Что такое шлам металлический

Обновлено: 17.05.2024

Металлические отходы образуются на предприятиях и в быту в больших количествах. В России это десятки миллионов тонн в год.

Что такое отходы металла?

Отходы металла различают по 3 источникам происхождения:

пришедшие в негодность предметы из металла;
конструкции, детали и приборы, которые полностью выработали ресурс;
отходы производства и обработки металлических изделий.

Кроме собственно металла, в состав отходов часто входят примеси и загрязнения. Например, окалина, которая представляет собой смесь металлических оксидов, содержит остатки масел и нефтепродуктов.

Отходы обработки металлов давлением: волочением, прессованием, ковкой, штамповкой

Доля отходов при изготовлении металлических изделий давлением не превышает 25% массы сырья. При работе самым экономичным методом – холодной штамповкой – в лом попадает десятая часть материала. Но даже относительно высокая эффективность обработки металлов давлением не избавляет от необходимости утилизировать отходы. При больших объемах производства в утиль попадают сотни тонн материалов:

железная окалина образуется после прессования, ковки, механической очистки штампованных деталей;
цветная окалина остается после изготовления медной проволоки волочением;
шлак – продукт сжигания кокса.

Железная окалина образуется при ковке, прессовании, штамповке и очистке штампованных деталей.

Отходы при механической обработке металлов

Отходы механической обработки металлов достигают половины массы сырья. Лом представлен стружкой и металлической пылью. Под механической обработкой подразумевают:

шлифование или галтовку;
резание (сверление, долбление, фрезеровка);
зачистку деталей станков.

В процессе резания появляется металлолом в виде стружек, опилок, абразивно-металлического шлама. При шлифовании получается пыль, шлифовальный шлам и порошок оксидов металлов. Пыль разделяют на 4 вида по содержанию металла и по количеству примесей цветмета. В состав шлама, помимо собственно металлических отходов, входят нефтепродукты, смазочно-охлаждающая жидкость, опилки.

Отходы при термической обработке металлов

К температурной обработке металлов относят сварку, термическую резку, нагрев металлических деталей перед деформацией, закалку.

При термической обработке образуется 3 категории отходов:

окалина;
отходы аспирации (частицы из воздуховодов);
отработанные расплавы и соли металлов – сульфаты, нитраты, хлориды.

Вторичная переработка металлических отходов

Отходы обработки металлов возникают преимущественно на металлургических предприятиях. В таком случае их не приходится никуда сдавать и перевозить – утильсырье перерабатывают на том же комбинате. Но, например, сваркой пользуются также мелкие предприятия и частные лица. В любом домохозяйстве время от времени какой-нибудь металлический предмет выходит из строя. В таких случаях лом нужно сдавать на переработку.

Нормативы в сфере переработки отходов металла

Переработку металлолома в России регламентирует Постановление правительства “Об утверждении Правил обращения с ломом и отходами цветных металлов и их отчуждения”. В нем поясняется, какие документы нужны на каждом из этапов работы с ломом, как правильно хранить утильсырье, какие надзорные органы контролируют исполнение закона.

Согласно Постановлению, на каждом объекте приема лома цветмета должен находиться контролер лома и отходов металла 1 разряда, а также лицо, ответственное за радиационный контроль и проверку на взрывоопасность. В каждом субъекте федерации хотя бы на одном из пунктов приема металла должно присутствовать оборудование для определения химического состава лома. Также в каждом регионе должен быть пресс для пакетирования металлических отходов и работающий на нем прессовщик лома и отходов металла 1 квалификационного разряда.

Заводы по переработке металлов применяют ГОСТы – государственные стандарты на состав вторичных черных и цветных металлов.

Технологии переработки и брикетирования металлической стружки

На среднем заводе с механической обработкой металла образуется 20 тысяч тонн металлической стружки в год. Переработка осложняется загрязнением утильсырья. В стружке присутствует смазочно-охлаждающая жидкость, вода, нефтепродукты, шлам, мусор, пыль, кварцевый песок. При хранении металлическая стружка ржавеет, слеживается. Из-за интенсивного окисления отходы нагреваются. Смазочно-охлаждающая жидкость, испаряясь, загрязняет окружающую среду.

Прямая переплавка стружки практически не применяется. Виной этому примеси, неудобное сыпучее состояние, избыточное выделение угарных газов. Для более эффективной переработки стружку брикетируют, причем в брикете должны быть отходы одного вида металла. В зависимости от формы и твердости стружек подбирают состав линии переработки. Обязательный набор агрегатов:

дробилка для измельчения стружек в виде лент и пружин;
центрифуга для отделения остатков жидкостей;
брикетировочный пресс.

При необходимости линию дополняют оборудованием:

контейнеры для накопления и транспортировки;
магнитный сепаратор для разделения железного и цветного лома:
вибросито для отделения концевых отходов;
воздушные фильтры;
печи для обжига при горячем брикетировании.

