Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Экологическая безопасность технологий. Малоотходные, безотходные и замкнутые по реагентам технологии

2. Технологии производства цветных металлов

2.1 Цветные металлы, сплавы и основы их производства

2.6 Вторичная металлургия цветных металлов

1. Экологическая безопасность технологий. Малоотходные, безотходные и замкнутые по реагентам технологии

В наши дни необходимость защиты окружающей среды является по-прежнему актуальной. Это обусловлено чрезмерно возросшим потреблением природных ресурсов и гигантскими масштабами выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Загрязнение окружающей среды, -- символ эффективности любого производства: предотвращение образования отходов (в том числе и энергетических) либо их использование в качестве дополнительного источника сырья и энергии означает и прекращение загрязнения окружающей среды. Поэтому концепция современного производства базируется на малоотходных (в идеале безотходных) технологиях, обеспечивающих эффективное использование материальных и энергетических ресурсов при отвечающих государственным стандартам ПДВ (предельно-допустимых выбросов) и ПДС (предельно-допустимых сбросов) вредных веществ в окружающую среду (либо при полном отсутствии выбросов). В этой связи возникает объективная необходимость разработки и осуществления комплекса мероприятий по внедрению малоотходных (МОП) и безотходных технологических процессов (БОП). В этот комплекс входят вопросы как технологического, так и организационного характера: обеспеченность предприятий сырьем, энергией, средствами контроля и т. п. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007

При разработке МОП и БОП возникает комплекс технических проблем и ряд организационных вопросов. Так, к числу технических проблем относятся:

* разработка принципиально новых МОП и БОП;

* совершенствование существующих технологических процессов (оба эти направления имеют целью получение продуктов высокого качества, сокращение стадий процессов, использование малотоксичного исходного сырья);

* регенерация исходных соединений (мономеров, растворителей и т. д.);

* утилизация отходов;

* очистка стоков и водооборотных систем и т. п. (для осуществления БОП и МОП должна использоваться такая техника контактирования фаз, которая обеспечивает оптимальные условия их осуществления);

* необходимая температурная последовательность по длине рабочей зоны;

* интенсивный тепло- и массообмен;

* максимально возможная селективность;

* минимальные потери энергии;

* внедрение непрерывных процессов и т. д.

Для осуществления БОП требуется разрабатывать принципиально новые аппараты (например, позволяющие совмещать в одном аппарате несколько технологических процессов), оптимизировать размеры реакторов и их производительность, использовать новые конструкционные материалы и т. д.

Таким образом, наиболее рациональные пути уменьшения промышленных отходов и загрязнения окружающей среды следующие:

Первый из них является, по сути дела, приспособлением к новым требованиям по охране окружающей среды, которое сводится к установке специального оборудования для очистки отходов всех видов.

Второй путь предусматривает изменение самих технологических процессов с тем, чтобы комплексно и полнее перерабатывать исходные материалы в целевые продукты и тем самым сокращать объемы отходов, сделать их менее вредными для окружающей среды или перевести в формы, легко поддающиеся вторичной переработке или специальному хранению.

Второй путь невозможен без создания безотходных производств, в которых осуществляются замкнутые материальные и энергетические потоки, не соприкасающиеся с окружающей средой.

Понятие «безотходное производство» условно, т. к. практически полностью избавиться от отходов и избежать влияния производства на окружающую среду нельзя. Тем не менее современный уровень науки и техники, основанный на энерго- и ресурсосберегающих технологиях, позволяет сводить их к минимуму.

Термин «безотходная технология» получил широкое распространение в мире. Наиболее полная трактовка термина следующая:

Безотходная технология - это такой способ производства продукции (процесс, цех, территориально-производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле «сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные сырьевые ресурсы» таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

В определении прежде всего подчеркивается необходимость использования сырьевых ресурсов в цикле, включающем также и сферу потребления, а это означает, что замкнутым такой цикл может быть только на уровне территориально-производственного комплекса (ТПК). Следовательно, безотходное производство (БОП) должно быть практически замкнутой системой, организованной по аналогии с природными экологическими системами. Так, в природных системах продукты жизнедеятельности одних организмов используются другими организмами и в целом осуществляют саморегулирующийся биогеохимический круговорот веществ. Основу же БОП составляет сознательно организованный и регулируемый человеком техногенный круговорот сырья, продукции и отходов.

Вторым основным положением БОП является обязательное включение в производство и потребление всех компонентов сырья. При этом должно быть обеспечено максимально возможное использование потенциала энергетических ресурсов, естественно, ограниченное вторым законом термодинамики. Здесь также проводится прямая аналогия с природными экосистемами, которые, будучи практически замкнутыми, не являются изолированными, т. к. через них проходит поток энергии, которую экосистемы получают от Солнца, поглощают, трансформируют и излучают в космическое пространство. Таким образом, и БОП является практически замкнутым, но не изолированным.

И, наконец, третьей составной частью концепции БОП является сохранение (с учетом возможного теплового загрязнения) сложившегося экологического равновесия, т. е. ущерб окружающей среде, наносимый производством, не должен быть выше допустимого уровня. Под ущербом понимают фактические и возможные потери в результате отрицательных изменений окружающей среды, которые обусловлены антропическими факторами.

