Экологизация утилизации отходов горно-металлургического комплекса

Несмотря на работу предприятия не на полную мощность, твердые и жидкие промышленные отходы продолжают скапливаться. Расширяются территории, занятые отходами. На почву, подземную среду, гидросферу, биосферу действуют не только сегодняшние загрязнения, но и те, что создавались в прошлом [12,61-63].

В Северо-Кавказском регионе объём накопленных отходов производства достигает 100 млн. т, в том числе горно-промышленных около 60 млн. т, включая металлургические шлаки и шламы. Они сосредоточены в основном вблизи перерабатывающих минеральное сырье предприятий. Отходы горно-металлургических предприятий оказывают вредное воздействие на окружающую природную среду не только в непосредственном их месте нахождения, но и далеко за пределами территории функционирования объекта. Только применение безотходного и малоотходного производства в добывающей отрасли позволит коренным образом улучшить экологическую ситуацию в регионах с развитой металлургической индустрией [64].

На предприятии «Победит», включающем все циклы металлургической переработки, занята определенная часть земли. Для определения экономиче­ского ущерба представим математический расчет ЭВМ.

CLS

REM Определение экономического ущерба от загрязнения окружаю­щей среды

READ h, u, dt

DATA 120. 1.75

у = 1 + dt/75

IF u < 0.01 THEN f = 100/(100 + у * h) * 4/(1 + u

IF u >=0.01 AND u<0.2 THEN f = (1000/(50 +y * h))^{^}0.5*4/(l+u) ELSE f=10

REM ml - приведенная масса по пыли, m2 - по газообразным вещест­вам;

READ a, sigma, ml, m2

DATA 2.4, 4, 674790, 440000

Ya = a * sigma * f * (ml+m2)

Locate 5.1

PRINT «Величина экономического ущерба от загрязнения атмосферы»; Ya

READ b, sig, m

Data 400, 2.01, 3011800

Yb = b * sig * m

Locate 7,1

PRINT «Величина экономического ущерба от загрязнения поверхно­стей»

PRINT «водных источников =»; Yb

Read S, Byy

Data 95, 91

Yz = S * ByyLOCATE 10,1

PRINT «Величина экономического ущерба от годового нарушения и загрязнения»

REM*******^*^^**^`^**^^^^*********************

REM вариант расчета экономического норматива платы за размещение RFM допустимых объемов отходов в природной среде исходя из стои­мостной

REM оценки вторичных материальных ресурсов READ Zi

DATA 72

p2i-(Zi+Kk)*E

PRINT «Региональный норматив платы за допустимые объемы раз-мещ.»

PRINT «отходов в природной среде исходя из стоимостной»

PRINT «оценки вторичных материальных ресурсов ^{^}»; P2i; «p.»

PRINT

Рядом исследователей региона, а также учеными городов Жигулевск Самарской области, Волгограда, Чебоксар были сделаны попытки использо­вать отходы металлургического комплекса на различных участках промст-ройиндустрии, в том числе в качестве отощающих добавок при производстве керамического кирпича из глинозема. В связи с возможностью содержания в отходах металлургического цикла других элементов широкое использование отходов в промышленных целях не всегда эффективно и безопасно. В то же время предварительные исследования по использованию отходов молиб­денового производства заводов «Электроцинк» и «Победит» (Н.Ф. Жуко­вым, В.И. Монастырской и др.) на государственных предприятиях

«Владикавказстрой» показали высокую эффективность и технологич­ность использования этого материала.

Партия кирпича с добавкой этих отходов в объеме до 5 % имеет товар­ный вид и высокие эстетические показатели по сравнению с базовым вариан­том. Для широкого использования этого опыта в народном хозяйстве нами проведены исследования с учетом физико-химических свойств отходов ме­таллургического производства. В этой связи необходимо было подготовить сырье для его использования в качестве отощающих добавок. Особый инте­рес представляют отходы переработки молибденового концентрата АО «По­бедит». Использование их в качестве отощающих добавок при производстве керамического кирпича по предварительным данным дает обнадеживающие результаты.

