Техника и технология извлечения цветных металлов из отходов металлургического производства
Полянский Д.В., Парфенюк А.С.
Цветная металлургия – отрасль тяжелой индустрии, производящая конструкционные материалы. Она включает в себя добычу, обогащение металлов, передел цветных, производство сплавов, проката, переработку вторичного сырья, а также добычу алмазов.
Производство черных и цветных металлов сопровождается получением большого количества отходов, значительная часть которых до сих пор не используется, складируется в отвалах, хранилищах, отстойниках. К числу таких отходов относятся металлургические шлаки, шламы, пыли, замасленная окалина.
Наличие этих отходов на поверхности земли опасно для природы и населения региона. Однако металлургические отходы содержат большое количество ценных компонентов, извлечение и вторичное использование которых экономически выгодно позволит увеличить сырьевую базу металлургии и уменьшить добычу первичных полезных ископаемых.
В настоящее время возможности вторичного использования ценных компонентов металлургических отходов реализуются незначительно, причем извлечение ценных компонентов таких отходов производится неполно
Радикальное решение вопроса безотходной утилизации побочных продуктов металлургического производства возможно лишь при использовании пирометаллургических процессов (высокотемпературной обработки расплавленных шлаков, шламов и пылей). В таком случае реализуется возможность дополнительного достаточно высокого извлечения из них железа и других металлов путем восстановления оксидов, осаждения из шлакового расплава восстановленного металла и получения шлаковых расплавов, пригодных для производства высококачественных строительных материалов.
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.
Захоронение металлургических отходов, таких как металлургическая пыль и шлаки, несут за собой большую опасность для окружающей среды по своим свойствам: дисперсность, токсичность. Это стало основной проблемой нынешнего производства, что повлекло за собой поиск оптимального решения утилизации и переработки металлургических отходов.
Утилизация твердых отходов в большинстве случаев требует разделения на компоненты (в процессах очистки, обогащения, извлечения ценных составляющих) с последующей переработкой сепарированных материалов различными методами, либо придания им определенного вида, обеспечивающего саму возможность утилизации.
Дробление и помол.
Интенсивность и эффективность большинства химических и биохимических процессов возрастает с уменьшением размеров кусков (зерен) перерабатываемых материалов. В этой связи технологическим операциям переработки твердых отходов обычно предшествуют операции уменьшения размеров их кусков.
Дробления используют для получения из крупных кусков продуктов крупностью преимущественно около 5 мм. Дробление широко используют при переработке отвальных шлаков металлургических предприятий, вышедших из употребления резиновых технических изделий, отходов древесины, некоторых пластмасс, строительных и других материалов. В качестве основных технологических показателей дробления рассматривают степень и энергоемкость дробления.
Помол используют при необходимости получения из кусковых отходов зерновых и мелкодисперсных фракций крупностью менее 5 мм.
Наиболее распространенными агрегатами измельчения являются стержневые, шаровые и ножевые мельницы. Помол некоторых типов отходных пластмасс и резиновых технических изделий проводят при низких температурах (криогенное измельчение). Мелющими телами в стержневых и шаровых мельницах являются размещаемые в их корпусах стальные стержни и стальные или чугунные шары. В мельницах ножевого типа измельчение идет в узком (0, 1-0, 5 мм) зазоре между закрепленными внутри статора неподвижными ножами и ножами, фиксированными на вращающемся роторе. Барабанные стержневые и шаровые мельницы используют как для сухого, так и для мокрого помола. Тип и размеры характеризуют приемом эвакуации продукта, внутренним диаметром D барабана без футеровки и рабочей длиной L. Различают короткие (L меньше D) мельницы. Стержневые мельницы обычно применяют для грубого измельчения отходов. По сравнению с шаровыми мельницами они обеспечивают более равномерный по крупности продукт и меньшее количество шламов.
Классификация и сортировка
Процессы классификации и сортировки используют для разделения твердых отходов на фракции по крупности. Они включают методы грохочения кусков (зерен) перерабатываемого материала и их разделение под действием гравитационно-инерционных и гравитационно-центробежных сил. Эти методы широко применяют в качестве самостоятельных и вспомогательных при непосредственной утилизации и переработке большинства твердых отходов. В тех случаях, когда классификация имеет самостоятельное значение, т.е. преследует цель получения той или иной фракции материала в качестве готового продукта, ее часто называют сортировкой.
Грохочение представляет собой процесс разделения на классы по крупности различных по размерам кусков (зерен) материала при его перемещении на ячеистых поверхностях. В качестве последних используют колосниковые решетки, штампованные решета, проволочные сетки и щелевидные сита, выполненные из различных металлов, резины, полимерных материалов и характеризующиеся ячейками (отверстиями) различных форм и размеров.
