Лекции утилизация отходов. Конспект лекцій з курсу утилізація промислових відходів для студентів 6 курсу денної форми навчання
 Скачать 0.74 Mb.
|
|
Тема 6 Утилізація відходів металургійного комплексу Відходи видобування залізної руди У нашій країні найбільш поширеним способом видобування залізної руди є відкритий шляхом створення кар'єрів глибиною до 300 м і більш. Разом з розробленням кар'єру витягують і розміщують у відвали величезні маси розкривних і вміщуючих порід, обсяги яких складають 3070% від рудної маси, яку добувають. Найбільша кількість порід, що попутно добувається, це кристалічні сланці, кварцити, роговики й інші близькі до них скельні породи. Серед розкривних порід є і нескельні, в основному осадові — глини, піски, суглинки, вапняки й ін. Скельні породи, попередньо розрихлені вибуховим способом, розробляють екскаваторами і видаляють у відвали автомобільним або залізничним транспортом. За гранулометричним складом відвальні скельні породи є неоднорідним матеріалом від пилоподібних і піщаних фракцій до глиб розміром 1 м. Переважний гранулометричний склад – 10200 мм. Істинна густина цих порід залежить від вмісту заліза і знаходиться в межах 26004100 кг/м 3 , середня 3000 кг/м 3 Основним напрямом утилізації розкривних скельних і нескельних порід є використання їх для спорудження дамб обвалування, гребель, насипів, основ доріг, для планувальних робіт, а також для виробництва будівельних матеріалів. Скельні породи широко використовують для виробництва щебеню, який застосовують як крупний заповнювач у важких і особливо важких бетонах. На багатьох гірничо-збагачувальних комбінатах України побудовані щебеневі комплекси. Об'єми утворення цих відходів перевищують масштаби можливого переробки, і основним напрямом їх використання є зворотна засипка і рекультивація кар'єрів. Відходи збагачення залізної руди Відходи збагачення залізної руди — хвости, утворюються при отриманні залізного концентрату методами електромагнітної або магнітної сепарації. Для розкриття і подальшого вилучення рудних мінералів руду піддають подрібнюванню. Тонкість подрібнювання залежить від технології збагачення, характеру і вмісту руди у сировині. Об'єми відходів складають 4060 % від об'єму збагачуваного матеріалу. Хвостове господарство – один з найдорожчих об'єктів збагачувального комплексу. Частинки хвостів мають незграбну необкочену і неправильну форму. Окрім пустої породи, в хвостах присутні частинки залізовмісних мінералів, кількість яких може досягати 1520 %. Хвости є незв'язним матеріалом, середньозважений діаметр частинок коливається в межах 0,0050,2 мм, переважають частинки розміром 0,070,005 мм. Істинна густина коливається в межах 26004000 кг/м 3 , середня 3000 кг/м 3 . Видаляють хвости в хвостосховища гідравлічним способом у вигляді пульпи, Т:Р в основному дорівнює від 1:10 до 1:30. 27 При скиданні пульпи в хвостосховище на надводних пляжах відбувається фракціонування хвостів за густиною і крупністю. У зонах, що близькі до випуску, відкладаються найкрупніші і важчі частинки, вміст заліза в цих зонах може перевищувати 30 %. По суті хвостосховища є техногенними родовищами корисних копалин, освоєння яких проводиться за допомогою прогресивніших технологій збагачення. Технологія скидання пульпи повинна формувати зони з підвищеним вмістом заліза. Хвостосховища займають величезні площі, підтоплюють прилеглі території, забруднюють підземні води. Надводні пляжі, що підсихають, створюють інтенсивне пиління. Хвости збагачення використовують для спорудження вторинних дамб на хвостосховищах, також можна використовувати їх як вторинну сировину для виробництва будівельних матеріалів: піски з відходів збагачення в будівельних розчинах, як дрібні заповнювачі у важких і особливо важких бетонах, для спорудження штучних основ під дороги, будівлі, споруди, для зворотних засипок тощо. Металургійні шлаки Металургійні шлаки утворюються при виплавлянні металів і є продуктами високотемпературної взаємодії руди, пустої