При переработке применяют роторные, молотковые, ножевые и другие стружкодробилки. Оптимальны устройства, в которых стружка измельчается за счет трения и зацепления витков друг за друга. Этот метод расходует меньше электроэнергии. Такие дробилки дольше служат и реже ломаются.

После измельчения и отделения остатков воды и смазки стружку брикетируют. Спрессованный материал быстрее погружается в расплавленный металл, за счет чего уменьшается окисление и угар по сравнению с применением сыпучего сырья.

Как и в случае с любым другим материалом, уплотненная стружка экономичнее в хранении и перевозке. Поэтому инженеры разрабатывают новые способы брикетирования. Одни методы экономичнее, другие дают более плотные брикеты. В зависимости от приоритетов переработчики выбирают один из следующих видов брикетирования:

холодное прессование;
электробрикетирование;
уплотнение с применением связующих добавок;
брикетирование методом контактной или кузнечной сварки.

При производстве стружечных брикетов отработанные газы и отделенную жидкость фильтруют.

Прессовочная линия окупается менее, чем за полтора года.

Состав и виды шламов, влияние на окружающую среду, способы утилизации

Способы и оборудование для переработки, утилизации металла

Переработка лома цветных металлов

Переработка лома черных и цветных металлов

Утилизация бурового шлама: захоронение, переработка, центрифугирование

Переработка отходов алюминиевого производства

Утилизация СОЖ, фреонов, тормозной жидкости, эмульсий

Переработка и хранение красного шлама: последствия и опасности

Сколько стоит черный металл и способы его переработки

Сколько стоит килограмм меди и где чаще всего встречается?

Переработка деревянных отходов, использование отходов деревообрабатывающих производств

Отходы металлургического производства

Природно-ресурсный потенциал России огромен, но не бесконечен. Это делает актуальными вопросы использования ресурсов и сопутствующие им экологические проблемы, возникающие по техногенным причинам. Поэтому так важно решение вопроса о рациональном применении твердых промышленных отходов (ТПО), скапливающихся в процессе металлургического производства, то есть о применении малоотходных технологий в металлургии.

Переработка отходов металлургических производств

Работа современных предприятий, занятых в металлургической сфере, направлена не только на производство заготовок и изделий из металла, но и на переработку ТПО: любой серьезный металлургический завод имеет в своем распоряжении производственные ресурсы для их переработки.

Переработка вторичного сырья включает в себя два процесса, в равной степени применимых как к черному, так и к цветному металлу: утилизацию и рециклинг.

Утилизация

Процесс утилизации подразумевает переработку ТПО с целью их повторного использования. Утилизация включает в себя резку, сортировку, очистку и обработку отходов, в результате чего получаются имеющие практическую ценность материалы. Примеры утилизации — шлаковая пемза или минеральная вата: будучи продуктами металлургии, они являются не металлом, а силикатными материалами, полученными из отходов производства.

Утилизацию нередко смешивают с уничтожением, но это два разных понятия. При утилизации получается новый продукт (в том числе тепловая энергия), тогда как уничтожению подвергаются абсолютно непригодные к дальнейшему использованию отходы.

Рециклинг

В отличие от утилизации рециклинг — процесс переработки отходов, ставящий результатом их возвращение в производственный цикл. При этом вторсырье используется в производстве по своему прямому назначению. Основными технологиями рециклинга, применимого к металлическому лому и мусору, являются измельчение и переплавка.

Пример рециклинга — переплавка и повторное использование в металлургическом производстве лома черного или цветного металла. Так, полученная в результате рециклинга сталь по своим характеристикам практически не уступает той, которая выработана непосредственно из железной руды, а добавленные в нее присадки еще и способны выделить и усилить необходимые для дальнейшего ее использования в промышленности характеристики. Рециклингу подвергают и бытовой металлический мусор — жестяные банки из-под напитков, металлические крышки от бутылок.

Использование ТПО

Наибольшие возможности для вторичного использования представляют собой куски лома разных категорий и групп. Габаритные куски лома (например, образовавшиеся в процессе строительства коммуникаций) переплавляют для получения металлопроката.

Однако современные технологии переработки ТПО основаны на рациональном использовании даже тех отходов, которые кажутся бесполезными (металлические стружки, железные опилки) и содержат в себе мало металлов (шлаки, шлам).

Мелкие металлические отходы, скрап и высечка

Мелкие металлические отходы и обрезки подвергают рециклингу — брикетируют или дополнительно измельчают, переплавляют и вновь используют в литейном или химическом производстве.

Высечка — отход прессовального производства, представляющий собой перфорированную металлическую ленту или лист, — часто используется и без вторичной переработки. Материал применяется в строительстве как армирующее средство для усиления кирпичной кладки, при закладке фундамента, возведении стен.

Благодаря своим прочностным и эстетическим свойствам высечка разных видов активно используется и как материал заграждений: она заменяет собой сетку-рабицу или применяется как верхняя часть глухих (например, бетонных) заграждений для обеспечения вентиляции огороженной территории.