В условиях «Артемовского завода по переработке цветных металлов» для извлечения полезных компонентов из отходов литья применяют шаровые мельницы. После измельчения шлака получают мелкодисперсный порошок, из которого далее методом переплавки получают до 70-80 % чистого материала, что обеспечивает экономичночность и экологичность выплавки цветных металлов, так как в этом случае в полном объеме используется все ресурсы для выплавки.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua
Анализ путей решения проблемы твердых отходов в Украине
Автор: А.С. Парфенюк, С.П. Веретельник, А.Н. Сова, А.А. Топоров, Г.А. Власов, С.И. Кауфман, Г.Г. Клешня, Н.П. Скрипченко
Источник: Сборник трудов VI международной научно-практической конференции // под ред. Д.А. Баранова, А.А. Минаева, В.М. Клевлеева, В.В. Бирюкова, Д.В. Зубова – М.:МГУИЭ, 2009. – 38-41 с.
Проблема твердых бытовых отходов (ТБО) в Украине все более обостряется. Свалки ТБО занимают огромные площади, только в Донецкой области это более 500 кв. км. Отходы разлагаются, выделяя свалочный газ, токсичные фильтраты и другие опасные ядовитые вещества.
Значительным компонентом отходов являются полимеры: упаковочные материалы, корпуса различного оборудования, бытовой техники, трубы, мебель и многое другое. Их доля превысила 12%, а ежегодный прирост составляет 10-12% [1, 2].
Полимеры практически не разлагаются под действием естественных факторов, как это происходит с другими органическими отходами, а те из полимеров, которые медленно, но разрушаются, в процессе разложения выделяют токсичные соединения, загрязняющие окружающую среду. Способ избавления от мусора путем простого сжигания по отношению к полимерным отходам просто недопустим из-за токсичности газовых выделений.
Кратко рассмотрим зарубежный опыт решения проблемы. Сжигать целесообразно только некоторые типы пластмасс, потерявших свои свойства, для получения тепловой энергии. Известна тепловая электростанция в городе Вульвергемптоне (Великобритания) впервые в мире работает на полимерах и старых автомобильных покрышках. Осуществить этот уникальный проект, позволяющий обеспечить электроэнергией 25 тыс. жилых домов, помогло английское Управление по утилизации неископаемых видов топлива. В Германии в сфере утилизации отходов занято более миллиона человек; на экологические программы ежегодно расходуется около 30 млрд евро.
На Тайване правительственным учреждениям, школам, вооруженным силам запрещено пользоваться полиэтиленовыми пакетами и сумками. За нарушение закона накладываются большие штрафы.
В США производится более 1, 5 тысяч наименований изделий из вторичных пластмасс, которые раньше производились только с использованием первичного сырья. Этот опыт расширяется.
В Великобритании и США осуществляют утилизацию свалочного газа (биогаза), заменяющего в качестве топлива каменный уголь и природный газ.
Япония стала инициатором изготовления печей небольшой мощности без дымовых труб и отходящих газов, в которых по технологии пиролиза отходы превращают в углеводородное волокно, карбидокремниевые волокна для различных практических нужд.
В Китае очень развита система заготовки вторичного сырья: макулатура, полимерная и металлическая упаковка (алюминиевые и жестяные банки, пластиковые бутылки, стеклотара). Небольшие передвижные приёмные пункты расположены рядом с жилыми домами.
Существуют также промышленно освоенные технологии пиролиза отходов пластических масс и изношенных автомобильных шин (Великобритания, США, Япония, Италия, Германия). Заводы мощностью 50 - 80 тыс. тонн отходов в год производят газообразное, жидкое топливо, технический углерод. Однако предварительное измельчение отходов и высокие затраты на разделение и очистку продуктов пиролиза в соответствии с экологическими и санитарными нормами, а кроме того высокая цена оборудования требуют государственных дотаций для покрытия издержек производства. Все это приводит к тому, что перерабатывается только незначительное количество отходов, а прочее продолжает накапливаться.
Некоторые разработки в странах СНГ также представляют практический интерес.
Так специалистами ЗАО "Дон-Трэйд" была апробирована уникальная технология переработки. Создан бизнес-проект, позволяющий утилизировать до 10 000 тонн отходов [2]. При этом из опасных ПЭТФ- отходов предлагается получать весьма востребованные пенополиуретаны - эффективные теплоизолирующие материалы, которые отвечают современным требованиям по энергосбережению. Спектр их использования весьма широк. Внедрение этой й технологии требует инвестиций.
