Утилизация промышленных отходов

     Пыли  и шламы металлургических производств  можно разделить на две группы: к первой группе относятся продукты очистки дымовых газов. Железосодержащие пыли и шламы образуются при очистке  газов доменного, агломерационного и сталеплавильного производств. Концентрация железа в них -- в пределах 35--55%, в  некоторых случаях она превышает 68%, т.е. превышает удержание железа в железорудном концентрате. На старых заводах железосодержащие пыли и  шламы сбрасывают в отвалы и шламонакопители  из-за отсутствия или недостатка оборудования по их подготовке к использованию, на новых заводах эти пыли и шламы  используют в технологических процесах путем добавки к агломерационной  шихте. При использовании шламы  предварительно обезвоживают до влажности 8--9%, из них удаляют вредные примеси, такие как сера, цинк, свинец, щелочные металлы, а затем механическим или  термическим способом при добавлении вяжущих формуют куски определенных размеров.

     Другим  способом утилизации железосодержащей пыли является включение их в состав шихты при производстве цементов, красок, красителей.

     Графитовая  пыль образуется при выпуске чугуна из доменной печи, заливке его в  миксер, транспортировке, разливке в  формы или изложницы. Удержание  графита в пыли металлургических цехов различных предприятий  колеблется в пределах 30--80%. Графитовая пыль представляет собой чешуйки  графита и их сростки, выделяющиеся из расплава чугуна в основном при его переливах. Графит является важным промышленным сырьем. используется в черной металлургии при изготовлении электродов электросталеплавильных и ферросплавных печей, тиглей для плавки стали и цветных металлов, в литейном производстве при изготовлении присыпок внутренних поверхностей форм для предохранения отливок от пригара при поучении графито-коллоидных красок для подмазки литейных форм, для получения графито-керамических масс, из которых готовят литейные формы, в электротехнике для гальванических элементов и щелочных аккумуляторах, в атомной энергетике для изготовления стержней-замедлителей нейтронов, в реактивной технике в качестве особо термостойкого материала, и машиностроении в качестве порошкообразного смазочного материала. кроме того, графит применяют при изготовлении искусственных алмазов, металлокерамики, различных пластмасс, карандашей и присадок для снятия статического электричества. Потребность в графите постоянно растет. Ископаемые графитсодержащие руды характеризуются сравнительно низким содержанием графита. Для получения 1 т графита из таких руд перерабатывают до 20 т руды. В промышленности используют также дорогостоящий искусственный графит, который изготавливают на основе кокса и антрацита. Поэтому графитовая пыль предприятий черной металлургии является ценным вторичным сырьем. Ресурсы графитовых отходов оцениваются миллионами тонн. Значительная часть и поступает в отвалы и разносится ветром на большие расстояния.

     В настоящее время разработаны  два направления утилизации графитовой пыли. Для предприятий, где содержание в пыли графита особо высокое (60--90%), предполагается получать товарный графит на самих производствах. Процесс  этот включает такие операции, как  измельчение, флотационное обогащение по стандартным схемам. В дальнейшем концентрат подвергается химической доводке. Полученный продукт предполагается использовать на самом предприятии. Другое направление утилизации состоит  в обогащении графитовой пыли на металлургических предприятиях и последующей переработки  полученного концентрата на специализированных графитовых завода: совместно с ископаемой графитовой рудой. Графит, изготовленный  при совместной переработке, не уступает по качеству графиту, изготовленному из одной руды, а иногда превосходит  последний. Графитовая пыль, содержащая в своем составе менее 60% графита, можебыть использована для приготовления  теплоизоляционных смесей в литейном производстве.

     Серосодержащие  шламы образуются при очистке  газов агломерационных производств  от оксидов серы с помощью известняковых  суспензий. Такие же шламы образуются при очистке газов от оксидов серы на ТЭЦ и других производствах. В результате очистки образуются плохо растворимый в воде сульфит кальция, хорошо растворимый сульфат кальция, а также в небольшом количестве хорошо растворимые бисульфит кальция и гипс. Основная часть этих шламов поступает в шламохранилища и не используется.

     В настоящее время разработаны  рекомендации по утилизации шлама сероочистки. Для использования в цементной  промышленности рекомендуется их сначала  подвергнуть обжигу при температуре 1100--1150° С, что позве лит перевести  часть серы из шлама в диоксид  серы, а затем использовать для  производства серной кислоты. Далее  сухой шлам можно использовать как  добавку к шихте при производстве цемента. Другим направлением утилизации серосодержащих шламов является применение их в сельском хозяйстве качестве мелиоранта для кислых, оподзоленных и солонцеватых почв. Шлам является дополнительным источником серы, кальция, позволяет нейтрализовать повышенную кислотность почв.