Шлак в строительстве и металлургии

Шлаками называют побочные продукты или отходы от производства металла. До 80% всех ТПО на металлургическом производстве составляют именно они. По своей структуре шлаки — силикаты с различным процентом содержания железа или другого металла.

В основном шлаки утилизируются. В результате их переработки получается экономичная продукция, востребованная в строительстве:

гранулированные шлаки — используются при изготовлении портландцемента и шлакоблоков, для заполнения пустот в бетоне;
щебень — применяется для изготовления бетона, укрепления фундамента и дорожных покрытий;
шлаковая пемза — служит компонентом в изготовлении шлакобетона для ограждений и несущих конструкций;
минеральная вата — действует как тепло- и звукоизоляционный материал стен, перекрытий, дверей и т.п.

Доменные шлаки используют и в шлаковом литье. Например, произведенные этим способом металлошлаковые трубы существенно экономят металл, который уходит на строительство трубопровода.

Частично шлак перерабатывается и с целью получения обратного продукта металлургии. Так, из ферросплавных шлаков, благодаря высокому содержанию в них железа, добывают частицы металла с использованием технологий дробления, магнитной сепарации.

Обратный продукт получают и из шлаков цветных металлов, но технология добычи из них частиц металлов пока недостаточно совершенна и потому не получила распространения.

Шлам: возможности переработки

Шламом называют отходы разработки горной породы или производственного процесса в виде пыли, грязи, мелкого порошка, осадка. В металлургии шлам образуется в результате газоочистки доменных и мартеновский печей, конвертеров, задействованных в производстве стали и чугуна.

В процессе плавки на каждую тонну стали приходится примерно 12-24 кг шлама, который может использоваться в металлургии. Малоотходные технологии подразумевают извлечение из него металлических частиц и их «спекание», то есть получение агломерата, который может затем применяться в агломерационной шихте при выплавке чугуна.

В промышленности находит применение и использование шлама некоторых цветных металлов. Так красный бокситный шлам, отход производства алюминия, используют в производстве цементов, шлакового щебня, дорожных покрытий.

Проблема малоотходных технологий пока стоит остро. Крупное металлургическое предприятие в среднем перерабатывает за год 1 млн тонн сырья. Это означает, что каждые сутки к отходам металлургического производства прибавляется 500 тонн одних только шлаков, не говоря о шламе, золе, вредных веществах типа диоксида серы, оксида азота. Сбрасывание отходов в отвалы и шламохранилища экономически невыгодно, чревато истощением природных ресурсов и загрязнением окружающей среды. Поэтому все большее распространение получают крупные производственные базы по получению и переработке металлов, а также освоению скапливающихся ТПО.

Свой вклад в экономику и экологию вносят и небольшие базы приема металлолома, которые занимаются сортировкой и утилизацией лома черных и цветных металлов разных категорий, включая мелкий лом — металлические отходы, пригодные для брикетирования. Отходы сортируют, очищают, при необходимости измельчают и сдают на металлургические предприятия или цементные заводы, а вредные отходы транспортируют на специальные полигоны, где уничтожают.

Переработка и утилизация шлаков металлургического производства

В современных печах металлургических комбинатов образуется намного меньше шлаков, чем в их предшественницах полувековой давности. Но полигоны отходов выплавки металлов разрастаются вширь. Утилизация золы и шлака улучшает экологическую обстановку, дает финансовую выгоду и экономит сырье дополнительных производств.

Утилизация шлаков

Значительная часть шлаков содержит металлические включения. Такие отходы сложно обрабатывать. Основной способ переработки – грохочение с последующей магнитной сепарацией металлических элементов. У этого метода есть недостатки: низкое качество разделения металла и шлака, повышенный износ оборудования, низкая рентабельность. Появляются новые технологии, которые осуществляют более точное разделение, а также извлечение немагнитных металлов. Удается извлечь 15% металлического железа.

Освобожденный от металлических примесей шлак пригоден для дальнейшего промышленного применения. Шлаки пористой структуры используют как добавку к бетону. Существуют технологии удаления воздуха (дегазации) из металлургических отходов, что позволяет получить плотный строительный щебень.

Определенную сложность представляет переработка рафинированных шлаков от плавки сурьмянистых концентратов. Из отходов необходимо выделить сурьму и мышьяк, чтобы они не попадали в окружающую среду. В последнее время эти примеси отделяют методом водного выщелачивания.

Большую часть отходов металлургического производства перерабатывают в твердом виде, но переработка расплавов более эффективна.

Шлаковые отходы при выплавке чугуна и стали

К шлакам черной металлургии относятся доменные и сталеплавильные. Доменные шлаковые отходы появляются при выплавке чугуна. Для каждого из видов чугуна – литейного, предельного или специального – характерен свой тип шлака.

