Утилизация ценных элементов промотходов

Одной из главных проблем Украины являются промышленные отходы (ПО). ПО наносят значительный вред окружающей среде и здоровью человека, занимают огромные площади, загрязняют токсичными соединениями почву, водный и воздушный бассейны, повышают себестоимость готовой продукции предприятий из-за значительных затрат на их транспортировку, размещение и хранение.

В то же время, комплексное использование ПО может обеспечить потребности промышленного производства в дорогостоящей и дефицитной для Украины продукции (цинк, свинец, ванадий, никель) путем более полной переработки отходов.

Определено, что ПО являются продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. По возможности использования различаются утилизируемые и не утилизируемые отходы. Для первых существует технология переработки и вовлечения в хозяйственный оборот, для вторых (на данном этапе развития и применения технологий) она отсутствует.

Отмечено, что из 2–2,5 млрд. т/год используемых природных ресурсов в Украине около 90 % превращаются в ПО. Общий объем накопленных ПО на сегодняшний день составляет более 35 млрд. т. Под складирование отходов отведено 160 тыс. га, а расходы на их складирование иногда превышают 20 % себестоимости продукции. При этом установлено, что темпы накопления опасных отходов и уровень их влияния на здоровье населения и состояние окружающей природной среды (ОПС) в десятки раз превышают те, которые существуют в развитых странах ЕС.

Целью данной работы является рассмотрение основных экологических аспектов утилизации ценных элементов ПО. Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи: во-первых, определить влияние ПО на ОПС и выявить факторы накопления ПО. Во-вторых, охарактеризовать перспективность техногенных месторождений (ТМ) при получении ценных элементов. В-третьих, рассмотреть технические и эколого-экономические показатели технологий утилизации ценных элементов ПО.

В работе для определения основных экологических аспектов утилизации ценных элементов ПО использованы стандартные методики (комплекс гидрогеологических, экологических, инженерно-геологических исследований).

Установлено, что на территории Украины размещены ПО предприятий горнодобывающего комплекса, черной и цветной металлургии и промышленной энергетики, содержащие огромные запасы ценного металлсодержащего сырья, представляющие собой ТМ ценных элементов (цинк, свинец, ванадий, никель) при высоком параллельном содержании железа. К основным факторам, формирующим прогрессирующую тенденцию накопления ПО в ряде промышленных регионов Украины, следует отнести:

- высокую концентрацию промышленных предприятий, образующих отходы;

- использование энерго- и ресурсоемких технологий, морально и физически устаревшего оборудования и, как следствие, добычу одного полезного компонента с высокой концентрацией в отходах остальных ценных элементов;

- существенное сокращение объемов комплексной переработки и утилизации твердых отходов производства;

- отсутствие у субъектов хозяйствования мотивации (в том числе экономической) по привлечению ПО в производственно-хозяйственные циклы;

- дефицит оборотных средств и, как следствие, свертывание природоохранных программ и проектов.

Украинским законодательством термин «ТМ» определяется как «места, где накопились отходы добычи, обогащения и переработки минерального сырья, запасы которых оценены и имеют промышленное значение». С другой стороны, ТМ – это искусственные скопления минеральных веществ, которые по количеству, качеству и условиям залегания (при соответствующем уровне технико-технологического обеспечения и потребительском спросе) пригодны для промышленного использования, поскольку содержание химических элементов, образований и минералов в ПО обычно превышает аналогичные характеристики в природных объектах.

Следовательно, с точки зрения перспектив освоения, ТМ, выступают в качестве потенциального и легкодоступного резерва ценных элементов, обеспечивающих будущим поколениям сокращение затрат на получение ценных сырьевых ресурсов. Это обуславливается:

- высокой концентрацией ценных элементов в массиве ТМ;

- локализацией запасов вторичных ресурсов;

- минимизацией затрат на их разработку, добычу и транспортировку;

- возможностью комплексного извлечения ценных элементов.

Установлено, что по сравнению с известными в Украине природными месторождениями в ТМ находится большая разновидность химических элементов, которые являются дефицитными и которые импортируются. При этом на предприятиях Украины в отходах переработки цветных и черных руд сосредоточены значительные концентрации редких и ценных металлов: В качестве примера, в отходах следующих предприятий выявлены:

- Николаевский глиноземный завод – Sc, Ga, Y, Au, Fe, Al;

- Запорожский титаномагниевый комбинат – Sc, Nb, Ta, Y, Zr, V, Cu, Ti;

- Крымский завод двуокиси титана – редкоземельные элементы (РЗЭ), Sr, P;

- Константиновский завод «Укрцинк» – Zn, Pb, Cu, Ag, Au;

- Никитовский ртутный комбинат – Hg, Sb, Au, Ag, Li, As;

- Побужский никелевый завод – Ni, Zn;

- Никопольский завод ферросплавов – Mn, Sr, Y, Zn, Pb, Rb, Tl;

- Винницкое ПО «Химпром» и Сумское ПО «Химпром» – Y, La, Ce, Sr, P;

- Донецкий химико-металлургический завод – Zn, Y, Hf, Ta, Nb, W;

- Запорожский алюминиевый комбинат – Ga, Y, Au, Fe, Al, Cu, Li;

- ВО «Харьковвторцветмет», СП «Укрчормет» – Al2О3, Cu, Zn;

- СП «Донкавамет» – Zn, Cu;

- Артемовский заводкольорових металлов – Ta, Cu, Zn;

- Турбовский каолиновый завод – Ce, La, Nd, Pr, Sm, Gd, Y, Dy, Er.

