Техногенное сырье: методы получения, классификация, методы переработки
ВВЕДЕНИЕ
Техногенным сырьем являются отходы, полученные на стадиях получения с последующей обработкой металлов, способных выступать источником воспроизводства сырья, а также отходы горно-металлургических производств (отвалы бедных руд, хвосты обогащения, шламы, пыли, лом, шлаки и др.), содержащие цветные, редкие и благородные металлы. Отходы производства обычно довольно значительны и обусловлены его особенностями.
В настоящее время общепризнано, что техногенное минеральное сырьё – это конкурентоспособный, перспективный, постоянно пополняемый минеральный ресурс. Повышенный интерес к техногенным месторождениям и образованиям обусловлен:
- сокращением числа и ухудшением качества руд разведуемых и эксплуатируемых месторождений по мере их отработки;
- концентрацией в техногенных образованиях весьма значительного количества минерального сырья с содержаниями и запасами, нередко сопоставимыми с природными месторождениями;
- исключением из геологоразведочного процесса при оценке техногенных образований поисковой и, в какой-то мере, оценочной стадий.
Значительная часть техногенных отходов благоприятна для переработки, поскольку сырьё уже добыто и находится на земной поверхности, измельчено, полезные минералы в той или иной степени высвобождены из вмещающей горной массы.
В данной работе мы более подробно изучим, что такое техногенное сырье, рассмотрим методы получения данного продукта, проблемы утилизации и методы переработки.
1 ОБЗОР ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
1.1 МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ИСТОЧНИКИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Основными источниками многотоннажных отходов являются: горнообогатительная, металлургическая, химическая, лесная и деревообрабатывающая, текстильная отрасли промышленности; энергетический комплекс; промышленность строительных материалов; агропромышленный комплекс; бытовая деятельность человека.
Из отраслей материального производства, способных потреблять промышленные (техногенные) отходы, наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Отходы производства или побочные продукты промышленности являются вторичными материальными ресурсами. Многие отходы по своему составу и свойствам близки к природному сырью.
Все техногенные отходы можно разделить на две большие группы: минеральные и органические. Преобладающее значение имеют минеральные отходы: их больше, они лучше изучены и имеют наибольшее значение для производства строительных материалов.
1.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
В зависимости от преобладающих химических соединений минеральные отходы делят на силикатные, карбонатные, известковые, гипсовые, железистые, цинксодержащие, щелочесодержащие и т.д. Наибольшую практическую применимость имеет классификация отходов по отраслям промышленности их образующим и классификации для отдельных видов отходов.
Шлаки черной металлургии - побочный продукт при выплавке чугун» мэ железных руд (доменные, мартеновские, ферромарганцевые). Выход шлаков очень целик и составляет от 0,4 до 0,65 т на 1 т чугуна. В их состав входит до 30 различных химических элементов, главным образом в виде оксидов. Основные оксиды: SiO2, Al2O3, CaO, MgO. В меньших количествах присутствуют FeO, MnO, P2O5, ТiO2. Состав шлака зависит от состава кокса пустой породы и определяет особенности применения шлака.
В производстве строительных материалов используется 75 % общего количества доменных шлаков. Основным потребителем является цементная промышленность. Ежегодно она потребляет миллионы тонн гранулированного доменного шлака. Грануляция заключается в быстром охлаждении шлакового расплава, в результате чего шлак приобретает стекловидную структуру и, соответственно, высокую активность
Сталеплавильные (мартеновские) шлаки применяются в меньшей степени. Трудности их использования связаны с неоднородностью, непостоянством химико-минералогического состава и физико-механических свойств.
Шлаки цветной металлургии чрезвычайно разнообразны по составу. Наиболее перспективное направление их использования - комплексная переработка: предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлака; выделение железа; использование силикатного остатка шлака для, производства строительных материалов.
При получении цветных металлов с помощью так называемых «мокрых» технологий образуются не шлаки, а шламы (буквальный перевод с немецкого - «грязь»). Это общее название осадков суспензий, получаемых в металлургических и химических производствах в результате процессов, осуществляемых гидрохимическим способом. Например, побочным продуктом при производстве алюминия является бокситовый шлам — рыхлый сыпучий материал красного цвета. При получении глинозема из нефелинового сырья в качестве побочного продукта образуется нефелиновый шлам. Иначе он называется белитовым шламом, так как в основном состоит из мелких кристаллов, минерала белита. Если, глинозем получают из высокоалюминатных глин, в качестве побочного продукта образуется каолиновый шлам и т.д. Основное применение все эти шламы находят в цементном производстве.