Сталеплавильные образуются при выплавке стали. Они делятся на мартеновские, вагральные и электроплавильные – по типу печей. К этой же группе относят шлаки, которые образуются в процессе обработки металла: тигельные и сварочные.

Доменные шлаки образуются одновременно с выплавкой чугуна. Шлаковые массы имеют меньшую плотность, поэтому всплывают на поверхность. Легкую фракцию сливают через верхнее отверстие доменной печи. В ней нет металлических включений. Затем через нижнее технологическое отверстие сливают чугун. В печи остается средняя фракция – шлак, содержащий металл. Его направляют на дальнейшую переработку с целью выделения остатков металла.

Состав доменных шлаков зависит от типа руды, флюса и топлива. Около 95% их массы – это окислы кальция, кремния и алюминия. Металлургические отходы относят к одной из категорий в зависимости от преобладающего минерала:

кислотные – шлаки с преобладанием кремния и алюминия;
основные – с высоким содержанием магния, кальция марганца;
промежуточные – с равнозначным содержанием кислотных и основных соединений.

При переработке шлаков металлургического производства учитывают вид распада шлакового монолита. Так, при силикатном распаде кальциевый силикат трансформируется из бета в гамма форму с увеличением объема. Кусок шлака покрывается трещинами, затем рассыпается в порошок. Известковый распад – результат гидратации извести. Характерен для мартеновских шлаков. Шлаковый камень растрескивается и разваливается на части.

Утилизация доменных шлаков

Основной потребитель доменных отходов – цементные заводы. Добавление измельченного шлака в цемент улучшает характеристики строительной смеси. Шлаковую пемзу, переработанную в щебень, используют как наполнитель легких марок бетона. Расплавленный шлак применяют для производства минеральной ваты.

Сталеплавильные шлаки

Отходы сталеплавильной отрасли в 2 раза меньше доменных по объему, но значительная часть сталеплавильных шлаков все еще попадает в отвалы. Этот вид применяют:

в производстве щебня;
в домнах и вагранках в качестве флюса;
в сельском хозяйстве для известкования почв.

Образование и использование золошлаковых отходов

Золошлаковые отходы образуются преимущественно на ТЭЦ. При горении измельченного угля, смешанного с мазутом, микрочастицы золы улетают с дымовыми газами. Органическая составляющая топлива превращается в дым и пар, минеральные компоненты превращаются в золу и шлак. Зольный остаток спекается в крупные куски. При перемешивании со шлаком формируются золошлаковые отходы.

Отходы ТЭЦ при хранении в отвалах занимают огромные площади. ТЭС мощностью 1 ГВт в сутки образует 1000 тонн шлака и золы. Такая масса отходов при захоронении слоем 8 м требует отчуждения более гектара земель в год. При таких объемах переработка золошлаковых отходом имеет важное экономическое и экологическое значение.

Область применения топливных шлаков

Топливные шлаки, как и металлургические, применяют в производстве бетона, керамзита и шлакоблоков. Гранулированную золу используют для оснований парковок, велосипедных дорожек, набережных. Ее применяют и для покрытия полигонов твердых коммунальных отходов.

Зола и непрогоревшие частицы угля обладают адсорбирующими свойствами. Благодаря этой характеристике зольные остатки применяют для очистки сточных вод.

Жидкую фракцию топливных отходов используют в производстве керамической плитки.

Летучая зола, которую вылавливают из потока дымовых газов, тоже находит применение:

для укрепления грунтов при строительстве дорог;
при производстве железобетона для гидротехнических сооружений.

Разработана технология изготовления удобрений из гранулированных топливных шлаков. Их преимущество в том, что они отдают почве питательные вещества на протяжении 10-15 лет.

При широких возможностях вторичной переработки топливных отходов, пока доля утилизации золы в России невелика. Во Франции, Германии и США перерабатывается 60-70% золошлаковых отходов, в России этот показатель не превышает 5%. Остальные 95% выбрасывают на полигоны.

Применение вторичного сырья

Продукты переработки шлаков и золошлаковых отходов используют в строительстве. Основным потребителем вторсырья остается дорожное строительство. Из золы и шлака делают песок, щебень, связующие добавки к асфальту. Железобетон из побочного сырья металлургического производства применяют в строительстве плотин и мостовых опор. Тяжелый, ячеистый и силикатный бетон, керамический кирпич, цемент – строительные материалы широкой области применения.

Отвалы шлаков хранятся вблизи металлургических комбинатов. Они занимают территории у промышленных центров, важные для развития дорожной сети. Разработка отвалов улучшает экологическую и социальную обстановку металлургических городов.

Состав и виды шламов, влияние на окружающую среду, способы утилизации

Производство состоит из многочисленных этапов, при которых применяются разные технологические процессы. Обработка сырьевого материала сопровождается образованием отходов в виде осадка. Выделяемый при обработке шлам – это остаточный продукт и один из источников негативного влияния на окружающую среду.

Что такое шлам?