По мнению В.А. Радкевича, антропогенные факторы управляют процессами формирования человека и не имеют никакого отношения к воздействию на другие организмы и к изменению, а тем более загрязнению окружающей среды. Последнее обусловливается антропическими факторами.

Создание БОП - длительный процесс, требующий решения взаимосвязанных технологических, экономических, организационных и других задач. Поэтому в качестве промежуточного этапа для практических целей допустимо использование малоотходного производства (МОП).

Под малоотходным понимается такой способ производства продукции (процесс, предприятие, ТПК), при котором вредное воздействие на окружающую среду не превышает уровня, допустимого санитарно-гигиеническими нормами. При этом по техническим, организационным, экономическим и другим причинам часть сырья и материалов переходит в отходы и направляется на длительное хранение или захоронение.

Экологическая проблема создания безотходных технологий имеет по крайней мере четыре аспекта:

1) экологический в узком смысле этого слова, т.е. связанный с биологическим соотношением человеческого общества с природой при глобальном загрязнении окружающей среды;

2) ресурсный аспект, связанный с угрозой истощения природных ресурсов;

3) технологический и технический, предусматривающие при переработке многокомпонентного сырья комбинации процессов, которые обеспечивают наиболее комплексное (по числу извлеченных компонентов) и полное (по степени извлечения и использования компонентов) использование природного ресурса;

4) экономический и организационный.

Рассмотрим эти аспекты в перечисленной последовательности.

Природа является первоисточником удовлетворения материальных и духовных потребностей людей. Одновременно она является и средой обитания человека и всех живых организмов, жизнедеятельность которых сопровождается постоянным потреблением воздуха, воды и пищи. От наличия и качества последних зависит протекание естественных физиологических процессов обмена веществ в любом живом организме.

Осознание обществом необходимости предотвращения разрушения природной среды привело к возникновению в середине XX столетия новой формы во взаимодействии общества и природы в виде охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Охрана природы (или охрана окружающей природной среды) базируется на объективной необходимости гармоничного взаимоотношения общества и среды его обитания - природы и вытекает из неотвратимости вредных последствий экологически необоснованной хозяйственной деятельности.

Необходимость охраны окружающей среды приводит к существенным изменениям в общих подходах к обеспечению экологической эффективности производства. Под экологической эффективностью понимают минимизацию воздействия на окружающую среду при заданных производительности и качестве выпускаемой продукции соответствующим производством. Вместо мер временного характера, направленных на борьбу с последствиями загрязнений, теперь все чаще и чаще на стадии проектирования и строительства предприятий принимают меры долговременного характера, в основе которых заложен принцип: не борьба с последствиями загрязнений, а ликвидация причин этого неблагоприятного явления. В этой связи необходимо изменять и совершенствовать сами технологические процессы, с тем, чтобы комплексно и наиболее полно перерабатывать в процессе производства исходные материалы, сокращать тем самым объем отходов, перевести их формы, наименее вредные для окружающей среды или легко поддающиеся вторичной переработке, - другими словами, необходимо создавать малоотходные и безотходные технологии Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр «Академия», 2006.

Требование сохранения окружающей среды отражает новую ступень осмысливания отношения между человеком и природой. Еще совсем недавно оно отражалось в образах человека - неутомимого работника в мастерской природы, человека - покорителя природы. Сегодня эти образы существенно трансформируются: мы подчеркиваем, что человек должен стать гражданином, сознающим свою ответственность за природу, садовником, ухаживающим любовно за газонами, деревьями, растениями.

Материальное производство базируется на использовании природных ресурсов:

1) невозобновляющихся (минерального сырья, нефти, газа и др.);

2) возобновляющихся (воздух, вода, почва, растительный и животный мир).

Например, стоимость минерального сырья составляет примерно 70% стоимости всех природных ресурсов, не используемых обществом. По мере увеличения объемов добычи происходит истощение запасов минеральных ресурсов, ухудшается их качество, повышается себестоимость минерального сырья. В этих условиях извлечение из недр попутных полезных компонентов, утилизация отходов и снижение потерь при добыче и переработке позволяют увеличить сырьевой потенциал. Ограниченность доступных минеральных ресурсов выдвигает проблему их рациональной добычи и использования. Так, балансовый расчет современного состояния накопления и утилизации отходов горных отраслей промышленности показал, что существующий уровень производства может быть обеспечен при снижении объема добычи горной массы на 20-25 % главным образом в результате производства 80% стройматериалов из отходов (снижение общей стоимости продукции на 10-15 %), оздоровления экологической обстановки в районах горно-перерабатывающих предприятий.

Поликомпонентный состав сырья практически любого месторождения при переработке требует использования такой комбинации процессов, которая обеспечивает наиболее комплексную (по числу извлеченных компонентов) и полную (по степени извлечения и использования компонентов) переработку руды. Следует заметить, что до недавнего времени из 33 элементов, которые содержатся в апатите, использовали только один -- фосфор, а все остальные перемещали в отвалы Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007..

