Лекция 2. Проблемы развития безотходных производств

Технологический и технический аспекты безотходной технологии.

Поликомпонентый состав сырья практически любого месторождения требует при переработке изпользовая такой комбинации процессов, который обеспечивает наиболее комплексную (по извлекаемым компонентов) и полную (по степени извлечения и использования компонентов) переработку руды. В качестве примера можно указать обогатительно - гидрометаллургические комбинированные процессы, с использованием которых за последние 10-15 лет связаны наиболее крупные успехи комплексной переработки руд. Создание комбинированных схем не является результатом простого объединения процессов. Например, развитие гидрометаллургии позволяет отказаться от селективных флотационных схем и заменить их схемами коллективной флотации, - так как чистые селективные монометаллические концентраты можно будет получить гидрометаллургическими методами; использование хлоридовозгонки в процессе обжига на цементный клинкер позволит повысить извлечение металлов.

Исследования в области создания безотходных и малоотходных технологических процессов, методов утилизации отходов показывают, что на большинстве горных предприятий имеется возможность довести определенную часть образующихся отходов до товарной продукции или вторичного сырья для других отраслей промышленности. Предложены новые перспективные технологические процессы переработки бедных и забалансовых руд, труднообогатимого сырья, концентратов и отходов, комбинированные пиро- и гидро- металлургические процессы, методы фотометрической, рентгенолюминесцентной, радиорезонанской и радиометрической, сортировки, избирательного дробления, отсадки сухой магнитной сепарации дробленного материала.

В связи с обеднением руд пропорционально возрастает добыча горной массы, причем более 30 % горной массы представлена пустой породой.

Что позволяет повысить производительность обогатительных фабрик?

Внедрение в схемы рудоподготовки технологии и оборудования для предварительного обогащения руд до их измельчения, в первую очередь радиометрического обогащения и обогащения в тяжелых суспензиях, позволяет удалить после крупного дробления до 30-60 % массы руды с отвальными хвостами и тем самым повысить производительность обогатительных фабрик в 1,5-2 раза с повышением до 5 % извлечения металлов в последних операциях обогащения.

Промышленная реализация ионной, флокулярной, электролитической флотации, пенной сепарации, селективной флокуляции позволяет расширить диапазон крупности частиц, пригодных для флотационного обогащения с увеличением извлечения ценных компонентов из руд и их доизвлечением из промышленных растворов и сбросных вод. Проводятся исследования по интенцификации процесса флотации наложением энергетических воздействий - электрохимических, вибрационных, ультразвуковых, термических и других. При значительной контрастности магнитных свойств с больший эффективностью могут быть использованы процессы разделения руд не в воде, а в магнитных и ферромагнитных жидкостях и электролитах. Методы магнитной и феррогидростатической сепарации вытесняют традиционные гравитационные процессы при обогащении немагнитных руд крупностью - 20+0,2 мм, так как эти методы имеют близкую к идеальной эффективность разделениями их применение позволяет на порядок и более увеличить производительность на единицу площади.

Проблема повышения полноты и комплексности обогащения руд смешенного вещественного состава и в первую очередь окисленных руд решается разработкой и внедрением новых селективных, не токсичных и не чувствительных к солям жесткости флотационных реагентов таких, как высшие ксантогенаты и алкил – сульфаты, дихлоркислоты, МИГ- 43.

Каким образом решается проблема комплексной переработки в гидрометаллургии?

Внедрение новых гидрометаллургических методов автоклавного выщелачивания, сорбции из пульп и растворов, а также сочетания флотации и гидрометаллургии позволяет снизить стоимость переработки сырья, решить проблему комплексной переработки, уменьшить кондиции на руды и концентраты и отказаться от селективной флотации.

С расширением промышленного применения гидрометаллургической технологии к сульфидным концентратом схемы селективной флотации, не позволяющий четко разделить минералы, будут вытеснены схемами коллективной флотации с последующим получением чистых селективных монометаллургических концентратов гидрометаллургией. В результате чего будут повышены извлечение ценных компонентов и комплексность использования сырья и сокращены операции на обогатительных фабриках.

Пример пирометаллургической переработки богатых концентратов.