В общем виде технология процесса получения молибденошеелитовых отходов такова: сырьем для производства чистых солей молибдена служат молибденовые концентраты, которые перерабатываются по схеме, включаю­щей окислительных обжиг, аммиачное выщелачивание огарка, обработку твердых остатков аммиачного выщелачивания горячими растворами соды для доизвлечения молибдена. По данным СКГМИ (Свистунов Н.В., Алкацева В.М., Башуров Ю.П.) получаемые твердые остатки аммиачного выщелачива­ния являются отвальными отходами молибденового производства, которые, как и черные отвалы, вывозят на отвальное поле. Химический состав отвалов, % по массе: Si0₂- 63,24; Fe- 9,80; СаО - 4,14; A1₂0₃- 4,00; Mo- 3,58; Си -2,85; Mg- 0,52; As- 0,1; S_общ - 1,45. Помимо этого молибденсодержащие от­валы с отвального поля содержат: Pb, Zn, Mn, W, Ba, Tiот 1,0 до 0,1 %; F, Со, Ni, Se, Сг, Sr, Sbот 0,1 до 0,02 %; Hg, Cd, V, Bi, Snот 0,01 до 0,001 %; Ag68,6 г/т и Au2,4-3,5 г/т. Все компоненты, содержащиеся в отвалах, относятся согласно СпиП 4630-80 от 4.07.88 г. ко IIклассу опасности и могут быть ис­точником загрязнения окружающей среды, в первую очередь, грунтовых вод,вследствие выщелачивания атмосферными осадками. Площадки для хранения отвалов не имеют защитных экранов или водоупорных устройств от рас­творов, загрязненных вредными примесями, поэтому грунт под отходами и грунтовые воды насыщаются многочисленными экологически опасными компонентами. Вещественный состав указывает на наличие миграционной активности металлов, как в катионной, так и в анионной форме и возмож­ность их перехода в грунтовые и подземные воды. Можно ожидать гидролиза ферритов, силикатов кальция, алюминия, натрия с образованием щелочных растворов, а также окисления сульфидных составляющих, вымывания хемо-сорбированных на гидроксидах железа анионных форм вольфрама и молиб­дена и др.

Подтверждением этих положений являются результаты опытов по оп­ределению растворимости веществ, входящих в состав отвалов, которые дли­тельное время считались нерастворимыми.

После длительного контактирования навесок отвалов с дистиллирован­ной водой получали прозрачные фильтраты, которые осторожно упаривали досуха. Сухие выпаренные соли взвешивали и анализировали на атомно-эмиссионном спектографе. Установлено, что растворяется от 4,5 до 7,6 % су­хого отвала.

Выпарные соли содержат Si0₂, Naот 1 до 10 %, СаО, Al, W, Сг, Мо от 0,1 до 1 %, Vот 0,01 до 0,1 %, Fe, Sn, Mg, Pbот 0,01 до 0,1 % и Мn, В от 0,0001 до 0,001 %. [66].

Таким образом, подтверждена достаточно высокая растворимость от­валов, сопровождающаяся переходом вредных компонентов в грунтовые во­ды и почву. Приведенные результаты исследования состава и растворимости отвалов молибденового и вольфрамового производства ОАО «Победит» от­вергают мнение об их нерастворимости и экологической безопасности для окружающей среды. Очевидна необходимость надлежащей организации раз­дельного хранения этих продуктов и разработки способов их утилизации, что обеспечит экологическую безопасность отвалов.

Владикавказкий кирпичный завод основан в 1931 г. Первоначальное его наименование «Ир». Завод, имея одну туннельную печь, производил че­репицы и красный кирпич. После расширения и увеличения мощностей он был переименован в Оржоникидзевский кирпичный завод. Завод расположен на южной окраине г. Владикавказа. Административно был подчинён произ­водственному объединению «Североосетинстройматериалы главного управ­ления» (рис. 4.1).

Завод производит согласно ГОСТ 530-95 керамический кирпич марок 150, 125 и 100.

