Касимов А.М. и др. Современные проблемы и решения в системе управления опасными отходами
Подождите немного. Документ загружается.
- 231 -
Антрацит
Алчевск
Брянка
Другие
Станично
-
Луганский район
Свердловский
район
Луганск
Стаханов
Рубеж ное
Первомайск
Лисичанск
Красный
луч
Краснодон
Перевальский
район
Лутугинский район
Новопсковский
район
Свердловск
Рис. 4.9. Доли городов Луганской области в образовании и размещении ПО
Одним из главных факторов, оказывающим негативное воздействие
на экологическое состояние среды г. Ровеньки, являются 51 породный
отвал. Из них 15 – действующие, их предполагают использовать еще в
течение от 1 года до нескольких десятков лет. Большую часть отвалов (36)
относят к отработанным. Из общего числа отвалов 48 оценены как
серьезные активно действующие источники загрязнения ОПС, причем
воздействие оказывается на все ее компоненты: атмосферу, грунтовые
воды, почвы, растительный и животный мир (табл. 4.2).
а)
- 232 -
б)
в)
Рис. 4.10. Влияние «мокрой» консервации шахт на экологическое
состояние ОПС в Луганской области
- 233 -
2
0
0
0
Рис. 4.11. Ситуационный план экологического мониторинга влияния ТМ и
радона на ОПС в Луганской области
Таблица 4.2
C
одержание химических элементов в почве
Элементы
Содержание в почве и грунтах, мг/кг
Кларк по А.П.
Виноградову
Средняя распространенность по
P. Бруксу
Юг Луганской
области
Hg 0,01 0,01 0,09
Pb 10 10 13,7
Cu 20 20 28,0
W
-
В земной коре – 1,2 3
Ni 40 40 46
Co 10 10 11
Bi
-
В земной коре – 0,34 2,0
Nb - 15 20,3
Li 30 30 45
Cd 0,5 0,5 0,6
Zn 50 50 69
Sc 10
-
13
B 10 10 42
F
-
-
447
На недействующих отвалах проводится рекультивация
традиционным способом – понижение, уплотнение, нанесение
плодородного грунта и озеленение отвалов. Переработка породных
отвалов не предусмотрена. Тринадцать отвалов в городских районах
- 234 -
являются горящими и загрязняют приземный слой атмосферы продуктами
горения газов и органической составляющей [2-4]. На рис. 4.12 приведена
схема понижения породного отвала. Расположение углеобогатительных
фабрик Северного Донбасса с определением уровня полезности показано
на рис. 4.13 [4].
Рис. 4.12. Схема понижения террикона пустой породы
Рис. 4.13. Расположение углеобогатительных фабрик Северного Донбасса
с определением уровня полезности
- 235 -
Полезность отходов обогатитетельных фабрик:
1 – «Краснопартизанская» (средний
совокупный рейтинг полезности 5,8);
2 – «Центросоюз» (1);
3 – им. Вахрушева (5,8);
4 – «Комсомольская» (6,8);
5 – «Партизанская» (3,8);
6 – «Краснолучская» (4,6);
7 – «Миусинская» (1,0);
8 – «Новопавловская» (6,4);
9 – «Хрустальская» (5,6);
10 – «Суходольская» (4,2);
11 – «Комендантская» (3,0);
12 – «Маяк» (5,0);
13 – «Луганская» (1,0);
14 – «Белореченская» (1,0);
15 – «Славяносербская» (2,2);
16 – «Горская» (7,2);
17 – «Привольнянская» (1,0).
Конкретно влияние отвалов на ОПС заключается в следующем:
– загрязнение атмосферы при выделении из отвальной массы газов и
пыли;
– загрязнение грунтовых вод и близлежащих водных объектов за
счет смыва растворимых солей с поверхности отвала;
– загрязнение грунтов и почв солями, смываемыми с откосов
отвалов. При этом из народнохозяйственного оборота изымаются
земли под размещение отвалов (по объединению
«
Ровенькиантрацит» общая площадь, занимаемая отвалами,
составляет 186,7 га, причем отработанные занимают 138 га);
– загрязнение прилегающих площадей породой с откосов отвала при
осыпаниях, оползнях и водноэрозийных процессах.
Лидерами должны стать успешно работающие шахты (в г. Ровеньки,
например, шахта им. Дзержинского) при поддержке государства и др.
инвесторов. Сырьевой базой для организации новых технологических
процессов могут стать породные отвалы шахт, которые после оценки
запасов могут обеспечить производство различной полезной продукции на
длительную перспективу.
