Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Методы переработки бытовых и промышленных отходов. Учебное пособие

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1312 13 > Следующая >>>

гидроксидов. Значения произведения растворимости, а также значения рН, соответствующие началу осаждения гидроксидов некоторых металлов, приведены в табл. 6. Следует учесть, что при нахождении в растворе нескольких металлов происходит адсорбция металлов на поверхности образующейся твердой фазы. Иногда с целью более тонкой очистки при осаждении могут быть использованы процессы образования карбонатов и сульфидов металлов, которые имеют меньшую растворимость, чем гидроксиды.

Таблица 6

Значения произведения растворимости и рН, соответствующие

началу осаждения гидроксидов металлов

Вид катиона Произведение

растворимости

гидроксидов

Fe2+ 1,0·10 Fe3+ 3,8·10 Zn2+ 7,1·10 Cr3+ 6,7·10 Ni2+ 2,0·10 Al3+ 10 Cd2+ 2·10 Cu2+ 5,1·10 Co2+ 2·10 Pb2+ 1,1·10

7,5 2,3 6,4 4,9 7,7

4,0

8,2

5,3

6,0

6,7

Значения рН начала процесса осаждения

гидроксидов

Для выделения металлов из растворов применяется:

- восстановление (например, водородом) при обычном или повышенном давлении;

- цементацияс использованием более активных металлов;

- электролитическое восстановление;

- осаждение, например, в виде оксидов с последующим

восстановлением их до металлов различными методами – пирометаллургическими, электрохимическими (применяется чаще всего для металлов, которые не могут быть выделены из водных растворов – алюминия, молибдена, вольфрама, урана и т.д.).

Одним из недостатков гидрометаллургии является повышенный расход воды на единицу продукции, однако технологическая простота этого метода, возможность переработки бедных по отдельным компонентам отходов, резкое уменьшение воздействия на окружающую среду в сравнении с пирометаллургическими методами делает ее весьма перспективной. Так, основным методом извлечения золота является процесс

111

цианирования, основанный на взаимодействии золота с цианистыми растворами щелочей в присутствии кислорода или других окислителей. Цианистый процесс открыт русским ученым П.Р.Багратионом еще в 1843 г., введен в практику в 1890 г. и более 100 лет был и остается пока основным ведущим процессом извлечения рудного золота, хотя в настоящее время, в связи с возросшими требованиями по охране труда и защите окружающей среды, в частности, по применению безотвальной технологии, проблема замены его менее токсичным процессом становится все более актуальной. В практике золотодобывающей промышленности применяются два метода цианирования золотосодержащих материалов:

1) просачивание —перколяция раствора через слой

измельченной руды;

2) перемешивание пульп — агитационный или иловый

процесс.

Руда после измельчения поступает на классификацию по крупности, где пески крупностью частиц 0,1…0,5 мм отправляются на выщелачивание просачиванием, а ил крупностью частиц <0,1 мм — на выщелачивание перемешиванием. Перколяция применима для материалов, допускающих естественную фильтрацию раствора — просачивание. Но в настоящее время превалирует агитационный (иловый) процесс, который легче автоматизируется и отличается большим извлечением золота. Агитационный процесс может применяться и для более крупного материала.

Существуют следующие разновидности процесса перколяции в зависимости от способа осуществления: выщелачивание в чанах; кучное выщелачивание; подземное выщелачивание. В металлургии благородных металлов применяются первые два способа, подземное выщелачивание применения не нашло. Выщелачиванию в чанах подвергается материал, для которого скорость просачивания растворов составляет не менее 1,8 см/ч. Материал, уровень раствора над которым понижается медленнее, на практике считают невыгодным для обработки перколяцией. В некоторых случаях для ускорения перколяции и улучшения аэрации применяют отстаивание растворов. Скорость перколяции 2,5 см/ч считают удовлетворительной, а 7,5 см/ч и более — хорошей. На скорость перколяции оказывает большое влияние содержание глинистого материала. При увеличении содержания илов в плохо классифицированных песках происходит замедление фильтрации растворов, увеличение времени выщелачивания, увеличение количества влаги, задерживаемой