Золы и шлаки тепловых электростанций (ТЭС) - минеральный остаток от сжигания твердого топлива. Одна ТЭС средней мощности ежегодно выбрасывает в отвалы до 1 млн т золы и шлака, а ТЭС, сжигающая многозольное топливо, - до 5 млн т. По химическому составу топливные золы и шлаки состоят из SiO2, AI2O3, CaO, MgO и др., а также содержат несгоревшее топливо. Используются топливные золы и шлаки всего на 3-4 % от их ежегодного выхода.
Золы и шлаки ТЭС возможно использовать при производстве практически всех строительных материалов и изделий. Например,Введение
100-200 кг активной золы (уноса) на 1 м3бетона дает возможность экономить до 100 кг цемента. Шлаковый песок пригоден для замены природного песка, а шлаковый щебень — в качестве крупного заполнителя. Отходы горнодобывающей промышленности. Вскрышные породы - горнорудные отходы, отходы добычи разнообразных полезных ископаемых. Особенно большое количество этих отходов образуется при добыче открытым способом. По ориентировочным подсчетам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд т отходов, которые являются неисчерпаемым источником сырья для промышленности строительных материалов. Однако в настоящее время они используются лишь на 6-7%. Вскрышные и пустые породы применяются в зависимости от своего состава (карбонатные, глинистые, мергелистые, песчаные и т.д.).
Вскрышные породы - не единственные отходы горнодобывающей промышленности. Большое количество пустой породы поднимается на поверхность земли, измельчается и направляется в отвалы в виде хвостов обогащения. Горнообогатительные комбинаты сбрасывают в отвалы большое количество флотационных хвостов, образующихся в частности при переработке руд цветных металлов. Отходы угледобычи и углеобогащения образуются на углеобогатительных фабриках. Для отходов угледобычи характерно постоянство состава, что их выгодно отличает от других видов минеральных отходов.
Попутнодобываемые породы и отходы промышленной переработки рудных полезных ископаемых отличаются по генезису, минеральному составу, структуре и текстуре от традиционно применяемых при производстве строительных материалов. Это объясняется существенным отличием глубин карьеров по добыче сырья для стройиндустрии (20-50 м) по сравнению с современной разработкой рудных месторождений (350-500 м).
Гипсовые отходы химической промышленности - продукты, содержащие сульфат кальция в той или иной форме. Научные исследования показали полноценную заменимость традиционного гипсового сырья отходами химической промышленности.
Фосфогипс - отход при производстве фосфорных удобрений из апатитов и фосфоритов. Он представляет собой CaSO4-2H2O с примесями неразложившегося апатита (или фосфорита) и неотмытой фосфорной кислоты.
Фторгипс (фторангидрит) - побочный продукт при производстве фтористоводородной кислоты, безводного фтористого водорода, фтористых солей. По составу это CaSC4 с примесями исходного неразложившегося флюорита. Он может содержать также неотмытую серную кислоту.
Титаногипс - отход при сернокислотном разложении титансо-держащих руд. Борогипс - отход производства борной кислоты. Суяь-фогипс получается при улавливании серного ангидрида из дымовых газов тэс.
Электротермофосфорные шлаки - отходы производства фосфорной кислоты, получаемой но электротермическому способу. В гранулированном виде содержат 95-98% стекла. Основные оксиды, входящие в их состав, SiO2 и СаО. Являются ценным сырьем в производстве вяжущих веществ.
Отходы деревообработки и лесохимии. В настоящее время в нашей стране лишь 1/6 часть древесных отходов используется в целлюлозно-бумажной промышленности и промышленности строительных материалов.
Практически не используются кора, пни, вершины, ветви, сучья, а также отходы деревообработки - стружка, щепа, опилки.
Отходы целлюлозно-бумажной промышленности - осадки сточных вод и другие промышленные шламы. Скоп - продукт, получившийся в результате механической очистки сточных вод. Это грубодисперсные примеси, состоящие в основном из волокон целлюлозы и частиц каолина. Активный ил - продукт биологической очистки сточных вод, находящийся в виде коллоидов и молекул.
Отходы промышленности строительных материалов. При получении цементного клинкера до 30% объема обжигаемого продукта уносится с дымовыми газами из печей в виде пыли. Эта пыль может возвращаться в производство, а также использоваться для раскисления почв и в производстве вяжущих веществ.
Кирпичный бой, старый и бракованный бетон используются в качестве искусственного щебня. Бетонный лом - отход предприятий сборного железобетона и сноса строительных объектов. Огромные объемы реконструкции жилого фонда, промышленных предприятий, транспортных сооружений, автодорог и т.д. ставят важную научно-техническую задачу по переработке отходов бетона и железобетона. Разработаны различные технологии разрушения строительных конструкций, а также специальное оборудование для переработки некондиционного бетона и железобетона.
Прочие отходы и вторичные ресурсы - отходы и бой стекла, макулатура, тряпье, резиновая крошка, отходы и попутные продукты производства полимерных материалов, попутные продукты нефтехимической промышленности и т.д.