Комплексное использование минеральных ресурсов заключается в переходе на безотходные технологические процессы. Образующиеся в одном производстве отходы служат сырьем для другого производства. В этом случае сокращается потребность в сырье и исключаются (или значительно сокращаются) загрязняющие окружающую среду отходы.

Исследование в области создания безотходных технологий, методов утилизации отходов, комплексного использования сырья, экономической оценки схем, оптимизации режимов переработки полезных ископаемых показывает, что в настоящее время на большинстве предприятий имеется возможность довести определенную часть образующихся отходов до товарной продукции или вторичного сырья для других отраслей промышленности. Безотходное производство должно предусматривать более рациональное использование не только сырья, но и других материалов, в первую очередь газа и воды Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М.: Агар, 2006..

Практика показывает, что постепенный переход промышленности на БОП требует последовательного осуществления ряда мероприятий организационного и экономического характера. Например, традиционно сложившаяся система техники и технологии добычи и обогащения полезных ископаемых не соответствует идее безотходных технологий. Современная методология оценки технологии, принятия проектных и плановых решений по развитию комплексности переработки полезных и иных ископаемых базируется в основном на экономическом расчете. В ней 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. Положение усугубляется и тем, что некоторые из этих параметров не имеют количественного выражения, а учет факторов на интуитивном уровне производится субъективно и недостаточно полно. Наиболее важным обстоятельством является то, что проблема комплексной и безотходной технологии имеет межотраслевой характер.

Вследствие относительной новизны проблемы БОП еще отсутствуют не только организационные формы, позволяющие решать эту проблему, но даже достаточно полная информация о количестве, качестве и технологических свойствах как накопленных, так и ежегодно образующихся отходов. В сравнении с обычными производствами БОП по своим параметрам может рассматриваться как более прогрессивный, предусматривающий комплексное использование сырья, и более благоприятный по своим экологическим последствиям. В этом смысле обычно рассматриваемые экономические оценки производств не учитывают всех преимуществ БОП, которое требует большей трудоемкости на единицу перерабатываемого сырья, более развитой схемы и большего разнообразия процессов. Кроме того, безотходная технология более сложна в управлении и организации в результате производства многоотраслевой продукции. В связи с этим организация такой технологии требует больших капитальных вложений и текущих затрат, что, несмотря на возможность получения большего количества продукции, прибыли, лучшего использования сырья, вызывает определенные трудности.

Чтобы создать готовую продукцию и получить энергию, человек находит и добывает природные ресурсы, привозит их к месту переработки, производит из них предметы, которые использует в виде средств производства или в виде готовых изделий, то есть человек вовлекает природные ресурсы в ресурсный цикл Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр «Академия», 2006..

Под ресурсным циклом замкнутой по реагентам технологией принято понимать совокупность превращений и пространственных перемещений определенного вещества (или группы веществ) на всех этапах использования человеком (рис. 1).

Рис. 1 Схема ресурсного цикла замкнутой по реагентам технологией

Слово «цикл» предполагает замкнутость процесса. Но в большинстве антропогенных круговоротов ресурсный цикл фактически не замкнут в отличие от природного. На каждом этапе ресурсного цикла замкнутой по реагентам технологией неизбежны потери природного ресурса либо вследствие особенностей технологии, либо по объективным причинам. Более 90% сырья поступает в природную среду в виде различных отходов.

Каждый этап замкнутой по реагентам технологии по принципу «сырье - готовый продукт - сырье» требует дополнительных затрат энергии, а ее производство (на современном этапе) связано с потреблением природных ресурсов вне замкнутой системы. Вторым принципиальным препятствием к созданию замкнутого цикла является износ материалов. Таким образом, признавая прогрессивность «замкнутой по реагентам технологии», следует учитывать ее ограниченность. Она позволяет сократить загрязнение ОС, но не исключает его полностью.

Главное условие экологизации производства - рециркуляция, за счет которой увеличивается количество возвращенной в цикл воды и сокращается потребление потока В (воды и воздуха).

В случае замкнутой по реагентам технологии процессы являются малоотходными, так как и вода, и реагенты (в виде солей или чистых металлов) возвращаются в технологический цикл на данном производстве или могут использоваться в металлургии. Однако, выбор технологической схемы зависит от конкретных условий, экономической рентабельности и может быть произведен после анализа всех химико-технологических и экологических факторов Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007..

Химические (реагентные) методы замкнутой по реагентам технологии, включающие окисление, восстановление, нейтрализацию, наиболее широко используется сегодня на практике. Механизм действия этих методов заключается в том, что в сточные воды добавляют различные химические реагенты, которые вступают в реакцию с загрязнителями и осаждают их в виде нерастворимых осадков. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25%. При физико-химических методах обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества. Чаще всего из физико-химических методов применяются электрокоагуляция, сорбция, экстракция, ионный обмен, электрофлотация, гальванокоагуляция и др.

2. Технологии производства цветных металлов

2.1 Цветные металлы, сплавы и основы их производства