За рубежом продукция переработки отходов добычи и обогащения
угля широко используется и опыт организации перерабатывающих
предприятий показывает, что они являются прибыльными. Выбор
приоритетных направлений развития перерабатывающей отрасли
определяется после детального изучения свойств пород в разных отвалах и
экономического обоснования возможных вариантов (табл. 4.3).
Предложенный подход к реструктуризации угледобывающей
отрасли позволяет ожидать следующих результатов:
– ликвидация породных отвалов в городе, что приведет к
высвобождению городских земель и улучшению состояния ОПС;
– производство качественных строительных материалов для
дорожных покрытий позволит развернуть работы по модернизации
дорог в городе и за его пределами.
Реализация такого подхода, способствующего экономическому,
экологическому и социальному развитию региона, требует изменения
- 236 -
отношения к породным отвалам, оценки их как техногенных
месторождений, сырьевых запасов критического импорта Украины и
принятию новых управленческих решений на разных уровнях, включая
государственный.
Таблица 4.3
Содержание химических элементов в отвальных породах (по 4 отвалам)
Элемент Содержание, мг/кг Кларк в осадочных породах
Hg 0,28-1,32 0,04
Pb 38,8-497,5 20
Cu 21,3-63,7 57
As 12,8-57,2 6,6
V 133-241,7 130
Mn 371-987 650
Cr 112,1-159,2 100
Мо 2-4 2
Li 53,9-109,4 6
Cd 1,55-2,3 0,3
Zn 100-121,7 80
C 3,2-15,6% масс. -
Образование токсичных соединений при горении терриконов
Температура (расчетная)
реакций, °С (при участии
тионовых бактерий)
2FeS
2
+7,5О
2
+H
2
О=Fe
2
(SО
4
)
3
+H
2
SО
4
S+1,5
О
2
+H
2
О=H
2
SО
4
0-100
4FeS
2
+3О
2
+6H
2
О=4Fe(OH)
3
+8S 0-105
FeS
2
+3О
2
=FeSО
4
+SО
2
↑ 25-300
FeS
2
+4H
2
SО
4
+О
2
=FeSО
4
+5SО
2
+4H
2
О 150-336
FeS
2
+О
2
=FeSО
4
+H
2
S↑+SО
2
↑ 150-336
S+H
2
=H
2
S↑ S
2
+2H
2
=2H
2
S↑
150-200
S+2H
2
SО
4
=3SО
2
↑+2H
2
О 200-336
2S+2
О
2
=2SО
2
↑ 248-261
2H
2
S+3О
2
=2SО
2
↑+2H
2
О 250-300
2SО
2
+2H
2
О+О
2
=2H
2
SО
4
(в водной среде)
H
2
SО
4
=H
2
О+SO
3
200-336
С+О
2
=CО
2
↑ 2С+О
2
=2СО↑ более 600
NH
3
+CO=HCN+H
2
О NH
3
+C=HCN+H
2
400-500
FeAsS=FeS+As 4As+3
О
2
=2As
2
О
3
более 1000
- 237 -
На рис. 4.14 приведена схема расположения отвалов в юго-восточной
части г. Ровеньки. Проблемы эколого-экономической оценки последствий
размещения отвалов промышленных предприятий, являющихся
техногенными месторождениями ТМ, и предприятий по их переработке,
возникли лишь в последние годы, поэтому реально апробированные
примеры таких оценок в украинской практике отсутствуют.
Рис. 4.14. Схема расположения отвалов в юго-восточной части г. Ровеньки
Сделанная нами попытка таких оценок может быть полезна как
анализ для прогнозной оценки последствий воздействия предприятия по
утилизации ценных компонентов на ОПС.
В основу разработанных авторами ряда методов снижения объема
крупнотоннажных отходов горнометаллургического комплекса и создания
экологически безопасного производства импортзаменяющей
металлургической продукции положены следующие мероприятия:
комплексная переработка сырья, кооперирование различных производств,
использование отходов одной отрасли в качестве сырья для других;
сокращение объемов токсичных отходов и их воздействия на ОПС.
Скандий относится к ценным рассеянным элементам. В рудах
скандий изоморфно замещает Fe, Ti, U, P, Al и др. Материалы, содержащие
более 0,01% Sc, считаются высокоценным сырьем и подвергаются
переработке для его извлечения. Скандий и его соединения находят
широкое применение при изготовлении приборов для военной техники,
получения специальных сплавов с заранее заданными свойствами; в
аэрокосмической технике, химической, лакокрасочной, резиновой,
керамической отраслях промышленности [20-22].
- 238 -
Неуклонный рост потребления скандия требует обеспечения роста
его производства не только за счет увеличения объемов переработки
сырья, но и путем повышения степени его использования, поиска новых
сырьевых источников. Стоимость скандия достаточно высока для того,
чтобы сделать выгодным его извлечение из отходов. Приведенные ниже
цены характеризуют потенциальный рынок скандиевой продукции
(
табл. 4.4).