1.3 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Техногенные минеральные образования при условии положительной оценки экологоэкономической эффективности их освоения представляют собой техногенные месторождения (ТМ), которые должны отвечать следующим требованиям:
1) представлять коммерческий интерес − как непосредственный источник вторичного сырья, либо с учетом последующей переработки и получения различных видов товарной продукции;
2) окупать инвестиционные затраты;
3) опираться на экологически чистые технологии при необходимости вовлечения во вторичную переработку;
4) отвечать требованиям, установленным нормативными правовыми актами к качеству минерального сырья и получаемой товарной продукции;
5) иметь рынок для прямой или опосредованной продажи содержащихся в них полезных ископаемых
Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы
.
Возможное использование техногенных минеральных образований подразделяется на два направления:
1) доизвлечение основных полезных компонентов (металлов и неметаллов), которые не могли быть извлечены ранее при существовавшем уровне развития техники и технологии;
2) нетрадиционное использование сырья, которое не предполагалось ранее при утверждении запасов «первичных» месторождений (например, в качестве стройматериалов и др.).
Запасы минерального сырья ТМ подлежат Государственному учету на основе заключений государственной экспертизы, подтверждающих их количество, качество и экономическую значимость и удостоверяющих горнотехнические, технологические, гидрогеологические и экологические условия разработки.
По морфологическим признакам ТМ подразделяются на:
1) насыпные, представленные терриконами угольных шахт и разрезов, отвалами рудников и карьеров месторождений цветных, черных и редких металлов, техногенными россыпями, образующимися при разработке россыпных месторождений, отходами золотоизвлекательных фабрик, шлакоотвалами цветной и черной металлургии;
2) наливные, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности техногенными отходами обогащения руд (шламо- и хвостохранилищами горнообогатительных фабрик), шламоотвалами цветной и черной металлургии, золо- и шлакоотвалами энергетического комплекса, шламоотвалами химических производств.
В приповерхностной зоне техногенных отложений под воздействием кислорода, воды, фильтрационных электрических полей и других факторов происходят интенсивное растворение и миграция металлов и их соединений. При этом образуются обогащенные и обедненные участки с восстановительными и окислительными формами нахождения, требующими при утилизации применения специальных технологий извлечения.
Особенно это явление характерно для отходов добычи и обогащения сульфидных руд, в процессе хранения которых происходит быстрое окисление, в результате чего первичные руды и породы разрушаются, а в воду и почву выносятся тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, висмут, мышьяк, сурьма и др.). Это заставляет, в первую очередь, оценивать техногенные скопления как источники повышенной экологической опасности и лишь затем − как объекты экономически выгодной утилизации.
В результатe гравитационной дифференциации в лежалых отходах со временем образуются достаточно крупные обогащенные металлами залежи, в нижней части которых могут формироваться тела, подобные зонам вторичного обогащения. Кроме того, пространственное размещение богатых участков хвостохранилищ в плане контролируется расположением пульпопроводов, а в разрезе − качеством перерабатываемого минерального сырья, изменяющегося во времени по мере отработки первичного месторождения и изменения технологической схемы переработки руд. На объективную оценку хвостохранилищ по вещественному составу, по концентрационной и гранулометрической зональности и ожидаемым запасам влияет также соотношение жидкой и твердой фаз сбрасываемой в хвостохранилище пульпы, ее вещественный состав, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, временной режим сброса, направление и места сброса, рельеф дна хранилищ, физикохимические характеристики подстилающих хранилище пород.
2 ПРОБЛЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ И МЕТОДЫ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
2.1 УТИЛИЗАЦИЯ И ПЕРЕРАБОТКА ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Техногенные образования в сфере твердых полезных ископаемых представляют собой отходы горно-металлургического производства. Их утилизация имеет важнейшее экономическое значение и обеспечивает более полное использование не возобновляемых природных ресурсов, снижение темпов истощения минерального сырья в недрах, повышение производительности и улучшение условий труда, производство дешевых стройматериалов и удобрений для сельского хозяйства, сокращение и ликвидацию источников загрязнения окружающей среды, рекультивацию занимаемых отходами земель.
Технология руд цветных металлов.
Технология руд цветных металлов является составной частью процесса производства металлов. Исходными для этого производства являются минеральное и техногенное сырье, которое отличается большим разнообразием вещественного состава, содержанием в нем ценных компонентов, объемами переработки и эффективностью его переработки.
При переработке руд цветных металлов в настоящее время извлекается более 70 элементов периодической системы Д.Менделеева. Качество перерабатываемых руд и содеражние в них металлов непрерывно снижается. Руды в большинстве своем являются комплексными, полиметаллическими, содержащими несколько ценных минералов, совместное присутствие которых затрудняет или искоючает применение металлургических процессов без предварительного разделения их методами обогащения.
