Более перспективным является способ плавки отходов. Для утилизации отходов с содержанием металла не менее 10 % сначала необходимо обогащение отходов магнием с частичным отделением солевой части. Отходы загружаются в подготовительный стальной тигель, добавляется флюс (2 – 4 % массы шихты) и плавится. После плавления отходов производится рафинирование жидкого расплава специальным флюсом, расход которого составляет 0,5 – 0,7 % от массы шихты. После отстаивания выход годного металла составляет 75 – 80 % от содержания его в шлаках.
После слива металла остается густой остаток, состоящий из солей и оксидов. Содержание металлического магния в нем не более 3 – 5 %. Цель дальнейшей переработки отходов состояла в извлечении из неметаллической части оксида магния путем обработки их водными растворами кислот и щелочей.
Так как в результате процесса происходит разложение конгломерата, после просушивания и прокаливания можно получить оксид магния с содержанием до 10 % примесей. Часть оставшейся неметаллической части можно использовать в производстве керамики и стройматериалов.
Данная опытная технология позволяет утилизировать свыше 70 % массы отходов, ранее сбрасываемых в отвалы.[39]
6. 2. 3 Утилизация никеля из промышленных вод
Нижегородским государственным техническим университетом был разработан метод утилизации никеля методом одновременных ионного обмена и электролиза.
Ионы никеля промывных вод являются серьезным источником загрязнения окружающей среды и способны вызывать аллергические реакции, оказывать общетоксикологическое, канцерогенное и мутагенное воздействие, кроме того, с промывными водами безвозвратно теряется до 70 % никеля. Для очистки вод от ионов никеля рекомендуется применять ионный обмен или электролиз. При несомненных достоинствах оба метода имеют серьезные недостатки. Ионный обмен сопровождается образованием требующих утилизации растворов солей тяжелых металлов (элюатов), а электролиз не всегда позволяет проводить глубокую очистку и высоким расходом химикатов и требует больших затрат электроэнергии. Поэтому, целесообразней применять оба указанных метода совместно.
Объектом исследования промывные воды после сернокислого никелирования в электролите следующего состава (г/л): 230 – 320 NiSO4 · 7H2O; 30 – 60 NiCl · 6H2O; 30 – 40 H2BO3; 0,027 – 0,135 1,4-бутиндиола; 0,3 – 2,0 сахарина. Наиболее токсичным и ценным компонентом являются ионы никеля. Для их извлечения и последующей утилизации необходима предварительная очистка от сопутствующих веществ, следовательно, технологическая схема должна включать фильтрацию для удаления механических примесей и взвесей.[25]
Никель в промывных водах после металлизации находится в виде катионных комплексов [Ni(OH)n]2+, где n = 1 – 6. Для извлечения никеля (II) использовалась катионная смола для предотвращения образования сильнокислых элюатов, что значительно затормаживает процесс.
На регенерацию катиона существенное влияние оказывает концентрация регенерирующего раствора и скорость его пропускания через ионит. Регенерация проводилась растворами Na2SO4. Насыщенный ионами никеля катионит промывается водой и высушивается до постоянной массы.
Методом эксперимента для получения плотных никелевых покрытий были установлены следующие интервалы факторов: катодная плотность тока 0,5 – 4,0 А/дм2; температура 45 – 60 ºС; рН 1,7 – 2,3. Параметры электролиза наиболее чувствительны к изменению плотности тока. [25]
По завершению эксперимента было выяснено, что наибольшая степень извлечения никеля в результате процесса достигается при плотности тока 4,0 А/дм2, температуре 60 ºС и рН = 2,2, что позволяет за 12 ч электролиза извлекать металл из элюатов до остаточной концентрации 0,29 – 0,59 г/л.[25]
Металлургический комплекс – одна из самых развитых отраслей промышленности России, потребляющая огромное количество исчерпаемых природных ресурсов, которые, даже несмотря на значительные их запасы в недрах нашей страны, необходимо бережно и рационально использовать. В тоже время, металлургия – весьма широкий плацдарм для внедрения прогрессивных идей и новаций, направленных как на совершенствование технологий производства новых, все более ценных материалов для самого разнообразного их применения, так и для сохранения окружающей природной среды и ее богатств.
7. Воздействие на окружающую среду предприятий металлургии Пермской области
В Пермской области металлургическая промышленность существует уже не одно столетие. За этот период данная отрасль претерпевала серьезные изменения. Черная металлургия зародилась значительно раньше и была приурочена к природно-ресурсному фактору размещения: на территории Пермской области раньше существовали залежи железной руды. Они, впрочем, достаточно быстро иссякли, но накопленные технологические мощности было неразумно ликвидировать, и поэтому отрасль продолжала и продолжает до сих пор работать на привозном сырье из месторождений Свердловской области (главным образом Качканара и Нижнего Тагила). Топливо, каменный уголь, поставлялся как из местных месторождений (Кизел, Губаха), так и из Кузбасса. В недавнее время запасы местных углей также истощились, поэтому отрасль в настоящее время испытывает серьезные трудности.