породи, флюсів, палива. Їх склад залежить від цих компонентів, виду металу, що виплавляється, і особливостей металургійного процесу. Металургійні шлаки підрозділяють на шлаки чорної і кольорової металургії. Шлаки чорної металургії. Залежно від характеру процесу і типу печей шлаки чорної металургії поділяють на доменні, сталеплавильні (мартенівські, конвертерні, електроплавильні), феросплавні, вагранкові). Вихід доменних шлаків на 1 т чавуну складає 0,60,7 т; при виплавлянні 1 т сталі – 0,10,3 т. Хімічний склад доменних шлаків: СаО 2930 %, МgО 018 %, А1 2 О 3 523 % і SiО 2 3040 %. У невеликій кількості в них містяться оксиди заліза 0,20,6 % і марганцю 0,31 %, а також сірка 0,53,1 %. Сталеплавильні шлаки характеризуються вищим вмістом оксидів заліза (до 20 %) і марганцю (до 10 %). Також, як і паливні шлаки, металургійні ділять на кислі і основні – залежно від модулю основності. Більшість металургійних шлаків – основні. Оксиди, що входять до складу шлаків, утворюють різноманітні мінерали, такі як силікати, алюмосилікати, ферити і та ін. Шлаки мають високу істинну густину — середнє значення 29003000 кг/м 3 , густину шматка — 22002800 кг/м 3 , велику пористість, високу морозостійкість, низьке стирання. Найбільш поширеним способом переробки доменних шлаків є грануляція – різке охолоджування водою, парою або повітрям. Утилізація доменних шлаків у нашій країні складає близько 60 %, сталеплавильних близько 30 %. Основні напрямки утилізація шлаків: 28 Основним споживачем доменних гранульованих шлаків є цементна промисловість, в якій також можливе використання поволі охолоджених сталеплавильних шлаків, шлаків феросплавів і шлаків кольорової металургії. Шлакові в‘яжучі підрозділяють на: безклінкерні (сульфатно- шлакові і вапняно-шлакові), шлаколужні і шлакопортландцемент: сульфатно-шлакові в‘яжучі одержують спільним помелом доменних гранульованих шлаків (7585 %), гіпсу (1015 %) і невеликої добавки вапна (2 %) або портландцементного клінкеру. Такі в‘яжучі відрізняються хімічною стійкістю; їх використовують в агресивному середовищі; вапняно-шлаковий цемент отримують спільним помелом доменного гранульованого шлаку, вапна (1030 %) і гіпсу (5 %). Цей цемент за міцністю поступається сульфатно-шлаковому, має нижчу морозостійкість, але відрізняється високою стійкістю в агресивних водах; гранульовані доменні шлаки використовують як добавки до сировини (до 20 %) замість глини при виробництві портландцементу або як активні добавки до портландцементного клінкеру, широкого поширення набув шлакопортландцемент — гідравлічне в‘яжуче, яке отримують спільним тонким помелом доменного гранульованого шлаку (2080 %), портландцементного клінкеру і невеликої кількості гіпсу. Собівартість такого цементу знижується на 2530 % в порівнянні з портландцементом. Шлакопортландцемент залежно від вмісту шлаку використовують як звичайний цемент або як стійкий до дії агресивних вод; шлаколужний цемент це гідравлічне в‘яжуче, яке отримують спільним помелом доменних гранульованих шлаків і лужних компонентів — кальцинованої або каустичної соди, рідкого скла до 25% від маси шлаку. Замість лужних компонентів можна використовувати відходи їх виробництва. Шлаколужні в‘яжучі володіють високою міцністю, водостійкістю, водонепроникністю, корозійною стійкістю, біостійкістю і термостійкістю. Бетони з такого цементу володіють перерахованими перевагами, крім того, вони стійкі до дії бензину й інших нафтопродуктів і слабких розчинів органічних кислот. Вони здатні тверднути при негативних температурах. Шлаколужний цемент використовують у будівництві, а також для знешкодження радіоактивних і токсичних відходів, що містять важкі метали (шлами гальванічного виробництва, шлами водоочистки, золошлакові відходи термічного знешкодження). З металургійних шлаків отримують шлаковий щебінь шляхом дроблення відвальних металургійних шлаків або за спеціальною технологією виготовляють литий щебінь. При виробництві цього матеріалу вогняно-рідкий шлаковий розплав з шлаковозних ковшів зливають шарами товщиною 250500 мм на спеціальні ливарні майданчики або траншеї. Через 23 години він кристалізується на відкритому повітрі, потім його охолоджують водою, що призводить до розвитку тріщин. Шлакові масиви розробляють екскаваторами з подальшим дробленням і грохотуванням. 