112

материалом, и понижение степени извлечения золота. Перколяция производится в деревянных или железных чанах с ложным (фильтрующим) днищем. Вместимость чанов колеблется от десяти до нескольких тысяч тонн. Чаны вместимостью до 500 т чаще всего изготавливают из деревянных клепок (брусов), до 1000 т – из железа или стальных листов, а свыше 1000 т – из железобетона. Чаны устанавливают на фундаменте. В днище чана имеются люки для разгрузки песков после выщелачивания. Ложное днище предназначено для того, чтобы на нем монтировать фильтр, на который насыпают материал для выщелачивания. Для этого на дно чана кладут ряд брусьев на расстоянии 1 м один от другого, на первый ряд накладывают другой с промежуточным расстоянием 15 см. Сверху настилают круг из холста, диаметр которого больше диаметра чана, и на него помещают коксовые маты или циновки. Сверху матов помещают защитные деревянные рейки. Большое внимание уделяется равномерности загрузки песков. Теперь рассмотрим собственно агитационный процесс. Первоначально агитационный процесс применяли для цианирования илов (отходы амальгационных фабрик), которые нельзя обрабатывать на перколяционных заводах. В дальнейшем его стали применять для обработки всей руды, которую измельчают до состояния, позволяющего осуществлять данный процесс. В соответствии с этим изменились назначение и отчасти устройство агитаторов. Все аппараты, предназначенные для выщелачивания перемешиванием пульп, можно подразделить на следующие типы: чаны с механическим перемешиванием (лопастные, пропеллерные, турбинные); чаны с пневматическим перемешиванием (пачуки); чаны с пневмомеханическим перемешиванием. В настоящее время при переработке золотосодержащих руд на золотоизвлекательных фабриках (ЗИФ) применяются в большинстве случаев комбинированные технологические схемы, включающие в себя обогатительные, гидрометаллургические и пирометаллургические процессы в различном сочетании в зависимости от характера руд, их химического и минералогического состава, формы нахождения благородных металлов и технико-экономических условий работы предприятия. Для извлечения из руд и концентратов мелкого золота наиболее широко применяется гидрометаллургический процесс цианирования, осуществляемый методами перколяции растворов для песков и мелкокускового материала, агитации или перемешивания пульп – для мелкоизмельченного материала или комбинированием обоих методов (раздельный процесс цианирования). В современной практике чаще используется агитационный процесс цианирования

113

пульп (называемый также полным иловым процессом цианирования при тонком измельчении всей руды до степени фабричных илов ≤0,15 мм) с разделением их после выщелачивания золота и серебра на твердую и жидкую фазы и последующим осаждением металлов из растворов цинковой пылью. Разделение пульп на твердую и жидкую фазы производится фильтрованием, непрерывной противоточной декантацией в сгустителях или комбинированием этих процессов. В настоящее время получает развитие биогидрометаллургия, основанная на применении автотрофных бактерий для выщелачивания металлов из сульфидных минералов или в присутствии сульфидных минералов. В процессе бактериального выщелачивания нерастворимые минеральные соединения переходят в растворимое состояние. В последнее время данный метод все шире используется для извлечения ценных компонентов (золото, медь, уран и т.д.), содержащихся в твердых отходах горных и обогатительных предприятий, с помощью методов кучного и подземного бактериального выщелачивания. Этот метод также используют для удаления примесей сульфидных минералов из техногенных отходов.

Под бактериальным выщелачиванием обычно понимают процесс избирательного извлечения химических элементов из многокомпонентных соединений в процессе их растворения в водной среде микроорганизмами. Метод бактериального выщелачивания может быть применен при любом способе выщелачивания, если в нем не используют повышенные температуры и давления. Известно довольно большое число видов микроорганизмов, которые можно применять для бактериального выщелачивания различных элементов из руд. Однако в промышленности наиболее широко для этой цели используют серобактерии (тионовые) и железобактерии. Основным источником энергии для жизненных процессов этих микроорганизмов служат реакции окисления неорганических соединений различных металлов и соединений серы.

Так, железобактерии способны окислять сульфидные минералы, переводя их в сульфаты прямым и косвенным путем. В последнем случае они переводят двухвалентное железо в трехвалентное, которое является энергичным окислителем и хорошим растворителем сульфидов:

бактерии

2 FeSO4 + 1/2O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O

Fe2(SO4)3 + MeS → MeSO4 + 2 FeSO4 + S

114

Железобактерии широко используют в промышленности для бактериального выщелачивания меди из отходов и бедных руд. Для их обработки (выщелачивания) используют водный раствор на основе сульфата железа (III) и серной кислоты в присутствии Al и тионовых бактерий, под действием которого сульфиды меди переходят в растворимое состояние:

Fe2(SO4)3 + 2 CuS + 2 H2O + 3O2 → 2 CuSO4 + 4 FeSO4 + 2 H2SO

Полученный раствор медного купороса может быть подвергнут цементации (обработке железным скрапом) для выделения металлической меди. Образующаяся медь может быть отделена от циркулирующего в установке выщелачивания раствора в виде концентрата – вязкой темно-коричневой влажной массы, содержащей около 80% цветного металла. Другим возможным путем выделения меди из раствора после выщелачивания может быть электролиз.

Электрохимические методы переработки металлосодержащих отходов.Для переработки твердо- и жидкофазных отходов применяются процессы анодного окисления и катодного восстановления. Электрохимическими методами можно проводить как выделение металлов из электролита, так и электролитическое рафинирование металлов.