При пирометаллургической переработке богатых концентратов содержание металлов в шламах остается выше, чем в исходной руде, а общие потери металлов не ниже 20-30 %. Эффективной является технологическая схема когда в богатые концентраты можно извлекать только легкообогатимую часть ценных минералов. Из оставшейся руды получают бедный промпродукт, содержащий несколько металлов, и бедные хвосты пригодные для производства стройматериалов. Промпродукт, возможно вместе со шлаками пирометаллургии, поступает на гидрометаллургическую переработку и из него последовательно извлекают весь комплекс ценных компонентов. При этом извлечение в цикле обогащения - 90-95 %, извлечения в гидрометаллургическом цикле 95-98 %, общие потери металла в отходах 74 %. То есть могут быть решены проблемы по переработке медно - цинковых руд Урала, исчезнут отвалы пиртных, огарков, содержащих цветные металлы: химическая промышленность вместо пиритных концентратов для производства H₂S0₄ ,будет получать элементарную серу, что значительно упростит технологии предприятий химической промышленности; будут решены вопросы оздоровления атмосферы; извлечение основных и сопутствующих металлов будет повышено на 7-10 % и достигнет в металлическом переделе 97-99 %.

Важным принципом безотходной технологии является извлечение комплекса ценных компонентов в одном процессе. Использование отходов металлургической и горно - химической промышленности для производства стройматериалов позволяет получить новый значительный и дешевый сырьевой источник цветных и редких металлов, так например процесс производства стекла, цемент клинкера и других видов строительной продукции связан с нагреванием материала до 1200 - 1400⁰С. При этом возможен возгон большинства металлов в виде оксидов или хлоридов, надо только подобрать соответствующие добавки в шихту.

В горнодобывающей промышленности достигнуты определенные успехи в реализации разработанных методов утилизации отходов и безотходного производства. В цветной металлургии при извлечении 11 основных металлов получают дополнительно 60 элементов, в том числе все редкие элементы.

Что должна предусматривать безотходная технология?

Безотходная технология должна предусматривать более рациональное использование не только сырья, но и других материалов, в первую очередь воды. Система водооборота должны предусматривать извлечение из оборотных растворов ценных компонентов. Необходимо пересмотреть организацию гидрометаллургических и химических технологий, в ряде случаев целесообразна частичная нейтрализации электролизом, электродиализом, вымораживанием. Экономичным является извлечение из стоков, регенерация и повторное использование флокулянтов, соды, извести, сульфидных реагентов, экстрагентов и смол.

Экономический и организационный аспекты

Традиционно сложившаяся система техники и технологии добычи и обогощения полезных ископаемых не соответсвует идее безотходной переработке, так как создавалась для извлечения одного (или немногих) основного рудного компонента. Этой системе отвечает практика разведки месторождений, утверждения запасов, оценки месторождений, планирования и стимулирования производства, распределения капвложений, оценки экономической эффективности горных предприятий, ценообразования.

Современная методология оценки технологии, принятия проектных и плановых решений по развитию комплексности переработки полезных ископаемых базируется в основном на экономическом расчете, в котором не всегда учитываются факторы долговременного и перспективного характера; расход полезного ископаемого как природного ресурса, экологические последствия принятой технологии, стратегическое использование некоторых компонентов, возможность местной утилизации отходов и т.д. Некоторые из этих факторов не имеют количественного выражения, а учет факторов на интуитивном уровне производится субъективно и недостаточно полно. Важным обстоятельством является то, что проблема комплексной и безотходной переработки минерального сырья имеет межотраслевой характер; учет целевой продукции отрасли и оценки деятельности предприятия по ее выпуску. Разрабатываемые методы должны обеспечивать экономическую оценку и устанавливать рациональную степень использования минерального сырья с народнохозяйственных позиции. Важным обстоятельством является несовершенство технологии извлечения не только попутных, но и основных компонентов. Низкие показатели извлечения при переработке шламистых, тонковкрапленных руд заставляют рассматривать хвосты обогащения, кеки гидрометаллургии, некоторые шлаки не как отходы, а как перспективное сырье. Надежда на совершенствование технологии в будущем и удешевление некоторых дорогих процессов и реагентов приводит к необходимости складировать эти продукты. Необходимо не вообще использовать все ценные компоненты руды, а использовать их оптимальным образом. Одни и те же продукты могут служить и источником металлов и строительными материалами. Некоторые компоненты находятся в сырье в таком состоянии, что их извлечение технологически трудно и экономически нерационально. Необходимо решить задачу оптимизации комплекса извлекаемых из руды ценностей, что тесно связано с оптимизацией размещения продукции между потребителями.