29 Необхідною умовою отримання щебеню з відвальних металургійних шлаків є стійкість їх до розпаду. Шлаки, що пролежали 35 місяців у відвалах, як правило, мають стабільний склад. Литий шлаковий щебінь характерний високою морозо - і жаростійкістю, опором до стирання. Металургійні шлаки використовують для виробництва шлакової вати і шлакової пемзи, які отримують спучуванням шлакового розплаву при швидкому охолодженні водою, повітрям, а також при дії мінеральних газоутворювачів. Застосовують ці матеріали як ізоляційні. Із шлакової пемзи виробляють також легкий фракційний щебінь шляхом дроблення і грохотування. У будівництві застосовують різні типи бетонів з в‘яжучими і заповнювачами на основі металургійних шлаків. Для особливо важких і важких бетонів (густиною 26001800 кг/м 3 ) як крупні заповнювачі використовують литий або відвальний щебінь, як дрібний заповнювач — гранульований доменний шлак. При виробництві легких шлакових бетонів як крупний заповнювач використовують щебінь на основі шлакової пемзи. Шлаковий щебінь застосовують також у дорожньому будівництві для спорудження основ доріг і асфальтобетонних покриттів. З розплавлених металургійних шлаків відливають камені для мощення доріг і підлог промислових будівель, бордюрний камінь, протикорозійні плитки, труби й інші вироби. Щодо зносо- та жаростійкості, ряду інших властивостей шлакове лиття перевищує залізобетон і сталь. Металургійні шлаки використовують для виробництва шлакоситалів. Виробництво їх полягає у варінні шлакового скла, формуванні і подальшій кристалізації виробів. Шихта для отримання ситалів складається з шлаку, піску, лужновмісних й інших домішок. Шлакоситали характеризуються високими фізико-механічними властивостями, оскільки вони такі ж міцні, як, наприклад, чавун або сталь, але шлакоситали в три рази легші. Їх легко обробляти, шліфувати, різати, свердлити. Шлакоситали широко застосовують у будівництві. Плитами з листового шлакоситалу облицьовують цоколі й фасади будівель, обробляють внутрішні стіни і перегородки, виконують з них огорожі балконів, сходові марші, підвіконня, підлоги промислових будівель, виготовляють труби, високовольтні ізолятори й інші вироби. Найбільшим споживачем шлаків є промислова гідротехніка, де шлаки можна використовувати для спорудження дамб шламонакопичувачів, закріплення укосів дамб, каналів, спорудження морських причалів, протифільтраційних заходів тощо. При виробництві феросплавів утворюються шлаки, що містять до 15- 20 % металу. Феросплави – це сплави заліза з кремнієм, марганцем, хромом й іншими металами. Їх використовують при виплавлянні сталі для розкислювання і легування рідинного металу (придання сталі особливих властивостей), зв’язування шкідливих домішок. Феросплавні шлаки використовують для вилучення цінних металів, як добавки при виплавлянні сталі, феросплавів, в цементній промисловості, у виробництві шлакового 30 литва, шлакоситалів, а також у виробництві будівельних матеріалів аналогічно доменним сталеплавильним шлакам. Шлаки кольорової металургії відрізняються великою різноманітністю. Вихід шлаків кольорової металургії на одиницю виплавленого металу значно більший, ніж шлаків чорної металургії. Так, на 1 т нікелю утворюється до 150 т шлаку, на 1 т міді — 1030 т. У шлаках міститься до 60 % оксидів заліза, оксиди кремнію, алюмінію, кальцію, магнію, а також значна кількість таких цінних компонентів, як мідь, кобальт, цинк, свинець, кадмій, рідкісні метали. Перспективним напрямом їх використання є комплексна переробка, що включає попереднє вилучення кольорових і рідкісних металів, заліза з подальшим використанням силікатного залишку для виробництва будівельних матеріалів аналогічно шлакам чорної