Проблемы твердых, жидких и газообразных промышленных отходов

 

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.

 

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.

 

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:

 

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.

 

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

 

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 :

 

 

 

·        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, кислотостойких мастик, в строительстве домов и дамб, в фильтровых установках .

 

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 .

 

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.

 

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. Бóльшая 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.

 

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: 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.

 

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) и, с учетом комплексной переработки апатитовых руд.

 

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.

 

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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.