход кокса [13].

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 [13].

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. [11]

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.

Особое место занимают установки улавливания SOX и NOX, т.к. этот

процесс весьма затруднителен вследствие низких концентраций данных веществ.

В работах [10 и 13] упоминается, что существует опыт использования

шламов сероочистки после мокрой известковой обработки для мелиорации почв,

что увеличивает содержание в почве кальция, магния, кремния и уменьшает

количество алюминия, меди, цинка, мышьяка, марганца. Действие подобного

рода удобрений не ослабевает в течение пяти лет и прибавляет урожай

зерновых и кормовых культур на 25 – 30 % (4 – 5 т шлама на 1 га).

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 [11]:

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.[11]

Ярким примером использования безотходной технологии в нашей стране

может служить Пикалевский глиноземный комбинат [22].

4.2. Топливно-энергетический комплекс

ТЭК – один из крупнейших загрязнителей окружающей среды твердыми,

жидкими и пылевидными отходами, т.к. сам процесс производства тепловой или

электрической энергии подразумевает сжигание органического топлива с

неизбежным образованием токсичных компонентов. Кроме этого с отходами

добычи и обогащения топлива теряется большое его количество.

Существует классификация на основе литологического состава отходов

добычи и обогащения углей [29]:

. Глинистые (> 50 % глин);

. Песчаные (> 40 % песчаника и кварцита);

. Карбонатные (> 20 % карбонатов).

Кроме этого отходы различаются по физико-химическим и теплофизическим

свойствам, по характеристике органического вещества и др.

Породы вскрыши, отличающиеся высоким содержанием минеральных веществ,

могут быть использованы для энергетических целей после предварительного

обогащения с получением кондиционного по зольности продукта. Породы вскрыши

могут применяться как закладочный материал для рекультивации земель, а

шахтные – для закладки шахтного пространства. Возможно применение даже без

селективной обработки слагающих литологических разностей как сырье для

производства пористых заполнителей для легких бетонов, керамических

материалов, при строительстве дамб и других сооружений [29], кислотостойких

мастик, в строительстве домов и дамб, в фильтровых установках [11].

Шахтные породы часто содержат большое число микроэлементов, необходимых

для питания растений, поэтому могут применяться в качестве удобрений почв,

разбалансировка которых происходит в результате интенсификации и химизации

сельского хозяйства [11].

Отходы углеобогащения, содержащие большое количество горючей массы,

могут быть подвергнуты дополнительному обогащению с получением

кондиционного по зольности твердого топлива или непосредственно

использованы для сжигания и газификации. Возможно сжигание высокозольных

отходов углеобогащения в пылеватом состоянии на электростанциях, в том

числе на крупных, при этом уменьшаются выбросы SOX и NOX в окружающую

среду. В некоторых зарубежных странах нашли применение плазменные печи для

переплавки легированных отходов и восстановительной плавки. Для этой цели

разработаны и используются разнообразные генераторы плазмы и дуговые

плазменные горелки разной мощности, где возможно восстановление руд

отходами углеобогащения и выработка некоторого количества электроэнергии за

счет отходящих газов.[29]

В результате гравитационной сепарации некоторых углей можно определить

высокозольные фракции, в которых содержатся ряд микроэлементов (Ag, As, Cd,

Mn, Mo, Ni, Pb и другие) в 1.3 – 1.4 раза выше, чем в исходных углях.

Бульшая часть микроэлементов может быть извлечена из продуктов термической

обработки или обогащения твердого горючего.

С помощью биологических методов можно извлекать из углей и части

угольных отходов пиритную и органическую серу, различные металлы (Mn, Ni,

Co, Zn, Ca, Al, Cd) золу, кислород- и азотсодержащие соединения. Очистка

угля может осуществляться за 6 суток на 93 % при применении термофильных

бактерий и 18 суток мезофильными бактериями.[11]

В связи с грядущим в ближайшие десятилетия истощением запасов угля,

нефти, природного газа возникла потребность поиска менее дорогих, но

технологически более простых в переработке и использование. Важнейшим, в

связи с этим, источником для восполнения энергобаланса, производства чистых

энергосистем и многих, остро необходимых стране продуктов становятся

горючие сланцы. Из сланцев можно получить [11]: мазут, автомобильный

бензин, газ для бытовых нужд, жидкое синтетическое топливо.

4.3. Химический комплекс

Из всех видов минерального сырья особое место занимают агрохимические

фосфорсодержащие руды, от которых в значительной мере зависит плодородие

почв, а с учетом истощения богатого фосфором сырья важнейшей проблемой

является эффективное использование полезных компонентов недр и руды.

Значение фосфора в природе крайне важно. Минеральный фосфор входит в

состав костной ткани позвоночных и наружных скелетов ракообразных и

моллюсков. Фосфор присутствует в мягких тканях растений и животных.