Таблица 4.4
Стоимость скандиевой продукции на некоторых предприятиях
Наименование продукции и фирмы (страна)
Цена 1 кг, $
Стоимость выпускаемой
продукции, $.
Оксид скандия – 99%, USA (Urbana II,
Knoxvill; TN)
900-1100 9 000 000
Оксид скандия – 99,9%, USA (те же фирмы)
1400 14 000 000
Оксид скандия – 99,9%, USA (Stanford
Materials)
1880-2400 18 800 000
Оксид скандия – 99,5%, РФ 1100 11 000 000
Лигатура Al-2% Sc, USA (Stanford Materials)
174-254 46 980 000
Лигатура Al-2% Sc, РФ 137 9 990 000
В лаборатории «Систем и методов управления промышленными
отходами и выбросами в атмосферу» УкрНИИЭП разработана
перспективная технология извлечения скандия из нетрадиционного сырья
– отходов обогащения угля, терриконов и отвалов некоторых шахт
Донбасса (рис. 4.15). Этот вид сырья представляет собой сложную
минеральную смесь. По предварительным данным Донбасского горно-
металлургического института эти отходы содержат до 20-40 г/т Sc
2
О
3
породных отвалов (в пересчете).
Разработаны технологические решения для извлечения Sc из отходов
производства титана и диоксида титана, алюминия (красные шламы), а
также из угольных зол. Они позволяют обеспечить приемлемый уровень
извлечения Sc из вторичного сырья (50-80% – в зависимости от типа
отходов), утилизировать отходы горнорудного производства в виде
товарной продукции, имеющей важное народнохозяйственное значение.
– Проведены исследования по их гидрохимическому вскрытию с
использованием предварительного обжига, выщелачивания
растворами серной кислоты и переводом соединений Sc в раствор с
использованием высокотемпературных газожидкостных струй.
Выделение скандия из растворов осуществляют методом
экстракции органическими соединениями с последующей
реэкстракцией скандия, алюминия и редкоземельных металлов.
- 239 -
Рис.4.15. Технологическая схема получения товарного оксида скандия из
породных отвалов угледобычи
- 240 -
– Реэкстракт обрабатывают с использованием высокотемпературных
газожидкостных струй, выделяют гидроксид скандия из растворов;
осадок подвергают прокалке с получением товарного технического
оксида скандия (ТТОC) [23,24]. Преимуществом использования
измельченного сырья является рост степени его вскрытия на 5-
10%. Двухстадийное выщелачивание сырья и гидролиз растворов с
использованием высокотемпературных газо-жидкостных струй,
повышают степень перехода Sc в раствор и выделения ТТОC, его
чистоту; сокращают энергозатраты на реализацию процессов.
Как вариант предлагается организовать совместную переработку
отходов государственной акционерной компании «Титан» (г. Армянск, АР
Крым) и ожелезненных красных шламов глиноземного производства. При
обработке шламов содовыми растворами скандий переходит в раствор.
Красный шлам может быть подвергнут обогащению. Из него можно
получить такие товарные продукты, как скандиевые лигатуры, сталь с
добавкой ванадия, титан-кремний-железистую лигатуру.
Возможна дополнительная переработка шлаков, содержащих оксиды
Al, Ca
и РЗМ. Шлак может быть использован для производства
высокоглиноземистого цемента (стоимость его достигает $800 за 1 т.). В
процессе комплексной переработки ПО угольного производства с целью
получения Sc, возможно получение Ga. Галлий также может быть извлечен
из пылей и шламов газоочисток алюминиевых электролизеров, которые до
сих пор не вовлечены в переработку, поскольку многочисленные
предлагаемые способы базируются на многостадийных сложных
комбинациях термических и кислотных гидрометаллургических
процессов.
При создании предприятия по утилизации ценных компонентов из
ШН предприятий черной и цветной металлургии, химической
промышленности необходимо учитывать следующие источники его
воздействия на ОПС:
– установки, агрегаты, механизмы отбора сырья из шламонакопителя
(в зависимости от агрегатного состояния сырья),
– участки и механизмы складирования, хранения, подготовки и
дозировки компонентов сырья для текущей деятельности,
– участки, агрегаты, установки и складирования шихтовых смесей,
– агрегаты термической обработки шихты (спекание, обжиг, плавка
и др.),
– участки гидрометаллургической обработки шихты
(
выщелачивание, гидролиз, экстракция, электролиз и др.),
– участки и агрегаты очистки, подготовки, дозировки и упаковки
готовой продукции,
– участки, установки и агрегаты собственного энергетического
хозяйства (котельные, компрессорные и т.д.),