Апр 15 2001

КОМПЛЕКСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ЗАСКЛАДИРОВАННЫХ ОТХОДОВ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Опубликовано в 09:51 в категории Утилизация отходов

КОМПЛЕКСНАЯ УТИЛИЗАЦИЯ ЗАСКЛАДИРОВАННЫХ ОТХОДОВ ЧЁРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

В.И. Ростовский, А.С. Бондарь, О.И. Раджи, А.В. Кравченко

Донецкий государственный технический университет, Украина

Добываемые природные минеральные ресурсы не всегда используются рационально. Значительная их часть (до 90% и более) отправляется в отвалы, водоемы, атмосферу. При этом создаются огромные запасы отходов, так называемые "техногенные месторождения", которые нарушают экологическое равновесие в природе.

Экономическое развитие Украины осуществляется на основе высокоинтенсивного промышленного производства. На относительно небольшой территории Донецко-Криворожского бассейна с высокой плотностью населения сложились и развиваются крупнейшие территориально-промышленные центры, интенсивно использующие минерально-сырьевые и энергетические, а также водные, лесные и земельные ресурсы. Уже сегодня проявляются последствия ограничения и исчерпаемости этих запасов.

В черной металлургии Украины при полном освоении мощностей суммарное количество ежегодно теряемого железа составляло 35млн.т, половина его потерь приходится на горнорудную промышленность, где оно в основном содержится в отходах, представляющих слабомагнитные окисленные руды, хвосты обогащения и вскрышные породы. На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 10млн.т железосодержащих отходов (отсевы агломерата, окатышей, извести, шламы, пыли, окалина, сварочный шлак и др.), которые утилизируются не полностью. Наиболее трудноутилизируемыми являются шламы, которые используются всего наполовину.

Помимо железосодержащих отходов, в народном хозяйстве Украины на всех стадиях использования минерального сырья и топлива ежегодно образуется около 2млрд.т отходов, что требует отвода 7тыс.га земли. В отвалах накоплено около 20млрд.т отходов, которые могут быть источниками сырья для культивации поверхности литосферы и

стройиндустрии. Например, отходы обогащения руд могут успешно использоваться в качестве строительного сырья и для получения различных изделий для стройиндустрии.

На металлургических предприятиях Украины заскладировано более 70млн.т. железосодержащих шламов, из которых только 20млн.т не разубожены отходами других производств и могут быть после соответствующей подготовки утилизированы в агломерационном производстве взамен первичного природного железорудного сырья.

Кроме этих шламов, на Николаевском и Днепровском алюминиевых заводах накоплено более 20млн.т. красных шламов, которые несмотря на многочисленные предлагаемые способы их утилизации, тоже не находят применения. Образование красных шламов составляет 1,3т/т глинозёма. Эти шламы удерживают влажность порядка 50% даже при длительном хранении, что усложняет технологию их подготовки для комплексной переработки.

Из-за нерешаемости вопроса утилизации трудноподготавливаемых шламов и хвостов обогащения сложилась катастрофическая проблема дальнейшего их складирования в дорогостоящих сложных гидротехнических сооружениях. Вблизи предприятий свободных отрицательных форм рельефа местности для организации хвостохранилищ и шламонакопителей практически нет. Продолжающееся складирование шламов и хвостов обогащения удорожает себестоимость основной продукции и требует отвода новых земельных угодий. Это в конечном итоге усугубляет и до того сложное состояние окружающей природной среды в промышленно-развитых регионах и в Украине в целом.

Проведенный нами анализ качества заскладированных отходов показал, что в техногенных месторождениях содержатся не только минеральные составляющие, применяемые в стройиндустрии, но и ценные металлы, пригодные для чёрной и цветной металлургии. В этих месторождениях в некоторых случаях содержатся промышленные концентрации чёрных, легирующих, цветных, редких, редкоземельных и даже драгоценных металлов. Себестоимость извлечения и переработки этих металлов из указанных месторождений будет ниже, чем извлечение их из природного сырья, запасы которых в Украине ограничены или вообще отсутствуют. Например, красные шламы являются отходами глинозёмного производства, сырьё для которого украинские предприятия импортируют из Африки.

В сталеплавильных шламах содержатся промышленные концентрации цинка и свинца. Эти шламы заскладированы в шламонакопителях, в которых содержится до 50тыс.т цинка и свинца в виде оксидов. Масса этих компонентов ежегодно возрастала на 10тыс.т/год при полной производительности сталеплавильных цехов. В тоже время потребность чёрной металлургии в этих металлах с каждым годом увеличивается.

Комплексный подход глубокой переработки вторичного сырья позволит создать экологически чистые технологии, произвести структурную перестройку ряда отраслей промышленности из сырьевых добывающих в наукоемкие перерабатывающие с получением черных, цветных, редких, и других металлов, а также создание композиционных строительных материалов различного назначения при использовании силикатных остатков.

С целью определения рациональных путей комплексного использования отходов производства и оценок эффективности применения различных технологий с последующей разработкой научно-обоснованной тактики и стратегии их решения, нами выполнен анализ различных технологических способов переработки и утилизации техногенных месторождений из отходов металлургического производства.

