Родионов А. И и др. Tехнологические процессы экологической безопасности /Основы энвайронменталистики

Подождите немного. Документ загружается.

'681

ют с целью их извлечения. Степень извлечения свинца и цинка в

возгоны при вельцевании составляет > 90%.

При электротермической переработке можно обрабатывать как

жидкие (в отличие от вельцевания), так и твердые (в отличие от фъю-

мингования) шлаки. При переработке отвальных

шлаков

плавку ведут

руцнсггермических печах. Электроды печи погружаются

шлак, служа-

щий телом сопротивления. Электротермическая переработка шлаков

представляет собой восстановительный процесс взаимодействия рас-

плава с находящимся на

его

поверхности коксом. В результате протека-

ния

при 1250-

1500°С

ряда окислительно-восстановительных процессов

происходит восстановление цинка, возогнанные

пары

которого направ-

ляются в

конденсатор,

где цинк

превращается

в жидкий

металл, подвер-

гаемый ликвации с

последующим рафинированием

или отливкой в

чуш-

ки для отправки потребителям. Несконденсированный в металл цинк

улавливается в виде пыли

пылеуловителях.

После возгонки цинка шлак сливают из печи и передают

отвал

или на извлечение железа с одновременным использованием его си-

ликатной части. Отделяемый штейн с достаточной концентрацией

меди передается в медеплавильное производство. Свинец, отделяе-

мый от цинка при ликвации, вместе с черновым металлом, образую-

щимся

электропечи, передается на рафинирование.

Следует отметить, что перечисленные шлаковозгоночные процес-

сы не обеспечивают полного извлечения всех ценных компонентов пе-

рерабатываемых шлаков. Фъюмингование и вельцевание, в частности,

позволяют извлекать из

шлаков

цинк и свинец, однако не обеспечивают

необходимого их удаления, а также извлечения меди, благородных ме-

таллов и железа. Поэтому' прошедшие переработку' шлаки не являются

отвальными. На практике эти процессы используют для переработки

шлаков, образующихся при плавках медно-цинковых и свинцовых кон-

центратов, так как значительное содержание в таких шлаках цинка и

свинца обеспечивает рентабельность их извлечения.

Помимо перечисленных способов переработки шлаков цветной ме-

таллургии разработаны и продолжают разрабатываться другие спосо-

бы, направленные на комплексное использование металлургического

сырья:

карбидотермический (осуществляемый

электропечах с исполь-

зованием в

качестве флюса известняка и

коксика),

цементационный (ос-

нованный

на

восстановлении оксидов металлов из

шлаковых

расплавов

высокоактивным углеродом, растворенным в специально добавляемом

науглероженном чугуне, а также образующимся при разложении мета-

'682

стабильной фазы цементита Fe

C жидкого чугуна под слоем шлака),

газоэлекгрогермический (обработка шлакового расплава

электропечи

неконверсированным природным газом), флотация (для медленно ох-

лажденных шлаков после их тонкого измельчения), магнитная сепара-

ция (для клинкера процесса вельцевания) и др. Эти способы еще не по-

лучили широкого промышленного применения,

хотя ряд

из них обеспе-

чивает получение отвальных шлаков и, следовательно, возможность

использования их силикатной части в качестве

сырья для

производства

шлаковых

плит и

фасонных

изделий (для полов

и футеровки), минераль-

ной ваты, металлошлаковых труб, шлакоситаллов, заполнителей бето-

нов и других строительных материалов. Технология соответствующих

производств на основе шлаков цветной металлургии аналогична тако-

вой, используемой при переработки шлаков черной металлургии. Неко-

торые шлаки цветной металлургии (см. выше) непосредственно могут

перерабатываться в щебень, песок и другие строительные материалы,

гранулированном виде - использоваться

цементном производстве.

Необходимо отметить, что, несмотря на значительный прогресс

в области переработки и обезвреживания отходов металлургических

производств, кардинальное решение проблемы возможно лишь при

создании принципиально новых малоотходных технологических про-

цессов. Пути создания такой технологии в металлургии намечаются

уже в настоящее время. Так, в черной металлургии в послед-

нее время большое внимание уделяется бескоксовой металлургии

железа - процессу не только превосходящему доменный по технико-

экономическим показателям, но и позволяющему значительно сни-

зить вредное влияние предприятий черной металлургии на окружаю-

щую среду.

