Е) Применение горелых пород, отходов углеобогащения, добычи и обогащения руд

Основная масса горелых пород является продуктом обжига пустых пород, сопутствующих месторождениям каменных углей. Разновидностями горелых пород являются глиежи – гилинстые и глинисто-песчанные породы, обожженные в недрах земли при подземных пожарах в угольных пластах, и отвальные, перегоревши шахтные породы.

Отходы углеобогащения – ценный вид минералогического сырья, в основном используемый в производстве стеновых керамических материалов и пористых заполнителей. По химическому составу отходы углеобогащения близки к традиционному глинистому сырью. В роли вредной примеси в них выступает сера, содержащаяся в сульфатных Ии сульфидных соединениях. Теплотворная способность их колеблется в широких пределах – от 3360 до 12600 кДж\кг и более.

В производстве стеновых керамических изделий отходы углеобогащения применяют как отощающую или выгорающую топливосодержащую добавку. До введения в керамическую шихту кусковые отходы дробят. Предварительное дробление не требуется для шлама размером частиц менее 1мм. Шлам предварительно подсушивается до влажности 5…6%. Добавка отходов при получении кирпича пластическим способом должна составлять 10…30%. Введение оптимального количества топливо содержащей добавки в результате более равномерного обжига значительно улучшает прочностные показатели изделий (до 30…40%), экономит топливо (до30%), исключает необходимость введения в шихту каменного угля, повышает производительность печей.

Из некоторых разновидностей отходов обогащения каменного угля можно производить не только аглопорит, но и керамзит. Ценным источником нерудных материалов являются попутно добываемые породы горнодобывающих отраслей промышленности. Основным направлением утилизации этой группы отходов является производство прежде всего заполнителей бетонов и растворов, дорожно-строительных материалов, бутового камня.

Строительный щебень получают из попутных пород при добыче железной и других руд. Высококачественным сырьем для производства щебня являются безрудные железистые кварциты: роговики, кварцитовые и кристаллические сланцы. Щебень из попутных пород при добычи железной руды получают на дробильно-сортировочных установках, а также сухой магнитной сепарацией.

Из железистых отходов наиболее широко применяются пиритные огарки. В частности в производстве портландцементного клинкера их используют как корректирующую добавку. Однако огарки, расходуемые в цементной промышленности, составляют лишь небольшую часть их общего выхода на предприятиях по производству серной кислоты, потребляющих в качестве основного исходного сырья серный колчедан.

 

Прямое использование отходов

 

Прямое использование – наиболее простой и эффективный путь утилизации отходов, предполагающий минимальные затраты на их переработку. Оно возможно и рационально, если отходы экологически безопасны и не содержат извлекаемых компонентов. Или, наоборот, в них преобладает полезный компонент, как в скрапе. Без какой-либо подготовки, кроме сортировки по составу, его используют при выплавке стали. Аналогично утилизируют отходы машиностроения, армейскую технику и любой металлолом, то есть перерабатывают несобственные отходы металлургии. Другим примером прямого использования является окалина (добавка при выплавке стали, производстве агломерата).

Он не содержит извлекаемых компонентов и экологически безопасен. Его выход составляет более 150 млн т в год. Однако существующие технологии переработки позволяют утверждать, что доменный шлак – это не отход, а промышленное сырье, которое в индустриально развитых странах используется практически полностью. Применение шлака при производстве цемента дает дополнительный ресурсоэкологический эффект, так как снижает энергозатраты на 40% и уменьшает выбросы CO2.

Переработка отходов с извлечением полезных компонентов

 

Переработке с извлечением полезных компонентов могут подвергнуться различные отходы, но их состав, дисперсность, влажность затрудняют применение существующих технологий. Рассмотрим отходы, которые постоянно накапливаются и требуют новых площадей для хранения. Это хвосты обогащения, пыли и шламы, шлаки цветной металлургии. Концентрация железа в этих шлаках достигает 25% и более, а в пылях и шламах черной металлургии до 60%, что превышает показатели необогащенных руд. Но все они содержат примеси летучих металлов, прежде всего Zn (3-7% в шлаках медных заводов, 6-10% в свинцовых). В отвалах цветной металлургии содержатся Cu, Co, Ni, Ag. Огромные запасы отходов привели к возникновению своеобразных техногенных месторождений.