Понятие «шлам» происходит из немецкого языка, где слово «Schlamm» переводится как «грязь». Под данным определением понимается остаточный продукт добычи (пыль) и производства, состоящий из мельчайших пылевых частиц. Он образуется при промывке угля или руды и выпадает в виде осадка.

Пыль, выделяемая при осуществлении различных технологических процессов, представляет собой коллоидные системы, которые состоят из нерастворимых мелкодисперсных частиц. Внутри жидкости они находятся во взвешенном состоянии. Содержание твердых осадков в составе жидкости при промывке зависит от производства.

Как образуется шлам?

Отходы образуются при разнообразных технологических процессах, при которых на комбинате обрабатываются сырьевые материалы. Основными источниками выступают нефтеперерабатывающие, металлургические, горно-обогатительные, химические предприятия. Помимо этого, пыль формируется при буровых работах.

Субстанция в виде порошка, который выпадает в осадок при электролизе меди, цинка или иных металлов.
Мягкие и твердые отложения в виде ила в емкостях паровых котлов, удаляющиеся путем продувки или термосифонных процессов.
Ил от обогащения при помощи руды и каменного угля.
Отход, состоящий из мельчайших частиц выделяющихся при отстаивании либо фильтрации жидкостей.
Песчаный шлам (остаточный продукт при производстве кварцевого песка).
Частицы породы, которые выносятся из скважин на поверхность.

На металлургическом предприятии основная часть пыли формируется при улавливании и осаждении выбросов пыли. На заводах нефтепереработки количество пыли не превышает 1% от объема переработанного продукта.

При обработке фосфора процент отходов достигает 30. На многих предприятиях остаточная пыль содержит ценные компоненты. На предприятиях химической промышленности производится откачка шлама, содержащего цинк, железо, медь и другие полезные металлы.

Формированием осадка сопровождается анодный процесс. Объем отходов достигает 5% от массы растворившихся анодов. В анодный шлам переходит до 1% железа, никеля, кобальта и до 20% меди, содержащихся в аноде.

Состав шламов

Представленный вид отходов производства содержит полезные компоненты. Поэтому утилизация твердого осадка в перерабатывающем цехе считается экономически целесообразной.

Элементы, содержащиеся в составе:

Железо.
Фосфор.
Кальций.
Магний.
Алюминий.
Кремний.
Цинк.
Медь.

Концентрация элементов на разных производствах отличается. Крупные фракции обычно состоят из непластичных минеральных компонентов: кварца, кальция. В составе мелкофракционного осадка содержатся глинистые минералы, оксиды железа и алюминия.

Структурная единица шлама состоит из 3 зон:

Ядро.
Это кристаллическая решетка, образованная твердой частицей (кварцевым зерном, солями магния или кальция, шпатом)
Адсорбционный слой.
Образуется за счет выделения из жидкости положительно заряженных частиц металлов (магния, натрия, калия, кальция). Включает в состав воду и окисленные частицы железа и алюминия.
Диффузный слой.
Образуется частицами глинистых минералов и слабосвязанными водами и поддерживает общую электрическую нейтральность.

Виды шламов

Представленный вид отходов классифицируется на основе разных критериев. Основной среди них – источник образования.

Виды производственного шлама:

Пыль агломерационных предприятий.
Шлам, образующийся на доменных производствах.
Шлам очистки емкостей.
Отходы газоочистки доменных и мартеновских печей.
Отходы подбункерных помещений доменных печей.
Пыль конвертерных цехов.
Отходы сталеплавильных печей.

По концентрации в составе железа выделяются виды осадков:

Обогащенные (пуль конвертеров и мартеновских печей).
Относительно богатые (пыль агломерационных и доменных цехов).
Бедные (пыль, полученная при газоочистке электросталеплавильных цехов).

Обезвоживание шламов

Содержание в составе полезных компонентов делает остаточное сырье обработки руд ценным продуктом для вторичного применения. Однако для этого используют только обезвоженный твердый осадок.

Процесс состоит из 3 этапов:

Способ обезвоживания шлама зависит от состава пыли, размера твердых компонентов.

Способы утилизации шлама

Разработаны технологические методы, посредством которых проводится утилизация шлама. Действующие методы обработки шламов активно внедряются в промышленной сфере в зарубежных странах. В РФ утилизация в стадии разработки и полупромышленных испытаний. Производства, на которых из пылевых отходов изготавливают вторсырье пока нет, поэтому оно применяется только как компонент шихты.

Определенный процент такого отхода утилизируется посредством сброса в накопители или водоемы. Из-за этого загрязняются и поверхностные и подземные воды. При этом в воду попадает отход, который не был нейтрализован. При загрязнении нефтешламами только 0.5% отхода находится в обезвреженном состоянии.

Обезвреживание осуществляется преимущественно методом термической обработки. Пыль обжигается, в результате чего горючие компоненты нейтрализуются и остается только безвредные частицы и зола. В цехах утилизации шламов применяют процессы, при которых происходит отделение потенциально опасных элементов пыли, а также частиц, пригодных для повторного использования.