Имеются финансово-экономические обстоятельства, которые затрудняют обоснование и внедрение безотходных технологий; несовершенство механизма ценообразования наглядно видно из сопоставления внутренних оптовых цен и цен на минеральное сырье на международном рынке. Низкий уровень внутренних цен в отдельных случаях препятствует рентабельному использованию сложных технологических процессов, необходимых для извлечения ценных компонентов из отходов, внедренных систем утилизации отходов, очистки вод и газов, относя себестоимость этих операций на себестоимость переработки сырья. Более высокие цены при большем содержании основного металла в сырье и отказ от оплаты компонентов в концентратах и полуфабрикатах, которые в них являются нежелательной примесью стимулируют лучшее использование сырья.

Нерациональное использование природных ресурсов ведет к ускоренному их сокращению (в смысле пригодности их к промышленной переработке) и постоянному увеличению вредного влияния производства на окружающую среду. Поэтому важной научно- технической проблемой современности является комплексный подход к использованию минеральных ресурсов. Причем должны совершенствоваться технология и экономический механизм, стимулирующий усилия в этом направлении.

До настоящего времени не разработаны стимулирования комплексной переработки сырья, отсутствуют утвержденные методики экономической оценки, экономическое стимулирование через поощрительные фонды предприятия.

Научные и технологические разработки в области утилизации отходов существенно опережают организационно- технические мероприятия, что определяет трудности внедрения в промышленность разработанных и апробированных технологических решений, народнохозяйственная сущность которых доказана. Отсутствуют организационные формы, позволяющие решать проблему, но нет полной информации о количестве, качестве и технологических свойствах, как накопленных, так и ежегодно образующихся отходов. Соответствующая форма отчетности была внедрена с 1981 г. ЦСУ СССР. Но она учитывала количество отходов, а не их свойства и направления утилизации. Организация безотходной технологии требует больших кап. вложений и текущих затрат, что, несмотря на возможность получения большего количества продукции. Прибыли, лучшего использования сырья, вызывает определенные трудности. Например, для повышения уровня повторного использования побочных продуктов и отходов в практике государственно монополистического регулирования (в США, в частности) используется ряд рычагов экономического характера, в частности введение разного вида налогов и экономически обоснованных цен на отходы. Налоговая политика предусматривает введение льгот предприятиям, перерабатывающим свои отходы, введение специального налога на тару, взимаемого с производителей и снижаемого пропорционально остаткам материала в таре. При этом общая сумма налога примерно равна издержкам, необходимым для повторного использования тары. Далее, частично введен налог на сброс опасных отходов химических производств в зависимости от содержания в них токсичных веществ. Практикуется федеральное субсидирование разработок новых технологических процессов по переработке и повторному использованию отходов, а также заключение долгосрочных контрактов по их реализации при гарантированном минимальном уровне цен. Но для системного решения проблемы безотходной технологии необходимо специальное экономическое ее обоснование, учитывающее все экологические, ресурсные и народнохозяйственные последствия утилизации отходов основного производства.

При определении экономической эффективности технологических процессов трудно эти процессы сопоставить, так как практически они не сопоставимы по ассортименту производимой продукции, срокам ее получения и воздействию на окружающую среду. Поэтому прямое использование общепринятого в планово - проектной практике критерия минимума затрат при экономическом обосновании безотходных технологических процессов невозможно. Поэтому нецелесообразно и абсолютная экономическая оценка безотходной или малоотходной технологии в денежном выражении. В основу методики должна быть положена сравнительная оценка возможных вариантов технологии, так как позволяет принять решение по выбору варианта производства или переработки данного сырья. Переход на безотходную технологию связан с необходимостью совершенствования структуры управления народным хозяйством. Совокупность процессов утилизации отходов как завершающей стадии технологической цели использования минерального сырья может рассматриваться в масштабах всего народного хозяйства, горно промышленного региона (ГПР) или горно - металлургического комбината (ГМК). Накопленный опыт в разработке технологических процессов позволяет создавать малоотходную технологию на уровне ГМК основываясь на интуитивном подходе. Но на уровне ГПР необходимы научно - обоснованные методы разработки схем: формирование исходного множества возможных технологически обоснованных вариантов; детальный технико - экономический расчет по каждому варианту и выбор оптимального варианта. Учет ущерба от загрязнения окружающей среды приводит к значительному расширению экономической целесообразности применения безотходных технологий. При этом возрастает экономическая эффективность комбинирования производственных объединений в промышленности для охраны окружающей среды.

Таким образом, родилось научное и техническое направление, получившие название безотходной технологии и представляющее собой совокупность технических средств и знаний направленных на то, чтобы в условиях наращивания темпов производства обеспечить нормальное существование человеческого общества и экологических систем в целом.