Фосфорсодержащие органические соединения обеспечивает превращение

химической энергии в механическую энергию мышечных тканей. Этот элемент

входит в состав нуклеиновых кислот, регулирующих наследственность и

развитие организмов.

Производство фосфорных минеральных удобрений – главная сфера применения

фосфатного сырья. Более полная выемка попутных полезных компонентов из

фосфоритов и апатитов путем флотации, т.е. использовать различную плотность

материалов относительно плотности воды.

Один из важнейших попутных компонентов апатитовых руд – нефелин[1].

Еще один минерал, имеющий большое значение и содержащийся в

апатитовых рудах, – сфен. В состав данного соединения входит титан

(CaTiSiO4(O,OH,F)), а диоксид титана – важный компонент при производстве

лакокрасочных изделий. Перспективность сфена как сырья связана с большими

запасами этого минерала в нашей стране (главным образом в Хибинах [11]) и,

с учетом комплексной переработки апатитовых руд, низкой себестоимостью

содержащегося в них TiO2.

В настоящее время существуют различные технологические системы и

способы переработки сфенового концентрата: хлорная; азотнокислая;

сернокислая; спекание с поваренной солью, кремнефторидом, сульфатом

аммония. Однако наиболее приемлемой является сернокислая технология, когда

как другие методы очень сложны и не получили промышленного развития.

Оптимально сфеновый концентрат разлагается при использовании 50 – 55 %-

ой серной кислоты с расходом 1.5 т на 1 т концентрата и протекании

процесса в течение 20 – 30 часов и в температурных условиях 130° С. В

результате получается 1 т товарного TiO2 на каждые 4 т сфенового

концентрата и 6 т серной кислоты.

В нашей стране и за рубежом проводятся работы по получению из горючих

сланцев битумов, масляных антисептиков для древесины, ядохимикатов, серы,

гипосульфита, бензола, лаков, клеев, дубителей, шлаковой ваты, матов для

строительной индустрии, портландцемента и многого другого. [11]

В химической промышленности также используются отходы производства

диметилтереоргалата для синтеза алкидных полимеров. Отходы катализаторов

производства мономеров используется в строительных лакокрасочных пигментах.

Отходы гидроксилсодержащих соединений от производства ксилита идут на

изгототовление простых и сложных олигоэфиров – компонентов лакокрасочных

материалов, отходы производства меланина – ПАВ-диспергаторов. Катализаторы

алкинирования бензола изготавливаются из аллюминесодержащих отходов

кабельной промышленности. Отходы производства капролактама – компоненты

смазочных материалов или пластифицирующие добавки к бетонным смесям. Из

катализаторов нефтепереработки выделяются металлические компоненты:

Mo(SO4)3, VO5, тригидрит оксида алюминия, Ni-Mo концентрат и др. Возможно

использование кислых гудронов для выработки из воды аммонийных солей,

пригодных для использования, как в пресной воде, так и в морской. Кислые

гудроны можно применять совместно с нефтяными шлаками в дорожном и

коммунальном строительстве.[28]

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог всему вышесказанному, можно сказать, что, несмотря на

длительность изучения настоящей проблемы, утилизация и переработка

отходов промышленности по-прежнему не ведется на должном уровне.

Острота проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения,

определяется увеличением уровня образования и накопления промышленных

отходов. Усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на

предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их

рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов

окончательной переработки, обезвреживания и окончательного удаления, а

захоронения только отходов, не загрязняющих окружающую среду. Все эти

мероприятия, бесспорно, уменьшают уровень негативного воздействия отходов

промышленности на природу, но не решают проблему прогрессирующего их

накопления в окружающей среде и, следовательно, нарастающей опасности

проникновения в биосферу вредных веществ под влиянием техногенных и

природных процессов. Разнообразие продукции, которая при современном

развитии науки и техники может быть безотходно получена и потреблена,

весьма ограничено, достижимо лишь на ряде технологических цепей и только

высокорентабельными отраслями и производственными объединениями.

Несмотря на длительную ориентацию промышленности нашей страны на

ресурсосберегающие технологии, отображало это скорее экономические цели

производства, нежели предотвращение вредного воздействия на природу. В СССР

на уровне Госснаба была разработана система сбора вторичных ресурсов:

макулатуры, текстиля, пиломатериалов, битого стекла, пищевой кости,

металлолома и др. – главным образом бытовых отходов.