металургії. Пил і шлами металургії У чорній і кольоровій металургії утворюється величезна кількість пилу і шламів, значна кількість їх нагромадилася в шламонакопичувачах і відвалах. Ці відходи містять у своєму складі сполучення заліза, магнію, марганцю, кальцію, цинку, свинцю, сірки й інших елементів. Залізовмісний пил і шлами утворюються при очищенні газів доменного, агломераційного і сталеплавильного виробництв. Концентрація заліза в них — в межах 3555 %, а в деяких випадках вона перевищує 68 %, тобто перевищує вміст заліза в залізорудному концентраті. На старих заводах залізовмісні пил і шлами видаляють у відвали і шламонакопичувачі через відсутність або недостатню кількість устаткування з їх підготовки до використання. На нових заводах цей пил і шлами використовують в технологічних процесах шляхом добавки до агломераційної шихти. При використанні шлами попередньо зневоднюють до вологості 89 %, з них видаляють шкідливі домішки, такі як сірка, цинк, свинець, лужні метали, а потім термічним або механічним способом з добавкою в‘яжучих, формують шматки визначених розмірів. Іншим способом утилізації залізовмісного пилу є добавка їх до складу шихти при виробництві цементу, фарб, барвників. Графітний пил утворюється при випуску чавуну з доменної печі, заливці його в міксер, транспортуванні, розливанню у форми. Вміст графіту в пилу металургійних цехів різних підприємств коливається в межах 3080 %. Графітовий пил являє собою лусочки графіту й їх зростки, що виділяються з розплаву чавуну в основному при його переливах. Графіт є важливою промисловою сировиною. Його використовують у чорній металургії, в атомній енергетиці, в машинобудуванні. Крім того, графіт застосовують при виготовленні штучних алмазів, металокераміки, різних пластмас, олівців і присадок для зняття статичної електрики. Потреба в графіті постійно зростає. Графітовмісні руди характеризуються порівняно низьким вмістом графіту. Для отримання 1 т графіту з таких руд, переробляють до 20 т руди. У промисловості використовують також дорогий штучний графіт, який виготовляють на основі 31 коксу і антрациту. Тому графітовий пил підприємств чорної металургії є цінною вторинною сировиною. Ресурси графітових відходів складають мільйони тонн. Значна частина їх надходить до відвалів і розноситься вітром на великі відстані. На сьогодні розроблені два напрями утилізації графітного пилу. Для підприємств, де вміст в пилу графіту особливо високий (6090 %), передбачено отримувати товарний графіт на самих виробництвах. Процес цей включає такі операції, як подрібнення, флотаційне збагачення за стандартними схемами. Надалі концентрат піддають хімічному доведенню. Отриманий продукт передбачають використовувати на самому підприємстві. Інший напрям утилізації полягає в збагаченні графітного пилу на металургійних підприємствах і подальшій переробці отриманого концентрату на спеціалізованих графітних заводах спільно з добутою графітною рудою. Графіт, що виготовлений при спільній переробці, не поступається за якістю графіту, який виготовлений з однієї руди, а іноді перевершує останній. Графітний пил, що містить в своєму складі менше 60 % графіту, може бути використаний для приготування теплоізоляційних сумішей в ливарному виробництві. Сірковмісні шлами утворюються при очищенні газів агломераційних виробництв від оксидів сірки за допомогою вапнякових суспензій. Такі ж шлами утворюються при очищенні газів від оксидів сірки на ТЕЦ, ТЕС, в котельнях й інших виробництвах. У результаті очищення газів утворюються сульфіти і сульфати кальцію, а також в невеликій кількості – бісульфіт кальцію і гіпс. Основна частина цих шламів надходить до шламосховища і не використовується. На сьогодні розроблені рекомендації щодо утилізації приведених шламів. Після попереднього випалювання при температурі біля 1100°С, рекомендується їх використовувати як додаток до доменного шлаку при виробництві цементу, до сировини при виробництві силікатної цегли, тротуарної плитки тощо. Іншим напрямом