На территории Пермской области существуют Чусовской металлургический завод (производит ценные феррованадиевые сплавы), Лысьвенский металлургический комбинат, Нытвенский металлургический комбинат, Губахинский коксохимический завод, шахта «Рудная» (хромовая руда).
Цветная металлургия развилась на территории Соликамско-Березниковского месторождения титано-магниевых руд. Отрасль бурно развивается, отсюда постоянно возрастает степень негативного воздействия на окружающую среду.
По массе выбросов в природную среду металлургия в Пермской области традиционно занимает одно из «лидирующих» мест (в 1998 году с 4.41 % от общего выброса находилась на третьем месте). За последние годы количество выбросов было не одинаковым.[28]
Таблица 7.1 Динамика выбросов металлургических предприятий, тыс. т/год [28]
| Предприятие | 1994г | 1995г | 1996г | 1997г | 1998г |
| Чусовской металлургический к-т | 18,082 | 19,713 | 19,824 | 19,722 | 21,058 |
| «Ависма» Титано-магниевый к-т | 1,718 | 1,835 | 1,925 | 2,143 | 2,286 |
| Соликамский магниевый з-д | 1,248 | 1,204 | 1,249 | 0,664 | 0,626 |
| Лысьвенский металлургический к-т | 1,474 | 1,935 | 0,762 | 0,812 | 0,561 |
| Нытвенский металлургический к-т | 2,922 | 1,854 | 0,690 | 0,563 | 0,475 |
| Губахинский коксохимический з-д | 0,701 | 0,906 | 1,186 | 0,262 | 0,107 |
| Всего: | 26,145 | 27,447 | 25,636 | 24,166 | 25,113 |
| Доля дот всех отраслей %: | 4,3 | 4,8 | 3,8 | 4,0 | 4,4 |
Ежегодно в отрасли образуется около тысячи тонн отходов, в основном металлургические шлаки. В таблице приведены сведения о движении отходов по некоторым предприятиям, тыс. т.
Таблица 7.2 Движение отходов по предприятиям металлургии, тыс. т [28]
| Предприятие | Образовано | % использования | Размещено в среде | Наличие на конец года |
| Чусовской метзавод | 584,962 | 163,9 | 486,109 | 12121,773 |
| Ивакинский карьер | 216,923 | 46,33 | 128,490 | 158,463 |
| «Ависма» | 91,516 | 67,13 | 37,008 | 83,809 |
В 1998году на калийных предприятиях образовалось 18.6 млн. т отходов, в том числе на «Уралкалий» - 9.598 млн. т, что на 155 тыс. т больше прошлого года. На «Сильвините» - 9.001 млн. т, т.е. на 929 тыс. т больше. В течение последних лет происходит увеличение массы образования отходов на калийных предприятиях области из-за возрастания объемов выпускаемой продукции.
Переработка руд на обогатительных предприятиях сопровождается образованием галитовых и глинистосолевых отходов в объемах, превышающих в три раза выход полезной продукции.
Калийными предприятиями области проводится определенная работа по частичному использованию отходов для выработки товарной поваренной соли (3 – 5 % от объема образования) и продажи отходов для использования в Тюменской области (5 – 6%), закладки солевых отходов в выработанные горные пространства и шахты (38 – 51 %).[28]
В общем, использование и закладка отходов проводится низкими темпами и не успевает за ростом их образования. Более 8.9 млн. т растворимых калийных солей ежегодно размещается на поверхностных солеотвалах и шламохранилищах. В 1998 году в отвалах накоплено 396 млн. 367 тыс. т отходов, из них «Уралкалий» - 237.733 млн. т, «Сильвинит» - 163.634 млн. т. На тот период размещение отходов на поверхности земли производилось на 14 объектах размещения отходов (7 – на солеотвалах, и 7 – на шламохранилищах). Общая площадь, занятая накопленными отходами калийных предприятий, составляла – 1236 га.
Серьезную опасность представляет фильтрация легкорастворимых солей. Противофильтрационные экраны не обеспечивают своей функции, ежегодный дренаж рассолов в природную среду составляет 1.8 млн. м3 или 348 тыс. т солей. Треть всех сбросов загрязняющих веществ принадлежит предприятиям г. Березники. Данные рассолы включают в себя токсичные соединения тяжелых металлов: ванадий, свинец, никель, медь, цинк, марганец, титан. [28]