Согласно технологической схеме этого процесса (рис. Ш-54) полу-

ченный обогащением бедных

руд

магнетитовый концентрат (> 70% Fe)

в виде порошка смешивается с бентонитом и известняком, выполняю-

щим в процессе роль флюса, и передается в окомкователь для получе-

ния железнорудных окатышей (0 «10 мм). Сырые окатыши затем уп-

рочняются обжигом, и оксиды железа восстанавливаются природным

газом, конверсированным отходящими из шахтной печи газами. При

температурах 1000-1100°С идет образование губчатого железа (95%

Fe,

С); окатыши охлаждают и передают в дуговые электропечи на

плавку. Шламы процессов газоочистки направляют в отстойники для

пульпы, используемой в качестве сырья для получения окатышей.

Наряду с вышеизложенным разработка мало- и безотходной ре-

'683

сурсосберегающей технологии в цветной металлургии связана с со-

вершенствованием, модернизацией и заменой пирометаллургичес-

ких производств - внедрением

практику автогенных (плавка

жид-

кой ванне, взвешенная кислороднофакельная плавка, плавка в кив-

цэтных агрегатах - кислородно-взвешенная циклонная

электротермическая плавка и др.) и гидрометаллургических процес-

сов.

Перечисленные автогенные процессы в своем большинстве не

обеспечивают получения отвальных шлаков, однако значительно со-

кращают вредное влияние пирометаллергических производств цвет-

ной металлургии на окружающую среду: некоторые из них позволя-

ют существенно повысить содержание SO

отходящих газах и обес-

печить таким образом возможность производства на базе последних

серной кислоты, серы или жидкого диоксида серы.

Так,

опыт

эксплуатации реализованных

отечественной промыш-

ленности процессов показывает, что при воздушном и кислородном

дутье концентрация SO

отходящих газах факельной плавки может

быть увеличена до 10-14 и 90% соответственно. При обжиге тонко-

дисперсных концентратов

в токе

кислорода

циклонных камерах кив-

цэтных установок концентрация SO

подвергнутых охлаждению

пы-

леочисгке отходящих газах

может составлять

80-85%. Уловленную

пыль

возвращают

кивцэтный агрегат, а получаемый в ней расплав переда-

ют на последующую переработку. Внедренный на Челябинском элект-

ролитном цинковом заводе гидрометаллургический способ переработ-

ки сырья обеспечивает возможность практически полного извлечения

из него цинка, меди, кадмия и других металлов, а

также

серы.

18.2. Отходы тепловых электростанций

Твердые

отходы

тепловых электростанций - золы и шлаки - близ-

ки к металлургическим шлакам по составу. В системе Минэнерго

СССР их образовывалось каждый год свыше 100 млн. т, причем наи-

больший удельный вес среди них приходился на золошлаковые отхо-

ды от сжигания каменных углей. Степень использования золошлако-

вых отходов ТЭС низка: в 1985 году в СССР было использовано

13,5 млн. т этих отходов, к 1990 году планировалось довести объем

использования до « 23,5 млн. т в год, однако объем использования

этих отходов в 1990 году в России составил только 4,4 млн. т или

0,5% от имевшихся ресурсов. По химическому составу эти отходы

на 80-90% состоят из SiO

, Al

, FeO, Fe

, CaO, MgO со значи-

'684

тельными колебаниями их содержания. Кроме того, в состав этих

отходов входят остатки несгоревших частиц топлива (0,5-20%), со-

единения титана, ванадия, германия,галлия, серы, урана. Химичес-

кий состав и свойства золошлаковых отходов определяют основные

направления их использования.

Основная масса используемой части шлаков и зол служит сырь-

ем для производства строительных материалов. Так, золу ТЭС ис-

пользуют для производства искусственных пористых заполнителей

- зольного и аглопоритового гравия.

При

этом

для

получения аглопо-

ритового гравия используют золу, содержащую не больше 5-10% го-

рючих, а

для

производства зольного гравия содержание в золе горю-

чих не должно превышать 3%. Обжиг сырцовых гранул при произ-

водстве аглопоритового гравия осуществляют на решетках

агломерационных машин, а при получении зольного гравия - во вра-

щающихся печах. Возможно использование зол ТЭС и для произ-

водства керамзитового гравия.