утилізації сірковмісних шламів є застосування їх в сільському господарстві як меліоранта для кислих, підзолених і солонцюватих грунтів. Шлам є додатковим джерелом сірки, кальцію, дозволяє нейтралізувати підвищену кислотність грунтів. Шлам, що утворюється при очищенні стічних вод прокатного виробництва містить окалину і забруднені масла. В процесі очищення в первинних відстійниках осідає крупна окалина, яка періодично вилучається з відстійника і утилізується як добавка до агломераційної шихти. У вторинних відстійниках уловлюють дрібну окалину, що забруднена нафтопродуктами, вони погіршують міцність гранул шихти, знижують її газопроникність. Тому шихту попередньо обробляють вапном, вапняком або шламами інших металургійних виробництв, а потім використовують в агломераційному або сталеплавильному виробництвах. Іншим способом підготовки замасленої окалини до утилізації є обробка її рідким сталеплавильним шлаком. Збагачений окалиною застиглий шлак є цінною металургійною сировиною. 32 Тема 7 Утилізація відходів машинобудівного комплексу Відходи гальванічних виробництв Гальванічні покриття це електронаносні металеві шари, що наносяться на поверхню виробів або напівфабрикатів для підвищення корозійної стійкості, зносостійкості, поліпшення декоративного вигляду за допомогою електричного струму. Відходи гальванічних виробництв залежно від джерел утворення розділяють на наступні види: відпрацьовані концентровані технологічні розчини (відпрацьовані електроліти нанесення покриттів, розчини зняття покриттів, лужні і кислі травильні розчини та ін.); промивні води; гальванічні шлами. Всі відходи гальванічних виробництв з одного боку є дуже небезпечними, з іншого – економічно цінними. У багатьох економічно розвинутих країнах вони є основним джерелом кольорових металів. В електролітах при їх використанні поступово накопичуються сторонні метали, механічні домішки, а якість покриття погіршується. Основним напрямом переробки відпрацьованих електролітів, що містять кольорові метали, є регенерація, з метою відновлення їх працездатності і повторного використання; другий напрям – вилучення з них кольорових металів. Прогресивні методи очищення і регенерації електролітів передбачають їх корегування один раз на 3 місяці, а повну заміну — один раз протягом 23 років. Якщо на підприємстві ці напрямки поводження з відходами не вирішені, їх направляють на очисні споруди для нейтралізації. Промивні води, які використовують при промиванні виробів, поступово забруднюються кольоровими металами. Раціональним напрямком поводження із відпрацьованими промивними водами є випарювання води з подальшим використанням її у виробничому процесі, а із осаду, що залишається, можна вилучати кольорові метали. Проте в нашій країні в основному відпрацьовані електроліти і промивні води надходять на очисні споруди для нейтралізації. Шлами, що утворюються при нейтралізації стічних вод гальванічних виробництв і регенерації відпрацьованих електролітів, є аморфним осадом, який містить гідроксиди заліза і кольорових металів. Зневоднювання їх здійснюють за допомогою вакуум-фільтрів, прес-фільтрів або центрифуг. Для підвищення продуктивності устаткування, що зневоднює, гидроксидний осад піддають реагентній або безреагентній обробці. Як реагенти використовують вапно, солі заліза й алюмінію, кислотовмісні реагенти. Недоліками реагентної обробки осаду є висока вартість і дефіцитність реагентів, збільшення його обсягу. 