Iii экологические проблемы основных производств

Спекание

Алюминат щелочных металлов (Na₂OAl₂O₃ и K₂OAl₂O₃),

двукальциевый силикат (2CaOSiO₂) и феррит натрия (Na₂OFe₂O₃)_.

Вода

Выщелачивание

2CaOSiO₂ + Na₂OAl₂O_{3 +} 8H₂O

Фильтрация

Na₂OAl₂O₃2SiO₂2H₂O

Обескремнивание

Карбонизация

H₂O

Осадок (Al(OH)₃)

Упарка

Прокалка

Основной продукт

Рис. 14.12. Безотходная технологическая схема переработки нефелина.

По описанной схеме переработки нефелиновых концентратов много лет работают Волховский и Пикалёвский глинозёмные заводы. По аналогичной схеме работает и крупнейший в стране Ачинский глинозёмный завод, базирующийся, однако, на нефелиновом сырье Кия – Шалтырского месторождения Сибири. Нефелиновый шлам на Волховском и Пикалёвском заводах полностью перерабатывается в высококачественный портландцемент. На Ачинском заводе пока используется лишь часть образующегося нефелинового шлама, остальное – временно складируется. Тем не менее, перспективы максимального использования нефелинового шлама чрезвычайно обширны и разнообразны. На рис. 14.14 показана схема возможного использования нефелинового шлама в различных отраслях промышленности.

Одним из перспективных направлений, обеспечивающих производство алюминия и алюминиевых сплавов практически без отходов, минуя гидрохимические стадии, являются электротермические процессы, в течение многих лет разрабатываемые в нашей стране.

Электротермический способ получения алюминия непосредственно из природного сырья основывается на восстановительной плавке смеси исходного сырья с восстановителем в мощных рудотермических электропечах. При этом получается чёрный алюминиево-кремневый сплав (силумин), в который переходят все компоненты сырья за исключением кислорода и серы. Затем, на второй стадии, из чёрного сплава электрохимическим путём извлекают чистый алюминий, а в кремнистом остатке содержатся железо, титан, ванадий, хром и лишь немного алюминия. Его можно использовать в качестве комплексного раскислителя при производстве стали или для других целей.

Рис. 14.14. Схема возможного использования нефелинового шлама в различных отраслях промышленности

Для цветной металлургии всегда важной проблемой было и остаётся улавливание пыли и вредных газообразных веществ из отходящих газов. За последние годы в этом направлении проведена большая работа и достигнуты определенные положительные результаты.

В настоящее время на предприятиях цветной металлургии при­меняются почти все типы оборудования для пылеулавливания: трёх- четырёхпольные электрофильтры, рукавные фильтры, в том числе из ткани оксолон, работающей при 200⁰С. Проектными и научно-исследовательскими организациями разработан ряд конструкций пылеулавливающих агрега­тов большой мощности, в том числе и со струйной продувкой. Эти мощные аг­регаты полностью механизированы и автоматизированы.

Внимание исследователей и производственни­ков сосредоточено на решении острой для цветной металлургии проблемы – улавливании и утилизации серы из разбавленных газов, характерных для металлургии меди, никеля и свинца. В частности, отработана технология получе­ния элементарной серы из таких газов.

В этой связи важ­ное значение имеют разработка оборудования и освоение опытно-промыш­ленного цеха по производству серы метановым способом в комплексе с плавкой в жидкой ванне на Норильском горнометаллургическом комбинате.

Проведен большой комплекс работ по очистке вентиляционных выбросов от вредных газообразных компонентов: SO₂, HF, Cl₂ и других веществ нетканными ионообменными полотнами. Проведены исследования по очистке отходящих газов от соединений мышьяка, вывода его из технологических схем в виде продуктов, удобных для хранения, и проведены широкие поисковые работы по расширению областей использования мышьяка в народном хо­зяйстве.

Значительные трудности представляет улавливание выделяющихся в процессе электролитического получения алюминия фтористых соединений. Тем не менее, на действующих алюминиевых заводах разработаны и успешно внедряются различные технологические схемы и устройства для их улавли­вания и последующего использования. Намечается расширение существующих отделений регенерации с целью организации переработки всех твёрдых отходов и продуктов улавливания газообраз­ных соединений фтора. Это позволит дополнительно вернуть в процесс фтор из выбрасываемых ныне от­ходов, сократить потребление свежего криолита и, что самое важное, уменьшить загрязнение атмосферы и окружающей предприятия территории высокотоксичными соединениями фтора.

