Экология/4.Промышленная экология

Сатимова Е.Г.

Алматинский институт энергетики и связи

Утилизация и переработка отходов цветной металлургии

Анализ современного состояния ГМК Республики Казахстан показывает, что в результате деятельности данного сектора экономики с каждым годом усиливается тенденция истощения запасов первичного сырья, необходимости энерго– и ресурсосбережения, нарастания экологических проблем и самое главное - дефицита земли, требуемой для захоронения новых образующихся промышленных отходов.

Если учесть, что бурное развитие нефтяной отрасли в республике приходится на последние десять лет, то можно утверждать, что базовым источником накопленных и накапливаемых текущих промышленных отходов является ГМК. По официальным данным Министерства охраны окружающей среды объемы накопленных промышленных отходов в результате деятельности ГМК составляет около 20 млрд. тонн, из которых 80 % приходится на добычу и обогащение и 20 % - на металлургию.

Дискуссии о том, что делать с твердыми отходами уже идут не первый год. Широко применяемый самый простой способ - устранение отходов путем складирования или захоронения оказался затратным, не сберегающим энергию и природные ресурсы. Главное же – этот подход не решает проблемы загрязнения среды, а лишь переводит ее в новое, не менее опасное качество. Очевидность утилизации отходов становится обязательным условием поддержки экологического состояния окружающей среды.

Исследование причин образования промпродуктов, оборотных материалов и шлаковых отходов и необходимость их утилизации и переработки важно не только с позиции охраны окружающей среды, но с точки зрения экономической выгоды, когда отходы можно использовать как дешевое сырье для дополнительного получения металлов [1].

При этом научная и производственная сторона решения данной проблемы должна включать разработку высокоэффективных технологий, которые должны учитывать взаимосвязь между параметрами химического состава и технологическими показателями отдельных материалов, включающихся на переработку. При разработке таких технологий необходимо применение методов математического анализа и моделирования, что позволит выявлять «узкие места» технологии, и как следствие их влияние на экологическую безопасность производства.

Наиболее оптимальным представляется вначале решать задачу по определению и созданию необходимых условий для оптимального распределения базовых металлов и вредных примесей по получаемым в процессе продуктам в самой технологии, и далее полученные отходы подвергать анализу на предмет оценки влияния остаточного содержания в них вредных веществ на жизнедеятельность человека и окружающую среду. Такой подход позволит не только повысить извлечение базовых металлов, но и создать условия для нормирования вредных примесей в продуктах плавки. Концептуальность подхода представляет особую принципиальность и актуальность в тех случаях, когда на переработку вовлекаются полиметаллические руды и концентраты с высоким содержанием вредных примесей. Следует помнить, что при разработке любой новой технологии необходимо учитывать специфику предприятия, объемы накопленных и текущих материалов, требующих их переработки, как с экономической точки зрения, так и необходимости решения экологической проблемы.

Комплексный анализ технологических показателей существующих технологий требует акцентирования внимания на следующих проблемах, возникших на предприятиях свинцовой отрасли.

К одной из важных проблем относится вовлечение на переработку сложных по минералогическому и химическому составу полиметаллических руд и концентратов, что привело к возникновению ряда негативных последствий. Так, в результате не адаптированности действующих технологических схем к переработке такого рода сырья сильно усложнились режимы ведения плавок, ухудшились технологические их показатели. Возросли материальные и энергетические затраты, увеличились выходы некондиционных промпродуктов и оборотных материалов, характеризующихся сложными химическими и фазовыми составами; усложнилась дальнейшая переработка медного штейна конвертированием, в силу увеличения в них содержания примесей – свинца, мышьяка и сурьмы.

Изменение качества получаемых продуктов в сторону ухудшения привело к снижению базовых металлов в целевые продукты. Усложнился и состав шлака, который начал характеризоваться повышенным содержанием меди, свинца, а также мышьяка и сурьмы. Наблюдаемое перераспределение основных металлов и вредных веществ между продуктами плавки в сторону ухудшения, несомненно, начала оказывать влияние и на окружающую среду и жизнедеятельность человека.