Золы

и шлаки от

сжигания бурых и каменных углей, торфа

слан-

цев, содержащие не более 5% частиц несгоревшего топлива, могут

широко использоваться для производства силикатного кирпича

ка-

честве вяжущего при содержании в них не менее 20% CaO или в

качестве кремнеземистого заполнителя, если в них содержится не

более 5% CaO. Золы с высоким содержанием частиц угля с успехом

используются для производства глиняного (красного) кирпича. Зола

в этом случае играет

роль как

отощающей, так и топливной добавки.

Содержание вводимой золы зависит от вида используемой глины и

составляет 15-50%, а в отдельных случаях может достигать 80%.

Кислые золошлаковые отходы, а также основные с содержанием

свободной извести й 10% используют как активную минеральную

добавку при производстве цемента. Содержание горючих веществ в

таких добавках не должно превышать 5%. Эти же отходы можно

использовать

качестве гидравлической добавки (10-15

%) к

цементу.

Золу с содержанием свободной CaO не более 2-3% используют для

замены части цемента в процессе приготовления различных бето-

нов. При производстве ячеистых бетонов автоклавного твердения в

качестве вяжущего компонента используют сланцевую золу, содер-

жащую > 14% свободной CaO, а в качестве кремнеземистого ком-

понента - золу сжигания углей с содержанием грючих

3-5%. Ис-

пользование золошлаковых отходов по указанным направлениям яв-

ляется не только экономически выгодным (вследствие сокращения

'685

потребления гипсового камня, песка, цемента, извести, топлива), но

и позволяет повысить качество соответствующих изделий.

Золошлаковые отходы используют в дорожном строительстве.

Они служат хорошим сырьем для производства минераловатных из-

делий. Высокое содержание CaO в золе сланцев и торфа позволяет

использовать ее для снижения кислотности - известкования почв.

Растительная зола широко используется в сельском хозяйстве в ка-

честве удобрения ввиду значительного содержания калия и фосфо-

ра, а также других необходимых растениям макро- и микроэлемен-

тов. Отдельные виды золошлаковых отходов обладают свойствами,

Рис.

Ш-54. Схема производства

губчатого железа:

I - дисковый фильтр; 2 - бункер флюса; 3 - смеситель; 4 - барабанный окомкова-

тель; 5 - грохот; 6 - печь для обжига окатышей; 7 - шахтная печь для получения

губчатого железа; 8 - установка конверсии; 9 - циклон

'686

делающими перспективным их применение в качестве агентов очи-

стки отходящих газов ТЭС и производственных сточных вод.

Зола углей и нефтей содержит практически все металлы. Сред-

нее содержание

золе углей некоторых ценных металлов иллюстри-

руется следующими данными:

Металл Zn Ga Со M Ge V Sn

Содержание,

г/т

300 100 300 700 500 400 200

В ряде случаев концентрации металлов в золе таковы, что стано-

вится экономически выгодным их извлечение. Концентрация Sr, Zn,

V, Ge достигает 10 кг на 1 т золы. Содержание урана в золе бурых

углей некоторых месторождений может достигать 1 кг/т. Зола торфа

содержит значительные количества V, Со, Cu, Ni, Zn, U, Pb. В золе

нефтей (мазутов) содежание V

в некоторых случаях достигает

65%, кроме того в ней в значительных количествах присутствуют

Mo и Ni. В связи с этим извлечение металлов является еще одним

направлением переработки таких отходов. Из золы некоторых углей

извлекают

настоящее время редкие и рассеянные элементы (напри-

мер, Ge и Ga), из золы мазутов - ванадий, никель и другие металлы.

Вместе с тем, несмотря на наличие разработанных процессов

утилизации топливных золошлаковых отходов, уровень их использо-

вания все еще остается низким по сравнению с имеющимися ресур-

сами. С другой стороны, современное технологическое использова-

ние энергии топлива (по сравнению, например, с его использованием

на мощных ТЭС) является малоэффективным. При решении вопро-

сов защиты окружающей среды, в частности от вредного влияния

твердых и газообразных отходов ТЭС, перспективным может ока-

заться путь комплексного энерготехнологического использования

топлив. Объединение крупных промышленных установок для полу-

чения металлов и других технологических продуктов (в частности

химических), а также технологических газов с мощными топками

ТЭС может позволить полностью утилизировать как органическую,

так и минеральную части топлива, увеличить степень использования

тепла, резко сократить расход топлива.