Наибольшей ценностью обладают процессы, при которых из осадка извлекают цинк, свинец и щелочные металлы. Эти методы распространены в Японии, где в качестве восстановителя при производстве металлизированных окатышей используется уголь.

Использование шламов

Остаточное сырье, образующееся при добыче и обработке лома применяется как добавка к аглошихту. Пыль используют повторно в качестве первичного рудного сырья. Характер применения зависит от факторов, в том числе содержания железа и других металлов в составе отхода.

Наличие вредных примесей также повышает его ценность, так как при дальнейшей обработке можно снизить негативное влияние шламов на окружающую среду и уменьшить стоимость добычи опасных элементов, таких как свинец, цинк и сера.

Производство при изготовлении декоративных стекол.
Продукт, образующийся как осадок при электролизе меди и цинка применяют для производства лакокрасочных материалов.
После нейтрализации шлам применяется при производстве дорожного покрытия.
Железосодержащий отход используют при изготовлении керамзита.
Осадок, обогащенный глинистыми компонентам, задействуют при изготовлении черепицы.

Методы извлечения металлов из шлама

На некоторых производствах концентрация металлических частиц достигает 80%. Поэтому вопрос об эффективных методах извлечения металлов из остаточного продукта крайне актуален. Твердые металлические частицы извлекаются несколькими способами.

Кислотно-щелочное выделение

Предварительно осадок переводят в растворимый вид, применяя серную кислоту. В результате окисленные металлы превращают в сульфаты. В дальнейшем полученный раствор очищают от остатков глины и песка. После этого раствор доводится до необходимого показателя рН, в результате чего металлические частицы начинают оседать.

Экстракция органическими веществами

Представленный метод используется для отделения цветных и благородных видов металла. При экстракции используются нетоксичные и негорючие экстрагенты. Исключается применение летучих растворителей.

На практике применяется система экстракции при помощи водного раствора с расплавом органического вещества. После экстракции и последующего охлаждения емкости образуется густая масса, которая легко отделяется от жидкости и долго хранится.

Влияние шламов на окружающую среду

Отходы, образующиеся при буровых работах, добыче и переработке руд, представляет опасность для окружающей среды и организма человека. Это объясняется тем, что пыль обладает токсичными свойствами. Менее опасным в данном контексте считается флотационный шлам (это остаток, образующийся при флотации, а не выпадении осадка).

К негативным последствиям относятся:

Токсичное действие на организм.
Снижение длительности жизни и гибель представителей фауны.
Вымирание видов животных.
Появление признаков, указывающих на гистологические нарушения у рыб, беспозвоночных.
Накопление вредных веществ в тканях растений, животных.
Снижение адаптационной способности рыб.
Повышение частоты врожденных генетических отклонений.
Негативное влияние на физические и химические свойства воды (в том числе степень солености, окисляемости, электропроводимости).
Попадание в водоемы тяжелых металлов.
Отклонение температурных показателей от нормы.
Изменения структуры почвенных слоев.
Уменьшение урожайности сельскохозяйственных земель

Шлам негативно влияет на почву и водные ресурсы, и загрязняет атмосферу. При испарении, легкие фракции попадают в атмосферу, откуда в дальнейшем выпадают на землю с осадками. В результате этого, металлическая пыль проникает в почву и подземные воды.

В местах, где пыль попадает в почву в больших количествах прекращается рост любых растений. Опасность в данном плане представляют остаточные продукты нефтедобычи и переработки.

Вода и почва способны самоочищаться от пыли и других видов загрязнений. Но из-за содержания большого количества нерастворимых частиц для восстановления нормального состава требуется время (до 30-50 лет).

Шлам – разновидность отходов, представляющая собой твердый осадок, содержащий нерастворимые компоненты. Главными источниками такого отхода выступают добывающие предприятия, заводы, где производится обработка руды, нефти, угля.

Производственный осадок применяется вторично, но предварительно подвергается нейтрализации. Шлам, не подвергающийся обезвреживанию, представляет угрозу для окружающей среды из-за токсичных свойств.

Как утилизируют шлам: буровой, нефтяной, гальванический

Разработка горной породы вызывает образование шлама — мельчайших пылевых частиц, которые выносятся наружу в виде осадка. Этот побочный продукт требует дальнейшей утилизации, так как наносит непоправимый вред природе, животным и людям.

Состав и виды шлама

Твердый осадок шлама содержит много веществ, в состав которых входят следующие химические элементы:

медь;
магний;
цинк;
кальций;
алюминий;
кремний;
фосфор;
железо.

Шлам состоит из трех зон.

Зона	Название	Описание
Первая	Ядро	Кристаллическая решетка, состоящая их частиц, в основном солей магния и кальция.
Вторая	Адсорбционный слой	Слой появляется из-за выделения катионов щелочных и щелочно-земельных металлов.
Третья	Диффузный слой	Поддерживает электронейтральность.