     Образующийся  при очистке сточных вод трубопрокатного  производства шлам содержит окалину  и масла. В процессе очистки в  первичных отстойниках отделяется крупная окалина, которая периодически извлекается из отстойника и утилизируется  в качестве добавки к агломерационной  шихте. Во вторичных отстойниках  улавливается мелкая окалина и маслопродукты, эти продукты ухудшают прочность  гранул шихты, снижают ее проницаемость. Полому шихту предварительно обрабатывают известняком или шлаками других металлургических производств, а также  используют в агломерационном или  сталеплавильном производствах. Другим способом подготовки замасленной окалины  к утилизации является обработка  ее жидким сталеплавильным шлаком. Обогащенный окалиной застывший  шлак является ценным металлургическим сырьем.

     Утилизация  отходов химического  производства

     Отходы  производства фосфора, фосфорной кислоты  и фосфорных удобрений являются наиболее многотоннажными отходами химического промышленного комплекса. Наибольший удельный вес в фосфорной  промышленности приходится на производство фосфорных удобрений -- суперфосфата.

     Сырьем  для получения этих продуктов  являются руды, содержащие в своем  составе фосфориты Са3(РО4)2 и апатиты -- фтор-апатит Са3(РО4)2 * CaF2 и хлор-апатиг Са,(РО4)2 * СаС12. Кроме основных минералов, эти руды содержат в своем составе  минералы-примеси, в следовых количествах уран, торий, ванадий. Фосфорные руды представляют собой осадочные породы, сцементированные фосфатами кальция.

     При добыче фосфорных руд огромные массы  вскрышных пород, представляющие собой  пески, глины, сланцы с примесями  серы и фосфора, поступают в отвалы и практически не используются. Исходя из состава их можно использовать для производства пористых заполнителей (аглопоритов) и как банки к  сырью при производстве керамических изделий.

     Хвосты  флотации в сравнении с породами обогащения, угледобычи более однородны  по составу, содержат до 20% органического  вещества, микроэлементы. Это дает возможность  их использовать в качестве удобрений  в сельском хозяйстве. Несмотря на многолетние  исследования, длительные эксперименты и экономические расчеты, подтверждающие целесообразность утилизации от ходов  углеобогащения, в нашей стране они  используются незначительно.

     Золошлаковые  отходы образуются при сжигании твердого топлива в топках тепловых электростанций при температуре в топочной камере 1200-1700° С. Выход золошлаковых отходов  зависит от вида топлива и составляет бурых углях 10--15%, в каменных 3--40%, в горючих сланцах 50--80%, мазуте 0,15--0,20%. Топливо сжигают в виде мелких кусков или в пылевидном состоянии, отходы образуются соответственно в  виде шлака или золы. Зол улавливают с помощью воды в специальных  бункерах и удаляют в виде пульпы гидротранспортом в золоотвалы. Шлаки  гранулируют путем быстрого охлаждения водой и удаляют в отвалы сухим  или гидравлическим способом зола представляет собой тонкодисперсный материал и состоит из частиц крупностью 0,1--0,005 мм. Крупность частиц шлака 20--30 мм.

     Химический  состав золошлаковых отходов зависит  от минеральной ее ставляющей топлива  и колеблется в зависимости от месторождений угля. Примерное содержание основных оксидов в золошлаковых отходах: SiO2 37--632 А12О3 9-37%, Fe2O3 4-17%, СаО 1-32%, MgO 0,1-5%, SO3 0,05-2,5%. юле присутствует несгоревшее  топливо до 6--7% и более, в шлаках, как правило, оно отсутствует. В  золошлаковых отходах также концентрируются  радионуклиды. При использовании  их для производства строительных материалов необходимо осуществлять контроль за их содержанием.

     При оценке золошлаковых отходов как  сырья для строительных материалов важной характеристикой их химического  состава является соотношением основных и кислотных оксидов -- модуль основности:

     М„ = (СаО + МцО) : (SiO2 + А12О3),

     при Мо> 1 шлаки относятся к основным, при Мо<1 -- к кислым Большинство  золошлаков - кислые. Истинная плотность  золошлаков в зависимости от химико-минералогического  состава колеблется в пределах 1800--2400 кг/м1, насыпная 600-1100 кг/м3.