Так, например, на энергогазохимическом комбинате топливо пе-

ред сжиганием можно будет подвергать направленному пиролизу с

получением ценных химических продуктов. Из сернистых мазутов,

в частности, можно будет получать в виде сжиженного газа пропан-

'687

бутановую смесь, бензол, серную кислоту, ванадий и газ с высоким

содержанием этилена и пропилена.

Определенные успехи на пути комплексного использования топ-

лив уже достигнуты. Так, например, в топках котлов крупнейшей в

Эстонии ГРЭС сжигают жидкое топливо, поступающее с введенной

в эксплуатацию энерготехнологической установки переработки слан-

цев, на

которой

из последних извлекают ценные компоненты, исполь-

зуемые в качестве сырья для производства синтетических материа-

лов, а жидкий остаток направляют в качестве топлива на ГРЭС.

Значительные перспективы в решении задач борьбы с отходами

в энергетике и некоторых смежных отраслях обещает детальная

отработка трех наиболее важных способов получения жидких топ-

лив из ископаемых углей: газификации (производства синтез-газа с

последующим получением на его основе жидкого топлива), гидроге-

низации (насыщение

угля

водородом

при

температурах порядка 500°С

и давлениях в несколько сот атмосфер) и пиролиза (высокотемпера-

турное разложение угля

инертной среде). Наряду с этим существен-

ные результаты на этом пути могут быть обеспечены связанными с

повышением коэффициента полезного использования топлив поиском

альтернативных источников энергии и другими подобными исследо-

ваниями.

Вопросы для повторения

1. Что представляют собой металлургические шлаки и каковы их

важнейшие свойства?

2. Как гранулируют металлургические шлаки?

3. В чем состоит получение из металлургических шлаков щебня,

шлаковой пемзы, шлаковой ваты, шлакоситаллов?

4. Что представляют собой и для чего используют при переработке

шлаков цветной металлургии процессы фъюмингования, вельцева-

ния и электротермии?

5. Какие соединения и материалы входят в состав золошлаковых

отходов теплоэнергетики?

6. В каких целях могут использоваться золошлаковые отходы тепло-

энергетики?

IV. Технология переработки твердых

бытовых отходов

Твердые бытовые отходы (ТБО) образуются при разнообразной

деятельности людей в условиях жилья, учреждений и подразделе-

ний различного профиля (административно-управленческого, обра-

зовательного, медицинского, культурно-просветительного, спортив-

ного и т.п.), пунктов общественного питания, улиц, общественного

транспорта, мест отдыха и т.п. Весьма значительные и возрастаю-

щие год от года массы образующихся ТБО обостряют санитарно-

эпидемиологическую обстановку населенных пунктов

отрицательно

сказываются на состоянии их атмосферы, гидросферы и литосферы.

Для минимизации и предотвращения этих негативных явлений осу-

ществляют изоляцию (депонирование, захоронение), обезврежива-

ние и ликвидацию ТБО.

этими целями производят сбор, транспор-

тировку ТБО (сопряженную в некоторых крупных городах с их уп-

лотнением на специальных перегрузочных станциях) к местам захо-

ронения и переработки, сортировку (в ряде случаев), а также захоро-

нение и являющуюся наиболее перспективной заводскую переработ-

ку данных материалов различными термическими приемами и пу-

тем компостирования. Все эти мероприятия государство финансиру-

ет в настоящее время

той или иной степени через органы городско-

го хозяйства и управления.

Наряду с этим положение с использованием, обезвреживанием и

размещением ТБО в большинстве регионов России до последнего

времени остается неудовлетворительным из-за нерешенности вопро-

сов сооружения полигонов и строительства перерабатывающих за-

водов. Недостаточен и уровень утилизации отдельных компонентов

ТБО

(в

частности, макулатуры, стеклобоя, металлов, текстиля и т.п.).

Основные массы ТБО в мировой практике сегодня вывозят на поли-

гоны (свалки): в Европе захоронению подвергают 60-70 % ТБО, в

США — примерно 80 %, в СНГ — около 99 %. В то же время слож-

'689

ность изыскания на приемлемом удалении от населенных пунктов

земельных участков, удовлетворяющих требованиям складирования

(захоронения) ТБО, прогрессирующее увеличение затрат на транс-

портировку и изоляцию этих материалов, а также экологический

риск

захоронения их значительных масс обусловливают повсеместное

стремление к увеличению промышленной переработки ТБО, макси-

мально удовлетворяющей критериям экономики, экологии и ресур-

сосбережения. В наибольшей степени это стремление реализовано в

государствах с небольшой территорией, малыми природными ресур-

сами и высокой плотностью населения (Япония, Швейцария), где

изолируют на полигонах лишь 30-35

ТБО.