Украинским государственным химико-технологическим университетом совместно с ОАО “Авдеевский коксохимический завод” разработана методика высокотемпературного (900 - 1000°С) пиролиза отходов полимеров и шин с последующим разделением и очисткой продуктов пиролиза [3]. Методика подготовки отходов к дозированию в шихту позволяет применять основное оборудование завода без внесения изменений в производственный цикл. Таким образом, продукты пиролиза отходов и угольной шихты химически совместимы и перерабатываются совместно в цехе улавливания. Конечные продукты переработки соответствуют ГОСТам и ТУ, являются ликвидным товаром и реализуются потребителям.
Конечными продуктами пиролиза отходов полимеров являются: кокс, каменноугольная смола, мокрый бензол, газообразные углеводороды, 40 водород. Экономические показатели работы завода при утилизации 5 - 10% отходов в составе шихты улучшаются за счет реализации дополнительной продукции. Завод может переработать в сутки до 700 тонн отходов, или 260 тыс. т в год. Украинская коксохимия может переработать до 3 млн тонн отходов в год, что сравнимо с годовым их накоплением. Одновременно будет сэкономлено 3 млн т коксующихся углей на сумму больше 500 млн грн. [3].
Поскольку со стороны государства не реализуются неоднократно предлагаемые программы, необходимо искать методы, позволяющие бороться с отходами без привлечения дополнительных средств. Это возможно, если в качестве способа утилизации отходов использовать уже существующие технологии. Например, загружать сортированные полимерные отходы в камеру коксования, где они будут разлагаться и в виде газообразных веществ улавливаться и использоваться в качестве топлива котельных и др.
Альтернативным и относительно недорогим методом является метод формования нагреваемых полимерных отходов на существующих в строительной промышленности прессах. Полученные изделия могут быть использованы в качестве строительных материалов, тем самым будут использованы такие их качества: как стойкость к атмосферным воздействиям, высокая прочность, небольшая масса и т.п.
Возможно расширение существующих производств по изготовлению пригодных к использованию изделий из вторичного сырья полимеров. Исследования показали, что использование вторичного сырья позволит экономить до 40% средств, ранее затрачиваемых на закупку первичного сырья.
Следовательно, разработка и внедрение технологий по утилизации и использованию отходов позволит добиться экономии сырья для существующих производств и получения высокого экономического эффекта.
Наиболее перспективным и масштабным, по нашему мнению, является разработанный в ДонНТУ метод ТЭРО (термолизно- энергетической рекуперации отходов)[5, 6]. Он заключается в термическом разложении углеродистого сырья без доступа воздуха. Газообразные продукты, получаемые в результате такого разложения отводятся из термолизной камеры и могу быть использованы в качестве топлива. Еще одним преимуществом этого метода является возможность его применения на базе существующих производств. Это значительно снижает затраты, связанные с организацией процесса и минимизирует подготовительные работы.
Таким образом, для решения проблемы ТБО и полимерных отходов в частности, необходимо создать государственную систему организации сбора, сортировки и первичной обработки и систему цен на вторичное сырье, стимулирующих предприятия к их переработке; разработать эффективные способы переработки вторичного полимерного сырья и его модификации с целью повышения качества; создать специальное 41 оборудование для его переработки и предложить номенклатуру изделий, выпускаемых из вторичного полимерного сырья.
Первым серьезным шагом в решении проблемы ТБО в Украине является выбор наиболее эффективного метода их переработки приемлемого для каждого региона, но с использованием зарубежного опыта. Это выведет экологическую безопасность в Украине на должный уровень.
1. Турченко Д.К. Пластиковый Армагеддон: Журнал «Удачный выбор», № 40 от 01.12.2005.
2. Клинков А.С., Беляев П.С., Соколов М.В. Утилизация и вторичная переработка полимерных материалов: Учеб. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 80 с.
3. Барский В. Д., Мадатов А. В., Власов Г. А. Об утилизации смешанных и загрязненных отходов полимеров и получении жидкого и газообразного топлива методом пиролиза: Источник http://www.waste.com.ua/ публикация от 27.11.2005.
4. Сборник статей и информационных материалов по технологиям переработки муниципальных отходов [Составители:Т.Филкова, Т. Мусуралиев, М. Рогожин, О. Элеманов, М. Ильязов]. – Бишкек: 2006. 255 с.
5. Парфенюк А.С. Новый агрегат для переработки твердых отходов Кокс и химия. 1999. № 2. С. 35-37
6. Парфенюк А.С., Веретельник С.П., Кутняшенко И.В., Топоров А.А. Проблема создания промышленных агрегатов для утилизации твердых углеродистых отходов. Возможности ее решения Кокс и химия. 1999. № 3. С. 40-44
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://masters.donntu.edu.ua
Дата добавления: 17.02.2013