Современное состояние технологии и техники обогащения позволяет вовлекать в переработку все новые виды минерального сырья, содержание в котором цветных и особенно редких металлов находится часто на грани рентабельности и требует применение наиболее совершенных технологических процессов и схем, оборудования, методов контроля. Осваиваются новые виды полезных ископаемых и техногенного сырья, повышается извлечение из них ценных компонентов.
Часто при первичной переработке руд применяются комбинированные процессы с использованием пиро- и гидрометаллургических методов.
Извлечения золота из техногенного минерального сырья.
Необходимость решения задач по освоению месторождений золота техногенного характера связана с ухудшением минерально-сырьевой базы страны. По данным В.А. Чантурия за последние 20 лет содержание золота в рудах снизилось в 1.2-1.5 раза, доля труднообогатимых руд в общей массе сырья, поступающего на обогащение, возросла с 15 до 40%.
Во многих видах техногенного минерального сырья содержание ценных компонентов в ряде случаев находится на том же уровне или даже превышает их концентрацию в рудах природных разрабатываемых месторождений.
Целесообразность промышленного освоения техногенных ресурсов определяется не только истощением разрабатываемых месторождений, но и необходимостью крупных капитальных вложений в освоение новых объектов.
Ресурсный потенциал техногенных золотосодержащих объектов, расположенных на территории России, оценивается неоднозначно. Анализируя общую структуру запасов и ресурсов золота, Б.И. Беневольский утверждает, что на долю техногенных объектов отводится 7-12 %.
Кроме этого, хвостохранилища занимают огромные площади, ухудшают экологическое состояние районов. Обогатительные фабрики являются градообразующими предприятиями, а ряд фабрик прекратили работу из-за отсутствия руды. Таким образом, исследования, направленные на повышение эффективности извлечения золота из техногенного минерального сырья имеют не только научно-практическое, но и социальное и экологическое значение.
Проблемой разработки технологии переработки техногенного сырья занимались такие ученые как Чантурия В.А., Бочаров В.А., Вигдергауз В.Е., Козин В.З., Макаров А.Б., Щербина Н.Ф., Кочеткова Т.В., Елесеева В.И., Макаров В.А., Котова О.Б. и другие исследователи. Их исследования показывают, что техногенные месторождения, представленные хвостами обогащения, являются достаточно специфическими образованиями, отличающимися от других техногенных объектов вещественным составом, условиями накопления и хранения, остаточной концентрацией реагентов.
Полезные минералы в техногенном сырье находятся в тонкодисперсной форме, их поверхностные свойства изменены, такое сырье не эффективно обогащается традиционными методами. По своим свойствам они значительно отличаются от текущих «хвостов», т.к. в процессе хранения происходят изменения минерального и гранулометрического состава, а так же изменения касаются также и технологических свойств. Гранулометрический состав характеризуется высоким содержанием ультрадисперсных частиц с размером менее 10 мкм, обладающих развитой удельной поверхностью.
2.2 ОБСУЖДЕНИЕ ВОПРОСОВ УТИЛИЗАЦИИ И ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОГЕННОГО СЫРЬЯ
Отходы горного производства являются уникальным источником многих ценных редких металлов. Эксплуатация техногенных месторождений позволит поддерживать требуемый уровень производства металлов даже при значительном снижении объемов добычи металлических руд. Основная проблема промышленной добычи техногенных полезных ископаемых в России в настоящее время заключается в отсутствии эффективной нормативно-правовой базы и полного достоверного реестра техногенных месторождений.
14 марта 2016 года состоялось совместное заседание Комитета Государственной Думы Российской Федерации по природным ресурсам, природопользованию и экологии и Высшего горного совета НП «Горнопромышленники России» по вопросу «Развитие промышленной переработки техногенного сырья в России». В заседании приняли участие депутаты Госдумы России и члены Высшего горного совета, руководящие работники федеральных министерств и ведомств, промышленники и предприниматели, руководители предприятий горного машиностроения, академики РАН и представители корпоративных научных учреждений.
Участники заседания отметили, что дальнейшее развитие самой горной промышленности невозможно без своевременного воспроизводства минерально-сырьевой базы (МСБ). Эта проблема актуальна для многих стран мира. При возрастающей потребности общества в сырье для металлургии и других перерабатывающих отраслей возрастает потребность в количестве, а главное, в качестве минерального сырья. В то же время наиболее богатые месторождения во многом исчерпаны, снижается качество руд, ухудшаются условия их эксплуатации. Часто разработки ведутся на глубинах 1 км и более.
Господство на сырьевом рынке фактически становится «жесткой силой», которая может быть использована в качестве рычага для экономического и политического нажима
50% реферата недоступно для прочтения
Закажи написание реферата по выбранной теме всего за пару кликов. Персональная работа в кратчайшее
время!
Задать вопрос
на новый заказ в Автор24. Это бесплатно.