Предприятия цветной металлургии являются крупными потребителями воды – около 10 млрд. м³/г. Водооборот в среднем по отрасли составляет около 80%. В отличие от предприятий черной металлургии только 20% всей используемой в отрасли воды расходуется для охлаждения. Для производства основных видов продукции, включая все переделы произ­водства (добычу, обогащение руд, металлургию), требуется значитель­ное количество воды. Удельные расходы воды на производство отдель­ных видов продукции приведены в табл. 14.4.
Таблица 14.4

Удельный расход воды в производстве цветных металлов

Как известно, отработанные гальванические растворы и промывные воды представляют собой один из наиболее загрязненных и токсичных стоков, содержащих различные кислоты, щелочи, соли, соединения цветных металлов (в том числе хрома и кадмия), цианиды, а также различные блеско - и комплексообразователи, детергенты, масла и другие вредные компоненты, оказывающие отрицательное экологическое воздействие на все ком­поненты окружающей среды. Кроме того, по трофическим цепям они спо­собны поступать в организм человека.

В результате сброса большого количества загрязнённых сточных вод и шламов гальванических производств уже образовались районы, где концентрация цветных металлов (меди, хрома, никеля, цинка, кадмия) в окружающей среде превышает фоновую в десятки и сотни раз.

Анализ работы большинства гальванических цехов показал, что по­лезное использование цветных металлов составляет 20-70% (в среднем 30-40%), остальные металлы теряются со сточными водами и шламом, а очистка сточных вод проводится крайне неудовлетворительно и в основ­ном реагентными (осадительными) методами, весьма затрудняющими создание замкнутых систем водоснабжения и регенерацию цветных металлов.

В целом по стране гальваническими производствами в окружающую среду выбрасываются десятки тысяч т высокотоксичных и крайне де­фицитных тяжелых металлов, таких, как хром, никель, свинец, медь, кадмий, цинк, олово и др.

Основной трудностью при регенерации цветных металлов из сточ­ных вод гальванических производств является то, что на большинстве производств сточные воды от покрытий разными металлами смешиваются и в основном обрабатываются известковым молоком. Цветные металлы при этом в виде гидрооксидов (и основных солей) переходят в шлам. Содержание каждого из них в шламе не превышает 1%. Регенерация цветных ме­таллов из таких шламов достаточно сложна. Положение усугубляется еще и тем, что количество этих шламов на отдельном предприятии невелико и их переработка нерентабельна. В связи с этим разработка эффективных методов переработки шламов находится в начальной стадии, а их осуществление связано с большими трудностями.

В нашей стране выпол­нено значительное количество научно-исследовательских и опытно-кон­структорских работ по решению технических, технологических и одно­временно экологических проблем гальванических производств; разрабо­тано большое число новых технологических процессов нанесения покрытий, очистки сточных вод, созданы замкнутые системы водоснабжения и системы регенерации ценных продуктов из производственных отходов.

Широкое внедрение новых технологических процессов в промышлен­ную практику позволило бы получить большой эколого-экономический эф­фект. Однако, отмечая важность разработки отдельных прогрессивных технологических процессов и оборудования, следует подчеркнуть, что для решения проблемы очистки стоков и утилизации отходов гальванических производств недостаточно отдельных разработок, не увязанных в единый комплекс, включающий все вопросы – от нанесения покрытий до утилизации шламов.

Решение проблемы защиты окружающей среды от заг­рязнения отходами гальванических производств и рационального использования цветных металлов заключается в создании малоотходного и безотходного галь­ванического производства на региональном уровне, осуществляемом на основе целевых комплексных программ.

Такая программа включает разработку и внедрение:

• 
  малотоксичных, малоконцентрированных и регенерируемых электролитов;
  
• 
  технологии и автоматизированного оборудования гальванопокрытий, позволяющих резко уменьшить вынос электролита и количество промывной воды;
  
• 
  технологии и автоматизированного оборудования для очистки сточных вод;
  
• 
  региональных центров по сбору и переработке отработанных электролитов и концентрированных растворов цветных металлов, утилизации и переработки гальванических шламов.
  

1. 
   Основные экологические проблемы производства цветных металлов.
   
2. 
   Основные экологические проблемы пирометаллургического процесса получения меди.
   
3. 
   Основные экологические проблемы получения свинца.
   
4. 
   Основные экологические проблемы получения цинка.
   
5. 
   Основные экологические проблемы производства алюминия.
   
6. 
   Каким образом перерабатывают нефелин и в чём суть уникальности этой технологии?
   
7. 
   Каковы пути решения экологических проблем гальванического производства?
   
8. 
   Может ли недостаток цветных металлов лимитировать развитие технического прогресса?
   
9. 
   Какие краски (цвета) содержат оксиды цветных металлов?