Сырьём для производства кирпича служат глины Владикавказского ме­сторождения, находящегося на расстоянии 1,5-2 км. Разработка глины ведёт­ся открытым способом, завозят глину автосамосвалы завода [67-69].

Глина в карьере залегает тремя слоями с высотой забоя от 9 до 15-16 м. Влажность различная. Первый слой состоит из жирных темно-коричневых глин влажностью 29 - 30 %. Второй слой состоит из «гороха» - плотной гли­ны, требующей тщательной обработки. Влажность третьего слоя - 10 - 12 %. При подаче на производство все три слоя необходимо тщательно перемеши­вать, т.е. шихтовать. Общая карьерная влажность при шихтовке глины в лет­нее время равна 20 - 22 %, в зимнее - 22 - 24 %.

Лабораторные исследования физико-химического испытания сырья проведены при исследовании глинистого сырья Орджоникидзевского место­рождения на пригодность для производства глиняного кирпича в 1975 г. Вол­гоградским институтом «Росоргтехстрой», дополнительно химический ана­лиз проведён в 1994 г. в лаборатории Северо-Кавказского технологического университета (табл. 1- 6).

Проектная мощность завода - 20 млн. шт. условного кирпича в год.

Производственная структура предприятия: Владикавказкий кирпичный завод имеет 2 основных цеха по производству кирпича и вспомогательные цеха - механический, электроцех, гараж, стройгруппа.

Реконструкция завода была произведена в 1964 г. (1-я очередь) и в 1985 г. (2-я очередь).

Способ производства кирпича - пластическое формование.

Энергоснабжение: электроэнергия подаётся с п. /ст. «Бином», система Севкавказэнерго. Газоснабжение: в качестве топлива для сушки и обжига кирпича на заводе используют природный газ. Водоснабжение: для произ­водственных нужд цехов 1 и 2 применяют техническую воду из канала, про­ходящего через территорию завода к горэлектростанции. Питьевая вода во всех цехах от городского водопровода.

Отходы предприятия: брак сушки вывозят на карьер для вторичного использования. Брак обжига используют на отощающие добавки: шамот, по­сле дробления и опилки как выгорающие добавки.

Ввод добавок (%) по полнотелому кирпичу: опилки - 10 - 15, шамот-5; по дырчатому кирпичу: шамот - 10 %.

Существующая технология даёт высокий брак, готовое изделие не вы­держивает марочность, эстетически мало привлекательно и не имеет товар­ного вида [67-71].

Лабораторно-промышленными исследованиями в СКГТУ установлено, что черные отвалы завода «Победит» могут быть использованы в качестве отощающих добавок при производстве строительного кирпича при опреде­лённом физико-химическом на них воздействии [72 - 75].

Опытную партию молибденошеелитовых отходов отобрали из отваль­ного поля лежалых в течение пяти и более лет отходов, расположенных в се­веро-восточной части г. Владикавказа. Пробы отбирали ручным способом с использованием шуфельной лопаты. Место отбора участка устанавливали визуально по внешней окраске материала отвала. Выбирали участок желто­вато-красного цвета, сходного с цветом облицовочного кирпича. Такие уча­стки по нашим данным относились к молибденовым отвальным полям. Объ­ём отобранной партии отходов соответствовал необходимому объёму полной

партии цикла производства кирпича и составлял приблизительно 2000 кг, что было использовано в качестве отощающих добавок. В табл. 4.1 приведена первоначальная марочность концентрата, поступающего на завод «Победит», и химический состав одной из партий концентрата.

Таблица 4.1

Марочность концентрата

Марка	Мо	SiO2	As	Sn	Pb	Сu
КМ-1			0,07	0,07	0,07	0,5
КМ-2			0,07	0,07	0,07
км-з			0,07	0,07	0,85

В соответствии с заключением специализированной лаборатории при Ростовском государственном университете, состав сырья удовлетворяет тре­бования экологической безопасности (от 25.02.2000 г. №301/285).

Сырьём для отощающих добавок является отходы обжига завода «По­бедит» [75].