 

Возникает закономерный вопрос: почему бы не использовать отходы, заменяя уменьшающиеся запасы руд? Так решались бы и задачи ресурсосбережения и экологии. Ответ прост: нет промышленных технологий переработки отходов. Их использование затруднено дисперсностью и присутствием летучих металлов. Хвосты обогащения дисперсны, но не содержат летучих примесей. Шлаки – компактный продукт, но содержат много примесей. Пылям и шламам присущи оба недостатка.

 

Комплексная утилизация многих отходов с извлечением полезных компонентов требует создания новых процессов, к которым предъявляются следующие основные требования: возможность переработки дисперсного сырья, восстановления железа и извлечения других полезных элементов. В этих процессах надо отказаться от конструкции шахтной печи и использования кокса. Последнее связано с его дефицитностью, высокой стоимостью и вредными выбросами при производстве. Поэтому в мире активно развиваются так называемые процессы жидкофазного восстановления. Основными являются Ромелт (Россия, 1979), HIsmelt (Германия, 1984), DIOS (Япония, 1988), AusIron (Австралия, 1994).

 

Ромелт – новый способ переработки отходов. Процесс Ромелт является непрерывным способом получения чугуна из железосодержащего сырья и отходов с применением недефицитных и дешевых марок некоксующихся углей. В печь с расплавом шлака через нижние фурмы вдувается кислородно-воздушная смесь, которая интенсивно перемешивает шлак. Печь футерована только до уровня нижних фурм. Остальная часть выполнена из водоохлаждаемых элементов – кессонов. На холодной поверхности кессонов шлак образует твердую корку – гарнисаж. Так решается проблема стойкости футеровки в контакте со шлаковым расплавом. Шихта – руда или железосодержащие отходы (шламы, окалина) и уголь – непрерывно загружаются сверху на поверхность шлакового расплава с температурой 1400–1500°С. Предварительной подготовки пылевидного сырья или угля не требуется. Уголь выполняет две функции. Его горение совместно с дожиганием газов поддерживает температуру в печи. Кроме того, он обеспечивает восстановление оксидов железа и формирование чугуна, который в виде капелек осаждается на дно (подину) печи. Металл и шлак выпускают через отверстия (летки), выполненные на разных уровнях [9].

 

Уничтожение токсичных отходов в металлургических агрегатах

 

Некоторые отходы химической промышленности, отработанные или запрещенные к использованию материалы медицины, средства химической защиты, электротехнические жидкости имеют высокую токсичность. Для их уничтожения обычно предлагаются новые технологические процессы и агрегаты, что связано с большими затратами. Кроме того, уничтожение не должно приводить к образованию вторичных продуктов, подчас еще более токсичных. Именно такая ситуация возникла при работе мусоросжигательных заводов первого поколения с низкой температурой сжигания. Решая основную задачу (уничтожение бытовых и горючих отходов), они производили токсичные вещества [6].

 

Металлургические агрегаты, сочетающие высокие температуры и широкий диапазон окислительно-восстановительных условий, представляют собой пока еще не востребованный резерв для уничтожения различных отходов. Вполне очевидна и экономическая обоснованность такого подхода.

 

В крупных городах отходы процентное соотношение различных видов отходов следующее: промышленные – 45%; образующиеся на очистных сооружениях систем водоснабжения и водоотведения – 31%; ТБО – около 17%; осадки ливневых очистных сооружений – около 4,8 %; отходы от зеленого хозяйства города – около 2,17%; радиоактивные отходы – около 0,03%.

 

Правильно организованный технологический полигон отходов это такое складирование твердых бытовых отходов, которое предусматривает постоянную, хотя и очень долговременную, переработку отходов при участии кислорода воздуха и микроорганизмов.

 Компостирование. Различают компостирование полевое и на мусороперерабатывающих заводах.

Переработанные таким образом отходы вступают в естественный круговорот веществ в природе за счет их обезвреживания и превращения в компост – ценное органоминеральное удобрение, используемое, например, для целей городского озеленения или в качестве биотоплива. Наиболее совершенным является непрерывный процесс компостирования с аэробным принудительным окислением органических отходов во вращающемся биотермическом барабане (компостирование на мусороперерабатывающих заводах).