Обычно металлосодержащие отходы имеют в своем составе смеси металлов и их химических соединений, поэтому задача электролиза – создание условий, препятствующих анодному растворению и катодному восстановлению одних металлов и благоприятствующих другим. Так, алюминий, кальций, натрий и другие, находящиеся в электрохимическом ряду среди наиболее отрицательных элементов, невозможно выделить в виде металла из водных растворов, так как при этом на катоде в первую очередь образуется водород, т.е. протекает реакция электрохимического разложения воды. Поэтому в производственных условиях для получения, например, металлического алюминия, используются расплавы солей, напряжение разложения которых (E глинозема (E

= 4,4 В , E

Na6AlF6

= 2,22…2,36 В).

Al2O3

=3,69 В) значительно выше, чем у

AlF3

Эффективность электрохимических методов оценивается рядом факторов: плотностью тока, напряжением, коэффициентом полезного использования напряжения, выходом по току. Так, если электролиз проводится для получения металла путем электрохимического разложения его соли, то напряжение разложения численно равно алгебраической разности анодного и катодного потенциалов:

Ер =Ua – Uk = -∆G

/nF,

где n – число электродов, принимающих участие в электрохимическом

(SO4)3, FeSO4

115

превращении; F – число Фарадея; ∆G образования соли из элементов.

– свободная энергия

5. ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ

В ряде отраслей промышленности России имеются количественные показатели оценки безотходности. Так, в цветной металлургии широко используется коэффициент комплексности,

116

определяемый долей полезных веществ, извлекаемых из перерабатываемого сырья по отношению ко всему его количеству. В ряде случаев он уже превышает 80%.

В угольной промышленности введен коэффициент безотходности производства:

где К

, К

- коэффициенты использования породы, образующейся

при горных работах, попутно забираемой воды при добыче угля (сланца) и использования пылегазовых отходов, соответственно.

Как известно, добыча угля является одним из самых материалоемких и экологически сложных в народном хозяйстве процессов. Для этой отрасли установлено, что производство является безотходным (правильнее - малоотходным), если коэффициент безотходности превышает 75%. В случае использования наряду с вновь образующейся породой отвалов прошлых лет коэффициент безотходности может превышать 100%.

Вероятно, в первом приближении для практических целей значение коэффициента безотходности (или коэффициента комплексности), равное 75% и выше, можно принять в качестве количественного критерия малоотходного, а 95% - безотходного производства в ряде материалоемких отраслей народного хозяйства. При этом, безусловно, должна учитываться токсичность отходов.

Безотходная технология - это идеальная модель производства, которая в большинстве случаев реализуется не в полной мере, а лишь частично (отсюда становится ясным и термин «малоотходная технология»).

При создании безотходных производств приходится решать ряд сложнейших организационных, технических, технологических, экономических, психологических и других задач. Для разработки и внедрения безотходных производств можно выделить ряд взаимосвязанных принципов.

Основным является принцип системности. В соответствии с ним каждый отдельный процесс или производство рассматривается как элемент динамичной системы всего промышленного производства в регионе территориально-производственного комплекса (ТПК). На более высоком уровне – уже как элемент эколого-экономической системы в целом, включающей кроме материального производства и другой хозяйственно-экономической деятельности человека, природную среду (популяции живых организмов, атмосферу, гидросферу, литосферу, биогеоценозы, ландшафты), а также человека и среду его обитания. Таким образом, принцип системности, лежащий

= 0.33 ( К

+ К

117

в основе создания безотходных производств, должен учитывать существующую и усиливающуюся взаимосвязь и взаимозависимость производственных, социальных и природных процессов.

Другим важнейшим принципом создания безотходного производства является комплексность использования ресурсов. Этот принцип требует максимального использования всех компонентов сырья и потенциала энергоресурсов. Как известно, практически все сырье является комплексным, и в среднем более трети его количества составляют сопутствующие элементы, которые могут быть извлечены только при комплексной его переработке. Так, уже в настоящее время почти все серебро, висмут, платина и платиноиды, а также более 20% золота получают попутно при переработке комплексных руд.

Одним из общих принципов создания безотходного производства является цикличность материальных потоков. К простейшим примерам цикличных материальных потоков можно отнести замкнутые водо- и газооборотные циклы. В конечном итоге последовательное применение этого принципа должно привести к формированию сначала в отдельных регионах, а впоследствии и во всей техносфере сознательно организованного и регулируемого техногенного круговорота вещества и связанных с ним превращений энергии. В качестве эффективных путей формирования цикличных материальных потоков и рационального использования энергии можно указать на комбинирование и кооперацию производств, создание ТПК, а также разработку и выпуск новых видов продукции с учетом требований повторного ее использования.