Обжиг молибденового концентрата проводят с целью перевода суль­фида молибдена в оксид, в легкорастворимое в аммиачной воде соединение.

Основная реакция, протекающая при обжиге:

MoS₂ + 3,5O₂→MoO3 + 2SO₂↑ +2666 ккал. (4.1)

Обжиг проводят в печи «КС» (кипящего слоя). Запуск печи «КС» про­водят на кварцевом песке при температуре в слое 555-585 °С в окислительной атмосфере. Температура в «кипящем слое» автоматически регулируется ко­личеством загружаемого вышеприведённого концентрата.

Побочные реакции:

MoS₂ + 6МoО₃ →7МoO₂ + 2SO₂↑ (4.2)

МоO₂ + 1/2O₂ →МоO₃. (4.3)

СuО + МоO₃ → СuМоO₄ (4.4)

СаСO₃ +МoО₃ →CaMoO₄ +СO₂ ↑ (4.5)

4FeS₂ +11O₂ →2Fe₂O₃ + 8SO₂ ↑ (4.6)

FeS₂ + 2,5O₂ →FeO + 2S0₂↑ (4.7)

Fe₂O₃ + 3МoО₃ → Fe₂(MoO₄)₃ (4.8)

CuS + 1,5O₂ →CuO + SO₂↑ (4.9)

2Fe₂O₃ + 3SO₂→ 2Fe₂(S0₄)₃ (4.10)

CuO + S0₃ →CuSO₄ (4.11)

Характеристика сырья, основных и вспомогательных материалов.

1. Концентрат молибденовый ГОСТ.

2. Продукты оборотные процесса обжига: пыль циклонная, пыль из су­хого электрофильтра, фильтровальные полотна или зола от сжигания поло­тен, от чистки газоходов. Отходы молибденового производства из скруббера и мокрого электрофильтра.

3.Газ природный, давление до 0,6 кгс/см²,

4. Воздух сжатый, давление до 3 кгс/см².

5.Вода умягченная, жесткость не более 0,1 г. экв.

6.Песок кварцевый ГОСТ 7031-75.

Химический состав отходов Мо огарков

Таблица 4.3

Компонент	Отвалы от выще­- лачивания огарка	Отвалы после отчистки растворов от ТМ
содержание, %	компонент	содержание, %
МоO3	1,5-3,0
МоO2	0,1-0,3	Мо общ.	2,5-3,0
MoS2	0,2 - 0,8	Мо выщ.	0,7-1,0
СаО	0,5 - 2,5	Сu	30, 50
CaS04	2,0-10,0	Fe	12,4
FeO	1,5 - 12,0	S	15,0
Са(ОН)2	13,3
СаМоO4	4,9
Ге2O3	3,0 - 24,0
SiO2	11,0-27,7
CuO	0,86
Сo2О3	0,47

В технологической схеме производства паромолибдата аммония (рис. 4.3) показан конечный результат получения отвалов после выщелачивания и предлагаемый хим. состав (табл. 4.3).

Полученные отвалы хранятся на открытой площадке, что приводит к загряз­нению окружающей природной среды из-за метеорологических параметров и хи­мизма процесса. Вступая в реакцию с кислородом воздуха, подвергаясь воздейст­вию атмосферных осадков, отходы разлагаются, в результате чего происходит выделение большого количества сернистого газа, углекислого и т.д.

Реакции окисления:

2МоO₂ + O₂ = 2МоO_3,(4.12)

МоО₃ + Н₂O = Н₂МоO₄, (4.13)

2MoS₂ + 6O₂ = 4SO₂ + 2МоO₂, (4.14)

4FeO + O₂ = 2Fe₂O₃, (4.15) (4.14)

2Fe₂O₃ + 6Н₂O = 4Fe(OH)₃, (4.15)

2Сu + O₂ = 2СuО, (4.16)

4Fe+ 3O₂ = 2Fe₂O₃, (4.17)

2SO₂ + O₂ = 2SO₃, (4.18)

SO₃ + Н₂O = H₂SO₄. (4.19)

Дата добавления: 2015-11-28