33 До безреагентних способів обробки гальванічних шламів відносять ущільнення, заморожування й відтаювання, введення в їх склад тирси. Розроблені технічні рішення, що дозволяють вилучати практично всі метали з гальванічних шламів методом гідрометалургії за допомогою водних розчинів хімічних реагентів. Проте до сьогодні основна частина гальванічних шламів в нашій країні надходить до шламонакопичувачів. Іншим напрямом поводження з гальванічними шламами з метою зменшення їх екологічної небезпеки є хімічна фіксація шляхом феритизації твердої фази відходів, силікатизації, отверджування з використанням неорганічних і органічних в‘яжучих речовин, спікання. Проте при цьому цінна вторинна сировина для вилучення кольорових металів часто втрачається: хромвмісні шлами після сушіння і прожарювання використовують як барвники при виробництві декоративного скла. Залежно від складу можна отримувати скло різного кольору й відтінків: зеленого, яскраво- синього, синьо-зеленого, темно-коричневого, чорного; гальванічні шлами, що збагачені залізом, використовують для отримання феритів, які знаходять застосування в електротехнічній і хімічній промисловості, в радіотехніці; повністю виключається забруднення природного середовища при сплавлянні гальванічних шламів з силікатами в співвідношенні 1:1 і температурі 8001000 °С. Цей метод дозволяє виготовляти цеглу і черепицю високої якості; прожарені гальванічні шлами також можна вводити до асфальтобетону в кількості до 20 % від маси сировинної суміші, також як добавки при виготовленні бетонних блоків. При приготуванні бетонів із шлаколужних в‘яжучих можна додавати до 20 % прожарених гальванічних шламів. При взаємодії гідроксидів важких металів з лужними силікатами утворюються силікати відповідних металів, що стійкі до розчинення. Горіла формувальна земля При виготовлені відливань з чавуну, сталі і кольорових металів в одноразових формах, які виконують з формувальних сумішей, що складаються з кварцового піску, глини (до 16 %), сполучних у вигляді бітуму, цементу, каніфолі, рідкого скла або термореактивних смол (1,53 %), використовують також графіт, порошок кам'яного вугілля і вигоряючі добавки у вигляді тирси. Витрата формувальної суміші складає приблизно 1т на 1т металевих виробів, а іноді й більше. Після використання формувальні суміші містять металеві включення, а сполучні матеріали і глина втрачають свої пластичні властивості і не придатні для повторного використання. Ці відходи називають горілою формувальною землею. Основна маса їх надходить до відвалів. Регенерація горілої формувальної землі полягає у вилученні металевих включень, видалянні пилу, дрібних фракцій глини й інших домішок. Існує два 34 способи регенерації горілої землі: мокрий і сухий. Мокрий спосіб застосовують при гідравлічному очищенні литва. При цьому горіла земля надходить до системи послідовно розташованих відстійників. Спочатку осідає пісок, а дрібні фракції надходять з проточною водою до наступного відстійника. Пісок просушують і знову запускають у виробництво. Сухий спосіб регенерації складається з двох операцій: обдирання від зерен піску зв'язувальних речовин і видалення пилу і дрібних частинок, що досягається продуванням повітря в закритому барабані з подальшим відсмоктуванням повітря разом з пилом. Горілу формувальну землю використовують також для виробництва цегли. Попередньо методом магнітної сепарації відділяють металеві домішки. Завдяки наявності в горілій формувальній землі лугу, рідкого скла, смол, якість цегли поліпшується. Лом і відходи чорних і кольорових металів Лом і відходи чорних і кольорових металів є найважливішою вторинною сировиною для металургійної промисловості. Ці відходи утворюються при обробці металу у вигляді стружки, шматків і листових відходів, у результаті морального або фізичного зносу устаткування, запасних частин й інструменту (амортизаційний лом). Переробляють металевий лом підприємства, що мають у своєму складі плавильні печі, підприємства "Вторчермета" і металургійні комбінати. Лом є складовою частиною шихти доменних і сталеплавильних виробництв. Значні втрати металевого лому відбуваються із-за поганої організації його збирання. Лом і відходи кольорових металів переробляють підприємства "Вторкольормета". У найбільших кількостях утворюються алюмінієвий, свинцевий, мідний і цинковий лом. Процеси його переробки складні і вимагають дорогого устаткування. Складність переробки полягає в тому, що кольорові метали знаходяться в металобрухті у вигляді сплавів, а вилучати кожен вид металу необхідно окремо. |