К не менее важным принципам создания безотходного производства необходимо отнести требование ограничения воздействия производства на окружающую природную и социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его объемов и экологического совершенства. Этот принцип в первую очередь связан с сохранением таких природных и социальных ресурсов, как атмосферный воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье населения. Следует подчеркнуть, что реализация этого принципа осуществима лишь в сочетании с эффективным мониторингом, развитым экологическим нормированием и многозвенным управлением природопользованием.

Общим принципом создания безотходного производства является также рациональность его организации. Определяющими здесь являются требование разумного использования всех компонентов сырья, максимального уменьшения энерго-, материало- и трудоемкости производства и поиск новых экологически

118

обоснованных сырьевых и энергетических технологий, с чем во многом связано снижение отрицательного воздействия на окружающую среду и нанесение ей ущерба, включая смежные отрасли народного хозяйства. Конечной целью в данном случае следует считать оптимизацию производства одновременно по энерготехнологическим, экономическим и экологическим параметрам. Основным путем достижения этой цели является разработка новых и усовершенствование существующих технологических процессов и производств.

Во всей совокупности работ, связанных с охраной окружающей среды и рациональным освоением природных ресурсов, необходимо выделить главные направления создания мало- и безотходных производств. К ним относятся:

- комплексное использование сырьевых и энергетических

ресурсов;

- усовершенствование существующих и разработки принципиально новых технологических процессов и производств и соответствующего оборудования;

- внедрение водо- и газооборотных циклов (на базе эффективных газо- и водоочистных методов);

- кооперация производства с использованием отходов одних производств в качестве сырья для других и создания безотходных ТПК.

Работы в этом направлении ведутся в Белгородском государственном технологическом университете им. В.Г. Шухова с момента его образования. Особое значение на первых порах уделялось утилизации и переработке вскрышных и попутно добываемых пород, отходов обогащения железистых кварцитов и позднее металлургических шлаков, пылей и шламов. На основе этих работ была выработана концепция природоохранного комплексного использования природных ресурсов, согласно которой необходимо категорически препятствовать специализированной добыче сырья для производства строительных материалов. Такое сырье должно изыскиваться среди попутно или специально добываемых пород при разработке других полезных ископаемых, добыча которых неизбежна. Эту концепцию следует дополнить тем, что необходимое сырье должно изыскиваться и среди техногенных отходов. Реализация этих предложений позволит непосредственно приблизиться к созданию безотходной или малоотходной технологической системы в рамках отдельного региона.

Такой регионально-межотраслевой подход не является новым,

119

однако, несмотря на большое количество работ в этом направлении, не создано в крупных промышленных центрах даже некоторого подобия малоотходной технологической системы. В этих разработках не хватает некоторой комплексности, детального многостороннего изучения свойств самого отхода, технологии его образования, возможности управления свойствами как самого отхода, так и композиционных материалов на его основе. В ряде случаев промышленные регионы получили уже такое развитие, что применение ряда предлагаемых принципов, например, системного анализа, для проектирования промышленных районов оказывается трудно осуществимым.

Детальный анализ воздействия на окружающую среду попутно добываемых пород и отходов горно-металлургического комплекса, особенно черной металлургии, показывает, что в настоящее время для выпуска нерудных строительных материалов используется менее 15% горно-промышленных отходов. Объем использования вскрышных и попутно добываемых пород составляет 7,5% от общего их выхода. Только на предприятиях черной и цветной металлургии России скопилось более 10 млрд. тонн твердых отходов, отвалы которых занимают свыше 100 тыс. га. В целом же по всем отраслям промышленности в России ежегодно образуется около 3,5 млрд. тонн отходов горно-рудных предприятий. В отвалах и хвостохранилищах накоплено до 60 млрд. тонн отходов. Строительная индустрия способна утилизировать вскрышные и попутно добываемые породы, а также отходы обогащения, но использует в настоящее время всего около 4% этого ценнейшего сырья.

Однако не все отходы добывающих и перерабатывающих отраслей промышленности могут быть непосредственно использованы для производства строительных материалов. В любом случае необходимо детальное исследование свойств самого отхода,технологии его получения и разработки методов кондиционирования с целью получения отхода с наилучшими потребительскими свойствами, т.е. отход должен находить эффективное применение в химической и другими отраслями промышленности при производстве продукции.

Наибольшая концентрация промышленных предприятий и населения, особенно в Белгороде, Шебекино, СтарооскольскоГубкинском регионе, приводит к созданию достаточно напряженной экологической обстановки. В загрязнение атмосферного воздуха, водных и земельных ресурсов существенный вклад вносят образующиеся на предприятиях области техногенные отходы

120

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1112 / 1312 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]