     Зола  и шлак являются крупнотоннажными отходами. Так, например, тепловая электростанция мощностью 1 млн. кВт за сутки сжигает  около 10 000 т угля, при этом образуется около 1000 т золы и шлака. Золошлаковые отвалы занимают тысячи гектаров земель, пригодных для использования  в сельском хозяйстве. Ими загрязняются почвы, поверхностные, подземные воды и особенно воздушный бассейн. Золошлаковые отходы являются ценным вторичным минеральным  сырьем. Зола и шлак обладают гидравлической активностью и могут использоваться для производства бесклинкерных  вяжущих, в качестве сырьевых компонентов  для получения цементного клинкера и как добавки к цементам. Из бесклинкерных вяжущих наиболее известен известково-зольный цемент, получаемый совместным помолом золы и извести. Состав известково-зольных  цементов зависит от содержания в  золе активного оксида кальция, оптимальное  количество извести в этом цементе  составляет 10--40%. Золы и шлаки используют как добавки при производстве портландцемента. Присутствие в  составе золы несгоревшего топлива  приводит к снижению его расхода  при производстве цемента. В портландцемент добавляют до 15% золошлака, в пуццолановый до 25--40%. Введение золы в цемент снижает  его прочность в начальные  сроки твердения, а при длительных сроках твердения прочность цементов с золой становится более высокой.

     Одним из наиболее перспективных направлений  утилизации золошлаковых отходов является производство из них пористых заполнителей для легких бетонов. Мелкий заполнитель  может быть заменен золой. В качестве крупных заполнителей применяют  щебень из топливных шлаков, аглопорит  на основе золы, зольный обжиговый  и безобжиговый гравий и глинозольный керамзит.

     Шлаки, используемые для производства щебня, должны быть устойчивы против распада. При медленном охлаждении шлаков наряду с образованием минералов  могут происходить полиморфные  превращения, что приводит к распаду  и самопроизвольному превращению  кусков шлака в порошок. Для предотвращения распада топливные шлаки рекомендуется  применять после длительного (3--6 месяцев) вылеживания в отвалах, в результате чего в них гасится свободный оксид кальция, частично выщелачиваются соли и окисляются топливные остатки.

     Топливные шлаки и зола являются сырьем для  производства искусственного пористого  заполнителя -- аглопорита. При обычной  технологии его получают в виде щебня. Разработаны также технологии производства аглопоритового гравия из золы, глинозольного  керамзита и зольного гравия. Глинозольный керамзит получают вспучиванием и спеканием  в печах гранул, сформованных из смеси глины и золы. Разработаны  технологии производства обжигового и  безобжигового зольного гравия, позволяющие  использовать практически любые  золы, получаемые от сжигании различных  видом углей. Установлена эффективность  введения золы до 20--30% взамен цемента  при изготовлении бетонов и растворов. Особенно целесообразно введение юлы  в бетон гидротехнических сооружений. Например, зола использовалась при  строительстве Днестровского гидроузла, Братской ГЭС.

     Золошлаковые  отходы используют для производства силикатного кирпича, взамен извести  и песка, при этом расход извести  снижается на 10--50%,песка на 20--30%. Такой  кирпич имеет более низкую плотность, чем обычный. Топливные зола и  шлак применяются в качестве отощающих  и выгорающих добавок в производстве керамических изделий на основе глинистых  материалов, а также в качестве основного сырья для изготовления зольной керамики. Так, на обычном  оборудовании кирпичных заводов  может быть изготовлен зольный кирпич из массы, состоящей из золы, шлака, натриевого жидкого стекла в количестве 3% по объему. Зольная керамика характеризуется  высокой кислотостойкостью, низкой истираемостью, высокой химической и термической стойкостью. Из топливных  золошлаков получают плавленые материалы: шлаковую пемзу и вату. Разработана  технология производства высокотемпературной  минеральной ваты методом плавки в электродуговой печи. Этот материал используется для изоляции поверхностей с температурой до 900--1000° С. Также  возможно получение стекол, архитектурно-строительных изделий и облицовочных плиток. Одним  из основных потребителей золошлаковых отходов является дорожное строительство, где их используют как засыпку  при устройстве оснований, для приготовления  асфальтобетонных покрытий. Золу используют также в качестве наполнителей для  производства мастик рулонных кровельных материалов. Несмотря на очевидные  выгоды и перспективы широкого применения золошлаковых отходов, объем их использования  в нашей стране не превышает 10%. Утилизация зол и шлаков требует решения  целого комплекса вопросов от разработки технических условий на их применение, технологических линий по их переработке, транспортных и погрузочно-разгрузочных средств до перестройки психологии хозяйственников в отношении  вторичных минеральных ресурсов.