По источнику образования производственный шлам бывает:

Шлам от емкостной очистки;
Шлам от доменов;
Отходы сталеплавильный, доменных, мартеновских печей;
Отходы подбункерных печей;
Пыль от цехов;
Пыль предприятий.

Процесс и места его образования

Обработка сырьевых материалов во время технологических процессов приводит к образованию шлама.

Основные места образования при этом — предприятия горно-обогатительного, нефтеперерабатывающего, химического или металлургического типа

Порошок оседает в растворе во время электролиза цинка, меди и других металлов средней электрохимической активности;
В паровых котлах остаются отложения, напоминающие ил, они удаляются продувкой;
Обогащение руды, угля, из-за чего образуется ил;
Фильтрация, отстаивание жидкостей вызывает появление отходов в виде мелких частиц;
Производство кварцевого песка оставляет после себя песчаный шлам.

Большая часть отходов в области металлургии появляется от осаждения пылевых выбросов. На нефтеперерабатывающих предприятиях объем пыли обычно не составляет больше одного процента от всего продукта.

Вред для окружающей среды

Отходы, образующиеся при буровых работах, добыче и переработке руды, представляют опасность для окружающей среды и человека, так как пыль обладает токсичными свойствами. В таблице представлен вред, который наносят шламы окружающей среде, животным и людям.

Что страдает	Негативное влияние
Организм человека	Токсичное воздействие
Представители фауны	Гибель, снижение качества и длительности жизни
Животные	Вымирание некоторых видов
Рыбы и беспозвоночные	Появление симптомов, связанных с гистологическими нарушениями
Растения	Накопление опасных веществ в тканях
Рыбы	Снижение способности к адаптации
Животные, люди, растения	Увеличение частотности появления генетических отклонений от рождения
Вода	Воздействие на химико-физические свойства
Водоемы	Загрязнение тяжелыми металлами и их катионами
Температура	Показатели отклоняются от нормы
Почвенные слови	Значительно изменяется структура
Сельскохозяйственные земли	Уменьшается урожайность

И хотя вода и почва могут очищаться от пыли, это не помогает с борьбой против нерастворимых в воде частиц. Для восстановления нормального состава потребуется от 30 до 50 лет.

Области применения шламов

Основная область применения этого вида отходов — это производство строительных материалов. Также из них получают профилактические смазки. По больше части области применения зависит от непосредственного состава шлама:

шлам добавляют во время производства декоративного стекла;
для создания лакокрасочных материалов берут осадок от электролиза средних по электрохимической активности металлов;
приготовление керамзита требует шлам, богатый железом;
изготовление черепицы сопровождается добавлением осадка, содержащего глинистые компоненты.

Обезвоживание шлама

В силу большого содержания полезных веществ шлам становится ценным сырьем, но для этого его нужно сначала подвергнуть обезвоживанию.

На первом этапе нужно сгустить остаток. Это необходимо для увеличения веса частиц и плотности самого шлама, что достигается с помощью сгустителя, работа которого основана гравитационной или центробежной силе. Оставшаяся жидкость иногда применяется повторно в производстве.

На втором этапе занимаются фильтрацией. Концентрат фильтруют, так как в полужидком состоянии шлам не пригоден для эксплуатации. После этого процесса содержание жидкой фазы снижается до восьми-десяти процентов.

На третьем этапе остаток просушивают, после этого его можно применять для вторичного использования.

Методы его обезвреживания и утилизации

В силу значительного вреда окружающей среде шлам необходимо утилизировать. В странах Европы следующие методы все шире внедряются в промышленность и горнодобывающую сферу:

Сброс в водоемы или накопители. Техническую воду и жидкую фазу шламов сбрасывают во внешние водоемы, а остатки отправляют для добычи углеводородов из нефтепродуктов. Недостаток этого метода — изменение экосистемы и загрязнение окружающей среды;
Термическая обработка. Шламы часто подвергаются термической обработке в печах, амбарах, чтобы обезводить остаток и получить битуминозные остатки;
Химический метод. Для устранения негативных эффектов шламов подключают химические методы и процессы. Например, нейтрализация, отвердение органическими добавками, экстрагирование и так далее;
Физико-химический метод. Кроме чисто химических методов можно воспользоваться смешанными способами для эффективной утилизации шламов. В зарубежье активно разрабатываются технологические методики на стыке физики и химии. К примеру, изменяют физико-химические свойства шламов в результате реакций или обработки на специальном оборудовании;
Микробиологическое и биотермическое разложение. Один из малоизученных и перспективных способов — биотермическое разложение микроорганизмами: бактериями, одноклеточными, грибами. Они могут перерабатывать шламы с выделением метана;
Процессы с отделением отдельных элементов. Шлам — это смесь, поэтому перед утилизацией можно собрать из остатков составляющие для различных целей, например, углеводороды выделяют и применяют в качестве топлива. Таким образом можно добывать металлическую пыль.