Сталеплавильные (мартеновские, конвертерные и электросталеплавильные) шлаки представляют собой основной попутный продукт при производстве черных металлов. Их удельный выход составляет в среднем 160-170кг/т стали. Эти шлаки представляют собой ценный материал для использования в качестве оборотного продукта для самой черной металлургии, так как в них содержится более 80% ценных компонентов. Эти шлаки в основном используются в стройиндустрии, но значительная часть их вывозится в отвалы. Это особенно наблюдается в последние годы. Переработка шлаков позволяет повысить эффективность технологических процессов металлургического производства и получить значительную экономию природных ресурсов.

При полном освоении мощностей металлургических агрегатов использование сталеплавильных шлаков на заводах Украины достигало 10,7% от их выхода (около 440тыс.т/год), а на Енакиевском металлургическом заводе эта доля достигала 50%.

Выбор направления использования шлаков определяется тремя основными показателями:

– металлургической ценностью шлака, которая определяется его химическим составом;

– степенью подготовленности шлака для конкретных переделов;

– требованиями, предъявляемыми к металлургическому переделу, в котором используется оборотный продукт.

С этой точки зрения наибольший интерес представляют конвертерные шлаки текущего выхода и ранее заскладированные в отвалах.

Мартеновские и электросталеплавильные шлаки используются в меньшей степени.

На металлургических заводах накоплены миллионы тонн металлургических шлаков. Обычно доменные шлаки заскладированы в отвалах отдельно от сталеплавильных. Эти шлаки используются в стройиндустрии. При разработке отвалов доменных шлаков дополнительно извлекается магнитной сепарацией до 5% металла в виде корольков, которые используются в сталеплавильных процессах.

Отвальные сталеплавильные шлаки содержат больше металла (10-15%). Кроме этого, минеральная часть шлаков зачастую пригодна для металлургических процессов (агломерация, доменное и литейное производство). Если сталеплавильные шлаки используются в качестве оборотного продукта, то нет необходимости дополнительного извлечения металла, а если минеральная часть используется для стройиндустрии, то организуются специальные участки для извлечения металла.

На отвалах мартеновских шлаков Макеевского металлургического комбината с помощью иностранных инвесторов организован участок для извлечения металла. Технологической схемой предусматривается несколько стадий дробления, грохочения и магнитной сепарации этих шлаков. Корольки металла нескольких фракций от 10 до 60мм реализуются сталеплавильным цехам, а фракция 0-10мм, содержащая до 50% минеральной части, отправляется на аглофабрики. Минеральная часть этих шлаков должна отправляться на предприятия стройиндустрии, но из-за падения их производства они опять складируются.

Для полной утилизации отходов из техногенных месторождений металлургического производства необходимо проводить исследования комплексного извлечения различных металлов из этих отходов. В мировой практике можно выделить три основных подхода к решению вопроса извлечения металлов из минерального и техногенного сырья:

– механический (измельчение материала с извлечением компонентов в соответствии с их плотностью, магнитными и прочими свойствами);

– пирометаллургический (обжиг материала с разделением компонентов по температурам кипения с последующей их химической или металлургической переработкой);

– гидрометаллургический (обработка материала растворами кислот или щелочей и перевод извлекаемых компонентов в раствор с последующим извлечением целевых компонентов экстракцией или ионным обменом).

Как правило, эти подходы на практике комбинируются для достижения более высокой эффективности и комплексности использования сырья.

Основными направлениями в промышленности чёрных, цветных и редких металлов были и остаются разработка методов селективного извлечения целевых компонентов, что в области гидрометаллургической переработки приводит к созданию более избирательных экстрагентов, оказывающихся значительно сложными по химическому составу и, соответственно, более дорогостоящими. В металлосодержащих отходах общее количество металлической составляющей в виде оксидов, сульфидов, карбонатов обычно составляет не менее 20%, и поэтому по сумме металлов такое сырье является богатым. В этой связи по разрабатываемой технологии выделения металлов, переведенных в раствор, при вскрытии минерального сырья и его разделении производство оказывается сверхрентабельным.

Особой проблемой утилизации металлургических шламов является повышенное содержание в них цинка и свинца. При агломерации железорудных материалов цинк и свинец практически не удаляются и переходят в агломерат. Трудности возникают в доменном процессе, из-за чего в большинстве случаев сталеплавильные шламы не утилизируются, а складируются в долголетних шламонакопителях.

Для переработки этих шламов с извлечением цинка и свинца необходимо их подготовить до транспортабельного состояния, смешать с восстановителем и организовать пирометаллургический восстановительный процесс при температуре 1000-1100° C. Указанных процессов в черной и цветной металлургии существует большое количество, выбор которых зависит от конкретных условий организации соответствующего участка. При степени металлизации 30% цинк и свинец возгоняются и улавливаются в специальных фильтрах, из которых затем выгружаются, затариваются и отправляются на заводы цветной металлургии. Возгоны обычно содержат порядка 50% цинка и свинца в виде их оксидов. Железорудный металлизованный продукт используется в доменном или сталеплавильном процессах. Такой процесс переработки цинксодержащих шламов целесообразно организовывать для текущих шламов, что упростит работу завода по их складированию.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.