Ниже освещены основные

аспекты

реализованной

в той

или иной

мере на практике технологии управления (обращения) с ТБО.

Глава 19.Технология сбора, удаления и

складирования ТБО

19.1. Масштабы образования и нормы накопления ТБО

В городах и поселках городского типа России ежегодно образует-

ся около 130 млн. м

(26 млн. т) ТБО, а всего по республикам СНГ

55 млн. т. Исходя из сложившегося среднего ежегодного прироста

ожидают, что к 2005 году их объем

России возрастет до 190 млн. м

(38 млн. т), а по СНГ соответственно до 300 млн. м

(60 млн. т).

Важнейшими связанными с ТБО показателями являются нормы

их накопления, определяемые отдельно для каждой местности.

Нормы накопления — это количество отходов, образующихся на

расчетную единицу (человек — для жилищного фонда; одно место в

гостинице; 1 м

торговой

площади для магазинов и складов и

т.

д.) в

единицу времени (день, год). Нормы накопления определяют в еди-

ницах массы (кг) или объеме (л, м

). К ТБО, входящим в норму на-

копления от населения и удаляемым транспортом спецавтохозяйств,

относятся отходы, образующиеся в жилых и общественных зданиях

(включая отходы от текущего ремонта квартир), отходы от отопи-

тельных устройств местного отопления, смет, опавшие листья, соби-

раемые

дворовых территорий, и крупные

предметы

домашнего оби-

хода при отсутствии системы специализированного сбора крупнога-

баритных отходов.

На нормы накопления и состав ТБО влияют такие факторы, как

степень благоустройства жилищного фонда (наличие мусоропрово-

'690

дов, газа, водопровода, канализации, системы отопления), этажность,

вид топлива при местном отоплении, развитие общественного пита-

ния, культура торговли, степень благосостояния населения и другие

показатели, а также климатические условия — различная продолжи-

тельность отопительного периода (от 150 дней в южной зоне до 300

дней в северной). Для крупных городов нормы накопления несколь-

ко выше, чем для средних и малых городов.

В табл.

IV. 1

приведены нормы накопления ТБО в жилом фонде,

которые используют для укрупненных расчетов и планирования.

Нормы накопления учреждений и предприятий общественного на-

значения в крупных городах (табл. IV.2) составляют 30-50% от норм

накопления жилых зданий (в Москве до 60 %).

Данные табл.

IV. 1

и IV.2 могут использоваться

только

для ориенти-

ровочных расчетов, так

как для

разных городов нормы накопления ме-

няются в широких пределах. Фактические нормы накопления ТБО оп-

ределяют

для каждого

конкретного города

соответствии с "Рекоменда-

циями по определению норм накопления ТБО для городов РСФСР".

Нормы накопления определяют экспериментально и утверждают

решением местных органов власти. После этого установленные ве-

личины норм накопления служат основой для расчетов между домо-

владениями и организациями (учреждениями), с одной стороны, и, с

другой стороны, предприятиями по вывозу и утилизации ТБО. По-

лагают целесообразным

пересмотр норм накопления через каждые 5

лет.

Таблица IV. 1

Ориентировочные нормы накопления ТБО

Классификация жилищного фонда

Нормы накопления ТБО

на

человека

Средняя

плотность

ТБО, кг/м

Классификация жилищного фонда

кг/год

*/год

Средняя

плотность

ТБО, кг/м

Жилые дома

благоустроенные:

при отборе пищевых отходов

без отбора пищевых отходов

180-200

210-225

0,9-1,0

1,0-1,1

190-200

200-220

неблагоустроенные:

без отбора пищевых отходов

350-450

1,2-1,5

300

Жидкие отходы из непроницаемых вы-

гребов неканализованных домов

2,0-.3,25 1000

Общая норма накопления ТБО по бла-

гоустроенным жилым и общественным

зданиям для городов с населением бо-

лее 100 тыс. чел.

260-280

1,4-1,5

190

То же с учетом всех арендаторов

280-300

1,5-1,55

200