Ранее считавшееся перспективным способом снижения загрязнения

окружающей среды сжигание токсичных бытовых и промышленных отходов, при

котором исключение загрязнения окружающей среды высокотоксичными

веществами, возможно только на крайне специальных дорогостоящих заводах, не

окупающих в результате своей деятельности затраты на строительство и

эксплуатацию. Движение к минимизации негативного воздействия промышленных

отходов на окружающую среду следует осуществлять по двум магистральным

направлениям:

. Технологическое – повышение экологической безопасности

производства;

. Экозащитное – стабилизация и изоляция опасных отходов от природной

среды.

Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки

промышленных отходов – длительный и кропотливый процесс, которым предстоит

заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов,

экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Багрянцев Г.И., Черников В.Е. Термическое обезвреживание и переработка

промышленных и бытовых отходов // Муниципальные и промышленные отходы:

способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры.

Новосибирск, 1995, серия Экология.

2. Байкулатова К.Ш. Вторичное сырье - эффективный резерв материальных

ресурсов. Алма-Ата, Казахстан, 1982.

3. Безотходная технология. М., Знание, 1983.

4. Бернадинер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание

промышленных отходов. М., Химия, 1990.

5. Вредные вещества в промышленности. Л., Химия, 1967.

6. Глоба В.Н., Яковлев Е.И., Борисов В.В. Строительство и эксплуатация

подземных хранилищ. Киев: Будивельник, 1985.

7. Дмитриев В.И., Коршунов Н.Н., Соловьев Н.И. Термическое обезвреживание

отходов хлорорганических производств // Химическая технология, 1996,

№5.

8. Избавление биосферы от токсичных отходов. Проблемы и пути ее

эффективного решения. Соликамск, 1995.

9. Инструкции о порядке единовременного учета образования и

обезвреживания токсичных отходов. М, 1990.

10. Комплексное использование сырья в промышленности. Хайбулина Н.Е.

Челябинск, Южноуральское книжное издательство, 1986.

11. Комплексное использование сырья и отходов. Равич Б.М., Окладников

В.П., Лыгач В.Н. и др. М., Химия, 1988.

12. Крапивина С.А. Плазмохимические технологические процессы. Л., Химия,

1981.

13. Ласкорин Б.Ч и др. Безотходные технологии переработки минерального

сырья. М., Недра, 1984.

14. Литвинов В.К., Дмитриев С.А., Киярв Ч.А. и др. Плазменная шахтная

печь для переработки радиоактивных отходов средней и низкой

активности. Магнитогорск, Магнитогорский горно-металлургический

институт, НПО "Радон", 1993.

15. Лукашов В.П., Янковский А.И. Переработка и обезвреживание промышленных

и бытовых отходов с применением низкотемпературной плазмы.

//Муниципальные и промышленные отходы: способы обезвреживания и

вторичной переработки - аналитические обзоры. Новосибирск, 1995, серия

Экология.

16. Максимов И.Е. Состояние и перспективы использования экозащитных систем

в решении проблем отходов // Муниципальные и промышленные отходы:

способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические обзоры.

Новосибирск, 1995, серия Экология.

17. Малоотходные и безотходные технологии. Материалы конференции. М.:

Секретариат, 1990.

18. Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов

технологии органических веществ. М.: Химия, 1984.

19. Подземные ядерные взрывы… для улучшения экологической обстановки.

ВасильевА.П., Приходько Н.К., Симоненко В.А. // Природа, 1991, №2.

20. Порядок накопления, транспортировки, обезвреживания и захоронения

токсичных промышленных отходов. М.: Минздрав СССР, 1985.

21. Размещение промышленных отходов в подземных хранилищах. Пермь, ПГТУ,

1995.

22. Снуриков А.П. Комплексное использование сырья в цветной металлургии.

М.: Металлургия, 1986.

23. Термические методы обезвреживания отходов. Беспамятнов Г.П.,

Ботушевская К.К., Зеленская Л.А. Л., Химия, 1975.

24. Торопкина Г.Н., Калинкина Л.И. Технико-экологические показатели

промышленной очистки газообразных выбросов органических веществ. М.,

1983.

25. Управление процессами обработки производственных отходов. М. 1991.

26. Фокин А.В., Коломиец А.Ф. Диоксины - проблема научная или социальная?

// Природа, 1985, №3.

27. Фролов К.И., Шайдуров В.С. Химическая и технологическая защиты

окружающей среды. Л., ГИПХ, 1980.

28. Хмельницкий А.Г. Использование вторичных материальных ресурсов в

качестве сырья для промышленности // Муниципальные и промышленные

отходы: способы обезвреживания и вторичной переработки - аналитические

обзоры. Новосибирск, 1995, серия Экология.

29. Шпирт М.Л. Безотходные технологии. Утилизация отходов добычи и

переработки твердых горючих ископаемых. М., Недра, 1986.

-----------------------

[1] Подробнее об использовании нефелина рассказано в разделе 4.1.

Страницы: 1, 2, 3