Тема 5. Безотходное или чистое производство — основа рационального природопользования Принципы создания безотходных производств

Термин «безотходная технология» впервые предложен российскими учёными Н.Н. Семёновым и И.В. Петряновым-Соколовым в 1972 г. В ряде стран Западной Европы вместо «мало- и безотходная технология» применяется термин «чистая или более чистая технология».

В соответствии с решением ЕЭК ООН и с Декларацией о малоотходной и безотходной технологиях и использовании отходов принята такая формулировка безотходной технологии: «Безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств, с тем, чтобы в рамках потребностей человека обеспечить наиболее рациональное использование природных ресурсов и энергии и защитить окружающую среду».

Основные принципы создания безотходных производств заключаются в следующем:

• комплексном использование сырья;

• создании принципиально новых и совершенствовании действующих технологий;

• создании замкнутых водо- и газооборотных циклов;

• создании ресурсе- и энергосберегающих производств;

• кооперировании предприятий и создании территориально-производственных комплексов.

Комплексное использование сырья

Отходы производства — это неиспользованная или недоиспользованная по тем или иным причинам часть сырья. Поэтому проблема комплексного использования сырья имеет большое значение, как с точки зрения экологии, так и с точки зрения экономики.

Необходимость комплексного использования природных ресурсов диктуется, с одной стороны, всё увеличивающимися темпами ростов объёмов промышленных производств, загрязняющих окружающую среду, а с другой  экономичного их расходования, поскольку запасы основного минерального сырья ограничены, а цены на него непрерывно возрастают. С 1992 по 1996 гг. цены почти на все сырьевые материалы выросли более чем в 2 раза. В свою очередь рост цен ускоряет внедрение и разработку малоотходных и безотходных производств, поскольку расширяются пределы их экономической рентабельности.

Источниками отходов являются:

• примеси в сырье, т.е. компоненты, которые не используются в данном процессе для получения готового продукта;

• неполнота протекания процесса, остаток полезного продукта в сырье;

• побочные химические реакции, приводящие к образованию неиспользуемых веществ.

Рациональное комплексное использование сырья позволяет уменьшить количество недоиспользованных веществ, увеличить ассортимент готовых продуктов, выпускать новые продукты из той части сырья, которая раньше уходила в отходы.

Характерен пример цветной металлургии, где постоянно растёт количество элементов, извлекаемых из минерального сырья. Из 90 элементов, обнаруженных в биосфере Земли, предприятиями цветной металлургии извлекались:

Год	1913	1930	1940	1960	1970	1980	1990
Число элементов	15	20	24	63	74	82	88

Из медьсодержащих руд, в состав которых входят 25 элементов, извлекаются 21 элемент. Из полиметаллического сырья извлекают 18 элементов и получают более 40 видов товарной продукции. Доля полезных элементов, извлекаемых из природного сырья в цветной металлургии  одна из самых высоких, и достигает 80 %. Повышение выхода продукта на каждой стадии процесса приводит к увеличению комплексного использования сырья. Радикальное средство против протекания побочных реакций  изменение технологии.

Комплексная переработка сырья направлена не только на бережное расходование богатств природы, но и на уменьшение отходов и тем самым предохранение окружающей природной среды от загрязнений. При этом предполагается максимальный выход продукции на каждой стадии переработки, что повышает эффективность производства и уменьшает образование отходов.

Примером резкого сокращения отходов в химической промышленности может служить переработка апатитонефелинового сырья. Апатитонефелиновая руда Кольского месторождения содержит 13 % апатита, 30-40 % нефелина, 2,2 % титаномагнетита, 9,4 % эгирина, 25 % сфена и др. Апатит в основном содержит фтор-апатит Са₅(РО₄)₃F а нефелин представляет собой алюмосиликат натрия и калия, состоящий в основном из SiO₂ (44 %), А1₂О₃ (34 %), Na₂O и К₂О (21-22 %).

Добытая руда флотацией разделяется на апатитовый и нефелиновый концентраты. Оба концентрата представляют собой комплексное сырьё, которое может быть переработано в ряд ценных продуктов. Апатитовый концентрат основное сырьё для получения фосфорных удобрений, фосфорной кислоты, элементарного фосфора и др.

Простой суперфосфат образуется при обработке апатита серной кислотой, а двойной  при обработке фосфорной. Экстракционная фосфорная кислота получается при обработке апатита серной кислотой. В этом процессе часть фтора выделяется в виде газа, а часть остаётся в фосфорной кислоте. На 1 тонну 100 %-ного Р₂О₅ в виде твёрдого отхода образуется примерно 4 т фосфогипса. Фтор из газовой среды улавливается абсорбционными методами, а из экстракционной кислоты удаляется осаждением, сорбцией или экстракцией.

Предложены следующие направления переработки фосфогипса: производство гипсовых вяжущих изделий, получение цемента и серной кислоты, получение серной и извести, а также сульфата аммония и мела.

Нефелиновый концентрат (нефелиновые хвосты) перерабатывается на глинозем, соду, поташ и портландцемент. Для этого пульпу нефелинового концентрата совместно с известняком подвергают спеканию, затем выщелачивают. При выщелачивании спека алюминаты щелочных металлов переходят в раствор. Шлам отделяют от раствора и направляют на производство портландцемента. Алюминатный раствор очищают и подвергают карбонизации. В результате образуются карбонаты Na₂СО₃ и К₂СО₃, и гидрооксид алюминия, выпадающий в осадок. Последний отделяют и прокаливают при температуре 1200 ⁰С, в результате чего получается твердый глинозем.