Особо следует обратить внимание на то, что действующая классическая схема производства свинца: агломерация – шахтная плавка на штейн – рафинирование, предусматривающая вывод примесей в возгоны на определенных начальных стадиях, уже не справляется с поставленной задачей. Снижение извлечения примесей в возгоны, наблюдаемое на практике, привело не только к их перераспределению, но и значительно повлияло в сторону ухудшения на распределение базовых металлов между продуктами плавки. В результате, все попутные промпродукты и оборотные материалы, получаемые на определенных стадиях общей технологической цепи, начали характеризоваться повышенным содержанием примесных металлов. Циркуляция оборотных материалов привела к накоплению примесей в общей технологической схеме.

Вторая проблема - отсутствие альтернативных, высокоэффективных технологий, обеспечивающих как переработку сложного по составу первичного металлургического сырья, так и переработку промпродуктов и оборотных материалов. Известные в мировой практике процессы, успешно внедренные в производство, и направленные на переработку сырья исключительно определенного состава и качества, вряд ли могут быть привлекательными для решения задач присущих и стоящих перед свинцовыми заводами Казахстана. Несомненно, внедрение новых технологий позволит решить задачу увеличения производительности выпуска базовых металлов, но при этом спектр существующих остальных проблем, в части переработки промпродуктов и оборотных материалов, а также утилизации накопленных твердых отходов, останется открытым.

Третья проблема - чрезмерное отставание промышленного внедрения в свинцовом производстве автогенных и полуавтогенных процессов прямого получения свинца.

Выделенные доминанты свидетельствуют о том, что в ближайшее время в технологии производства свинца существенных изменений не произойдет. Классическая традиционная схема – агломерация - шахтная плавка на штейн - рафинирование останется главенствующей. Нарастающая тенденция увеличения содержания меди в исходном свинцовом сырье будет усиливать необходимость ведения плавки на штейн.

Несмотря на это, развитие действующих предприятий продолжает идти в направлении увеличения выпуска, прежде всего, базовых металлов за счет все большего вовлечения в переработку сложного по составу первичного сырья. И уже в ближайшее время, на предприятиях свинцовой отрасли, следует ожидать значительного увеличения выхода штейнов и оборотных материалов, что в свою очередь, еще больше усилит необходимость решения вопроса переработки полиметаллических штейнов.

Ключевое решение рассматриваемой проблемы было высказано профессором А.В.Ванюковым, который предложил выводить некоторое количество некондиционных медистых продуктов на стадии обогащения. Полученные медистые промпродукты, выведенные из цикла обогащения, предлагалось перерабатывать по новым технологическим схемам, обеспечивающим высокие показатели по извлечению всех ценных компонентов. Дальнейшую переработку безмедистого свинцового концентрата предлагалось вести на черновой свинец, без получения медно-свинцовых штейнов [2]. Несмотря на очевидность внедрения предложенного решения ее реализация на практике, до настоящего времени, остается открытой.

В сложившейся на предприятиях ситуации акцент должен быть сделан на развитие двух направлений. Первое направление - изыскание и внедрение эффективных способов по совершенствованию существующих процессов (стадий). При этом наряду с решением задачи селективного разделения металлов – свинца - в черновой свинец, меди - в штейн, цинка - в шлак, мышьяка и сурьмы - в возгоны, одновременно должен решаться вопрос полноты извлечения ценных металлов в целевые продукты. Второе направление - создание и внедрение гибких, по отношению к изменениям составов, технологий по раздельной переработке промпродуктов и оборотных материалов, с дальнейшим выводом их из общей технологической схемы. Это направление представляется наиболее кардинальным решением.

На действующих свинцовых предприятиях, в последние годы, уже ведутся работы в этих направлениях. В частности, разрабатываются и апробируются способы, направленные на улучшение технологических показателей процессов. Однако, принимаемые меры по усовершенствованию действующих технологий, как показывают результаты практики, не достаточно эффективны. Объемы получаемых промпродуктов и оборотных материалов, содержащих значительное количество ценных металлов, при этом продолжают расти. Следует ожидать, что в ближайшее время, в условиях нарастающих требований к экологии, роль и необходимость второго направления – создание гибких технологий по раздельной переработке промпродуктов и оборотных материалов - станет доминирующей.

Литература:

1. Такежанов С.Т., Ерофеев И.Е. Концепция «Комплекс» технико-технологического

развития цветной металлургии Казахстана. – Алматы, «Кiтап», 2001, 136 с.

2. Ванюков А. В., Зайцев В. Я. Теория пирометаллургических процессов. – М.: «Металлургия», 1973.