Техногенные минерально-сырьевые ресурсы, представляющие определенную общественно-государственную ценность, требуют специального геолого-экономического и технологического изучения. После установления практической ценности изученных техногенных минеральных ресурсов на объекте необходимо выполнить детальные геологоразведочные работы по оценке ТМ.

Известно, что освоение ТМ определяется не только наличием современных технологий, но и его экономической и экологической целесообразностью. При этом затраты на предотвращение, ограничение, компенсацию и ликвидацию ущерба объектам ОПС не должны превышать определенной доли дохода, получаемого при переработке и утилизации ценных элементов данного ТМ.

Разработка системного подхода к эколого-экономической оценке освоения ТМ требует проведения широкого комплекса научно-исследовательских и проектных работ, включающих:

- разработку новой перспективной технологии переработки и утилизации ценных элементов из конкретного ТМ, с определением запасов каждого вида извлекаемого сырья, включая изучение его физико-химических свойств и т.п.;

- определение методов складирования, хранения, обезвреживания и уничтожения собственных ПО перерабатывающего предприятия;

- оценку существующего экологического состояния объектов ОПС в районе размещения ТМ и предприятия по его переработке, а также последствий реализации данного вида деятельности;

- эколого-экономическую оценку последствий воздействия источников загрязнения ОПС в районе размещения предприятия по переработке и утилизации извлекаемых ценных элементов с оценкой потенциального, предотвращенного и остаточного ущерба объектам ОПС.

Экономическая целесообразность комплексного использования полезных ископаемых и элементов определяется сопоставлением стоимости дополнительно получаемой попутной продукции и дополнительных капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с ее получением. По комплексным месторождениям, у которых ряд элементов может рассматриваться в качестве основных, минимальное промышленное содержание рассчитывается по содержанию одного из них, имеющего максимальную извлекаемую ценность на данном ТМ. Минимальное промышленное содержание полезного компонента – это такое содержание, при котором ценность извлекаемого сырья обеспечивает возмещение эксплуатационных затрат на получение товарной продукции при нулевой рентабельности производства.

Отмечено, что при создании предприятия по переработке ПО предприятий черной и цветной металлургии и промышленной энергетики, необходимо учитывать следующие основные источники его воздействия на ОПС:

- агрегаты отбора и складирования сырья из шламонакопителя, подготовки и дозировки компонентов сырья для дальнейшей переработки и приготовления шихтовых смесей;

- агрегаты термической обработки полученной шихты (спекание, обжиг, прокалка, плавка и др.);

- объекты гидрометаллургической обработки шихтовых суспензий (выщелачивание, гидролиз, экстракция, электролиз и др.);

- агрегаты дозировки и упаковки готовой продукции;

- агрегаты собственного энергетического хозяйства (котельные, компрессорные и т.д.);

- объекты складирования, обезвреживания и захоронения собственных ПО.

Также особое внимание необходимо уделять раздельному складированию ПО по видам для формирования ТМ, что упрощает процессы их последующей утилизации, захоронению токсичных ПО в специальных хранилищах, оборудованных под размещение конкретных видов отходов и утилизации жидкой фазы шламов.

Резюмируя вышесказанное, установлено, что несмотря на длительность изучения рассматриваемой проблемы, переработка и утилизация ПО по-прежнему ведется слабо. При этом важность проблемы, несмотря на достаточное количество путей решения, определяется увеличением уровня образования и накопления ПО. Зафиксировано, что усилия зарубежных стран направлены, прежде всего, на предупреждение и минимизацию образования отходов, а затем на их рециркуляцию, вторичное использование и разработку эффективных методов окончательной переработки. При этом объем отходов подлежащих захоронению крайне мал, и они не опасны. Рассмотренные в статье мероприятия позволят уменьшить уровень негативного воздействия ПО на ОПС, но не решат проблему их прогрессирующего накопления и, следовательно, нарастающей опасности проникновения в ОПС вредных и опасных веществ. При этом движение к минимизации негативного воздействия ПО на ОПС следует осуществлять по двум направлениям:

- технологическое – повышение экологической безопасности производства путем комплексной переработки ПО и вовлечения в этот процесс ТМ;

- экологическое – стабилизация ситуации обращения с ПО путем комплексной переработки и извлечения ценных элементов из них, а также изоляция опасных ПО от ОПС.