Порядок утилизации определенных видов шлама

В связи с резко негативным влиянием на окружающую среду необходимо четко отслеживать деятельность производства со шламами. Проблемой становится безопасное хранение этих отходов, а также методы утилизации шламов из глиноземной, нефтяной и химической промышленности. Одним из возможных решений становится организация хранилищ, полигонов для захоронения. В таких местах должны быть противофильтрационные экраны. Другой же вариант — вторичное потребление шлама после переработки и обеззараживания.

Хранение должно подразумевать отсутствие возможности пропуска опасных веществ в водоемы, особенно грунтовые воды.

Для этого полигоны нужно оснастить специальным полимерным экранами. Важно, чтобы они были полностью герметичны, прочны с механической точки зрения, устойчивы к влиянию агрессивных сред и абразивных веществ, а также морозоустойчивы. К подобному материалу можно отнести геомембрану, она подходит под заявленные требования и обладает способностью создать необходимый барьер для предотвращения проникновения шламов в природу. Помимо этого она не токсична, способна долго сохранять рабочие свойства.

Буровой шлам

Особые требования по утилизацию предъявляются буровым шламам. Процесс утилизации проходит в пять этапов:

первым делом необходимо снять с поверхности нефтяную пленку;
после этого жидкую часть шлама отделяют от нефти и ее производных;
жидкую фазу очищают до конца (то, как это будет реализовано, во многом зависит от дальнейших целей по эксплуатации отходов);
буровой шлам подвергают процессу обезвоживания, в дальнейшем воду либо сбрасывают, либо отправляют на повторную эксплуатацию в производство;
буровой шлам обезвреживают и перерабатывают.

Нефтяной шлам

Нефтяной шлам, соответственно, появляется в процессе хранения, перевоза или иной деятельности с нефтью. В состав отходов могут входить нефть, различные углеводороды (алканы, алкены, циклоалканы, диеновые УВ), кислородсодержащие органические соединения (альдегиды, кетоны, спирты, фенолы), соединения, содержащие серу, азот, а также окислы металлов, глина, песок и так далее.

Компоненты нефтяных шламов не растворяются в воде, не подвержены биоразложению. Это мешает экосистеме самостоятельно очистить себя от мусора.

Более того, перечисленные вещества оказывают негативное влияние на живые организмы, растения и в целом на биосистему.

Были разработаны технологические методы, которые отделяют нефть и ее компоненты от отходов на сооружениях: в дальнейшем эта смесь прокаливается в печах и применяется как добавка в дорожно-строительных материалах. Таким образом сохраняется экологичность, а производство становится дешевле.

Гальванический шлам

Гальванические шламы различаются от обычных тем, что имеют в составе тяжелые металлы в виде катионов. Попадание этих солей приводит к тяжелым заболеваниям. Металлы в шламах присутствуют в виде соединений, поэтому для дальнейшего применения необходимо выделять эти элементы в виде простых веществ. Рециркуляция отнимает много энергоресурсов и финансов, поэтому возможно только для большого содержания цветных металлов. Но обычно в гальванических шламах цветные металлы присутствуют в очень малом количестве. В таких условиях лучше отправлять отходы для строительных и дорожных материалов в качестве добавки.

Для подобной эксплуатации шламов нужно предварительно провести санитарно-гигиеническую экспертизу самого шлама, а после и готовой продукции.

Способы извлечения металлов из шлама

Массовое содержание металлических частиц в некоторых случаях может достигать восьмидесяти процентов. Для предприятий по этой причине остается актуальным вопрос о технологии выделения металлов из шламов.

Осадок, подвергаемый извлечению, обрабатывают серной кислотой для перевода шлама в жидкий вид. Происходит реакция окисления, катионы металлов связываются с анионами сульфата, образуя соль. После окончания реакции раствор фильтруют, чтобы убрать из сферы реакции песок и глину. Измеряется pH, а после кислотность среды доводят до необходимого значения, вследствие металл начинает оседать. Затем осадок отфильтровывают и обеззараживают.

Экстракция при помощи органических веществ

Экстракция проводится для выделения цветных и благородных металлов, для процесса берут негорючие вещества. Эту реакцию нельзя вызывать летучими растворителями.

Иногда проводят экстракцию расплавом органического вещества. После самого процесса продукт охлаждают в емкости, образуется достаточно густая масса, ее легко отделить от жидкой фазы. Эта масса долго хранится, это удобно для транспортировки.

Варианты получаемого вторсырья

Экономически обоснованный способ применения шламов — производство вторичного сырья, которые эксплуатируются в различных производственных сферах.

энергетическое топливо для теплоэнергетических установок;
строительные материалы;
дорожные материалы;
заполнители бетона;
оборотная вода, ее можно применять повторно.

Технологии переработки шламов во вторичное сырье еще слабо внедрены в России для повсеместного применения. Иногда шлам утилизируют как компонент шихты.

Читайте также: