Семестровая работа. Экология и проблемы цветной металлургии

Оглавление

Введение……………………………………………………………………..…3с. 1. Экологические проблемы цветной металлургии……………………….....5с. 2. Применение комбинированных технологий для экологизации металлургических производств……………………………………………………..…….....7с. 3. Практическое значение экологизации………………………………….….11с. 4. Система оборотного водоснабжения…………………………………...….14с.

Заключение……………………………………………………………………..16с. Список используемой литературы……………………………………………17с.

Введение

В наше время, цветная металлургия относится к числу отраслей с наибольшим выходом промышленных отходов на единицу продукции. При проектировании значительной части действующих предприятий не учитывались требования рационального природопользования и снижения негативного влияния производственной деятельности на среду обитания. Создание экологически безопасных производств, основанных на использовании современных безотходных технологий, связано с огромными капитальными затратами. Выходом из сложившейся ситуации является экологизация существующего промышленного производства путем проведения комплекса мероприятий, включающих совершенствование технологических процессов, повышение эффективности очистки сточных вод и утилизации твердых отходов, внедрение современных автоматизированных средств экомониторинга. В основе всех мероприятий по предотвращению загрязнения окружающей среды лежит контроль, обеспечивающий получение достоверной информации, необходимой для управления природоохранной деятельностью. Использующиеся для экомониторинга физико-химические методы должны отвечать критериям, предъявляемым в данной области анализа: высокая чувствительность, селективность, воспроизводимость, экспрессность, простота пробоподготовки, возможность широкой автоматизации, приемлемая стоимость и т.д. К числу наиболее актуальных и мало разработанных проблем экоаналитики относится приборное и методическое обеспечение контроля техногенных загрязнителей водного и воздушного бассейна. Перспективным направлением повышения эффективности очистки сточных вод является сочетание традиционных реагентных методов с сорбционными технологиями, обеспечивающими снижение концентрации загрязняющих веществ до уровня ПДК. Задача создания малозатратной глубокой очистки промстоков от экотоксикантов является очень сложной и ее решение во многом зависит от правильного выбора сорбента и создания необходимых условий для его эффективного и многократного использования. Применение комбинированных технологий для утилизации многотоннажных токсичных отходов обеспечивает создание производств, отвечающих принципам комплексного использования сырья и экологической безопасности. Разработка комбинированных технологий требует проведения специальных исследований по выбору оптимальных режимных параметров всех использующихся методов переработки отходов, включая производство изделий строительной индустрии. Экологизация флотационных методов обогащения руд направлена на сокращение расхода токсичных реагентов, уменьшение содержания тяжелых металлов в хвостах, снижение водопотребления. Научную и производственную проблему представляет разработка высокоэффективных способов оптимизации автоматического управления флотацией по алгоритмам, полученным при изучении взаимосвязей между параметрами ионного состава и технологическими показателями процесса. Поточное по своей сути гидрометаллургическое производство легко поддается автоматизации на основе контроля параметров ионного состава. Наиболее сложным и во многом не решенным является вопрос создания высокоизбирательных автоматических анализаторов микропримесей в процессе очистки растворов кислого и нейтрального выщелачивания.  Сложную и неизученную область в химической экологии представляет моделирование химических трансформаций техногенных загрязнителей в условиях реакционноспособной среды и экомониторинг продуктов химических превращений, связанных с комплексообразованием органических и неорганических веществ лигандной природы с ионами металлов, а также очистка сточных вод цветной металлургии от образующихся координационных соединений. Сочетание современных физико-химических методов с квантово-химическими расчетами позволяет решить перечисленные выше задачи.

1. Экологические проблемы цветной металлургии

Цветная металлургия относится к числу отраслей с наибольшим выходом промышленных отходов на единицу продукции. При проектировании и строительстве значительной части ныне действующих предприятий цветной металлургии не учитывались требования рационального природопользования и снижения негативного воздействия производственной деятельности на среду обитания. В условиях формирования рыночных отношений возможности экологизации промышленного производства существенно сократились. При этом, несмотря на значительное уменьшение объема выпускаемой продукции, ущерб, наносимый предприятиями горно-металлургического комплекса среде обитания, ощутимо возрос.

Основными источниками загрязнения воды, используемой для производства цветных металлов, являются газоочистные сооружения, где при очистке газов образуются высокоминерализованные стоки, а также основные технологические переделы, использующие воду для размыва образующихся отходов и промпродуктов, которые в настоящее время не могут быть утилизированы или вывезены на отвальное поле для захоронения. Другими источниками загрязнения воды являются вспомогательные производства (масло, нефтепродукты) и участки по ремонту и профилактике основного технологического оборудования. Основными методами очистки сточных вод, образующихся на предприятиях первичной цветной металлургии, являются: механическая очистка от взвешенных веществ, деструктивные методы очистки от тяжелых металлов и радиоактивных элементов, термическое разложение гипохлоритных растворов, нейтрализация кислых стоков известковым молоком, а также биологическая и химическая очистка хозбытовых стоков. Анализируя состояние работы природоохранных объектов по обезвреживанию сточных вод подотрасли, необходимо отметить, что функционирующие очистные сооружения и применяемые методы очистки не обеспечивают достаточно эффективную степень очистки нормативно очищенных сточных  вод. К настоящему времени в зоне действия рудников, обогатительных фабрик и металлургических заводов отрасли накоплено 5 млрд. т. вскрышных и вмещающих пород, около 1 млрд. т. хвостов обогащения и почти 500 млн.т. металлургических шлаков и шламов. Миллионы тонн вредных веществ выбрасываются в атмосферу и сотни миллионов кубометров сточных вод - в водный бассейн. Ежегодно образуется более 300 млн. т. твердых отходов, а используется не более 20%. Вовлекаются в производство лишь не более 20% вскрышных пород, около 10% отходов обогащения и примерно 40% шлаков. В отвальных хвостах обогащения содержится более 1 млн.т. меди, 1,2 млн.т. цинка, более 700 тыс. т. никеля и 35 тыс. т. кобальта, около 400 тыс. т. молибдена. В отвалах шлаков металлургического производства содержится 1 млн. т. меди и цинка, 400 тыс. т. никеля, 13 тыс. т. олова, 84 тыс. т. свинца. Особо губительное воздействие на окружающую среду предприятий горно-металлургического комплекса наблюдается в горных регионах России и, в частности, в Республике Северная Осетия-Алания (РСО-А), промышленный потенциал которой в значительной степени связан с добычей и переработкой руд цветных металлов. В республике накоплено 3,5 млн. т. промышленных отходов 1 -4 классов опасности, из которых 184 тыс. т. особенно опасных отходов заводов «Электроцинк« и «Победит«. Отходы размещаются на территории предприятий, загрязняя природную среду соединениями ртути, свинца, хрома, фтора. В г. Владикавказе выделяется ареал рассеяния тяжелых металлов площадью 40 км2, в пределах которого содержание металлов в десять раз превышает концентрации в городской черте. Источниками загрязнения почв являются хвостохранилища обогатительных фабрик, питающие регион растворами токсичных ингредиентов, основные из которых цинк и свинец. ПДК превышается: по цинку - в 400 раз, по меди - в 40 раз, по свинцу — в 15 раз, по нитратам — в 250 раз. Один только «Электроцинк« в течение года выбрасывает в атмосферу 560 т взвешенных веществ, 14 т свинца, около 100 т цинка и его соединений, 70 т серной кислоты и 7500 т других веществ. Количество жидких отходов составляет около 1600 т в год. В них содержится: цинка 0,14 т, кобальта 0,24 т, марганца 2 т, железа 0,1 т, меди 0,07 т, молибдена 0,05 т, вольфрама 0,13 т. Содержание ингредиентов превышает ПДК на 2-3 порядка, достигая по некоторым из них сотен. Для снижения негативного влияния производственной деятельности на природную среду необходим комплексный подход, включающий мероприятия, направленные как на усовершенствование основных технологических процессов, так и на обезвреживание и утилизацию текущих и ранее накопленных жидких, твердых и газообразных отходов.

2. Применение комбинированных технологий для экологизации металлургических производств

Целью разработки комбинированных технологий является создание комплекса процессов направленных на экологизацию способов переработки руд цветных металлов, очистки сточных вод, утилизации отходов, создание новых способов и средств контроля загрязнений окружающей среды на базе экспериментальных и теоретических исследований с использованием физико-химических методов, математической статистики и квантовохимических расчетов. Применение комбинированных технологий для утилизации многотоннажных токсичных отходов обеспечивает создание производств, отвечающих принципам комплексного использования сырья и экологической безопасности. Разработка комбинированных технологий требует проведения специальных исследований по выбору оптимальных режимных параметров всех использующихся методов переработки отходов, включая производство изделий строительной индустрии. Экологизация флотационных методов обогащения руд направлена на сокращение расхода токсичных реагентов, уменьшение содержания тяжелых металлов в хвостах, снижение водопотребления. Научную и производственную проблему представляет разработка высокоэффективных способов оптимизации автоматического управления флотацией по алгоритмам, полученным при изучении взаимосвязей между параметрами ионного состава и технологическими показателями процесса. Поточное по своей сути гидрометаллургическое производство легко поддается автоматизации на основе контроля параметров ионного состава. Наиболее сложным и во многом не решенным является вопрос создания высокоизбирательных автоматических анализаторов микропримесей в процессе очистки растворов кислого и нейтрального выщелачивания. Сложную и неизученную область в химической экологии представляет моделирование химических трансформаций техногенных загрязнителей в условиях реакционноспособной среды и экомониторинг продуктов химических превращений, связанных с комплексообразованием органических и неорганических веществ лигандной природы с ионами металлов, а также очистка сточных вод цветной металлургии от образующихся координационных соединений. Сочетание современных физико-химических методов с квантово-химическими расчетами позволяет решить перечисленные выше задачи. Идея заключается в повышении экологической безопасности производства цветных металлов за счет комплексного подхода, включающего разработку новых методов и средств оперативного экомониторинга техногенных загрязнителей окружающей среды, создание высоких технологий обезвреживания жидких и твердых отходов, автоматизацию контроля и управления флотационными и гидрометаллургическими процессами. Для достижения данной цели поставлены следующие конкретные задачи: 1. Экологизация процессов обогащения полиметаллических руд на основе изучения взаимосвязей между ионным составом жидкой фазы пульпы и основными показателями флотации с использованием экспериментально-статистических методов исследований и автоматического регулирования расхода реагентов по параметрам ионного состава. 2. Повышение экологической безопасности и эффективности цинкового производства путем разработки методов и систем автоматического контроля ионов тяжелых цветных и редких металлов в технологических растворах. 3. Разработка методов и средств оперативного физико-химического экомониторинга техногенных загрязнителей окружающей среды и автоматических анализаторов гидрометаллургических растворов и флотационныхпулп. 4. Разработка методик экспресс-анализа пылегазовых выбросов свинцово-цинковой и вольфрамо-молибденовой отрасли.

5. Разработка экологически безопасной технологии очистки промышленных сточных вод от техногенных загрязнителей неорганической и органической природы и продуктов их химических превращений с помощью полимерных фильтрующих материалов ВИОН. 6. Разработка комбинированной флотационно-гидрометаллургической технологии переработки отвальных шламов молибденового производства с извлечением ценных.компонентов и утилизацией обезвреженных отходов в строительные материалы. 7. Моделирование химических превращений (комплексообразования и реакций с переносом электрона) техногенных загрязнителей гетероциклической природы в присутствии ионов металлов и других электроноакцепторных веществ на основе электрохимических, спектральных исследований и квантово-химических расчетов. 8. Обоснование механизма реакций в сточных водах цветной металлургии с участием донорных и акцепторных субстратов, ионов тяжелых цветных металлов и других реакционно-способных веществ по типу гомогенного катализа. 9. Внедрение разработанных методов и средств контроля, технологий очистки сточных вод и переработки отходов в производственную практику предприятий цветной металлургии. При использовании данной технологии применимы физико-химические методы исследований: классическая, переменнотоковая, нормальная (НИП) и дифференциальная импульсная полярография (ДИП) в прямом и инверсионном режимах, циклическая вольтамперометрия (ЦВА), ионометрия, электронная спектроскопия, экспериментально-статистические методы исследований технологических процессов, квантово-химические методы расчетов молекул техногенных загрязнителей лигандной природы и продуктов их взаимодействия с ионами металлов. В систему производства внедряются: - вновь разработанные высокоизбирательные методики автоматического оперативного контроля промышленных сточных вод, пылегазовых выбросов, флотационных пульп и гидрометаллургических растворов; - высокие безотходные технологии очистки промышленных сточных вод и переработки отвальных шламов, предусматривающие извлечение ценных компонентов и утилизацию обезвреженных продуктов; - системы автоматического управления процессами селекции полиметаллических руд, разработанные на основе экспериментально-статистических методов исследований технологических процессов и обеспечивающие повышение экологической безопасности пенной флотации; - вновь разработанные автоматические электрохимические анализаторы промышленных сточных вод и технологических растворов; - теоретическое положения о роли солей тяжелых металлов в химических превращениях техногенных загрязнителей как катализаторов переноса электрона с субстрата лигандной природы на электроноакцепторный реагент. Впервые разработаны легко поддающиеся автоматизации методики избирательного вольтамперометрического контроля промышленных сточных вод и флотационных пульп на содержание минеральных частиц (а.с. №505941), бутилового ксантогената, олеата натрия, сульфид-ионов, меди и цинка в присутствии цианидов (а.с.№ 1070462, №1422123), разновалентных форм мышьяка (пат.РФ №2102736); методики оперативного вольтамперометрического контроля индия, никеля (а.с. №1777065), сурьмы, кобальта (пат. РФ №2216014), перманганат-ионов (пат. РФ №2186379) в растворах сульфата цинка. Используется возможность использования концентраций ионов меди и цинка в жидкой фазе флотационной пульпы в качестве режимных параметров в системах регулирования процессов медно-свинцовой и свинцово-цинковой селекции коллективных концентратов (а.с. №1257910 и №1367244). Создан специализированный комплекс средств пробоотбора и пробоподготовки для автоматических анализаторов ионного состава промышленных сточных вод, пульп и гидрометаллургических растворов (а. с. №1224650, №1265519, №1428981, пат. РФ №2037146). Разработаны экологически безопасные технологии глубокой очистки промстоков цветной металлургии от флотореагентов, ионов тяжелых и редких металлов, координационных соединений с помощью полимерных волокнистых сорбентов и флотационно-гидрометаллургическая технология переработки твердых отходов молибденового производства. Впервые на основе электрохимических, спектроскопических исследований, квантовохимических расчетов обоснован гомогенный катализ в химических трансформациях техногенных загрязнителей лигандной природы в присутствии ионов тяжелых цветных металлов окислителей и других реакционно-способных веществ. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается комплексным использованием физико-химических, экспериментально-статистических и квантовохимических исследований; высокой сходимостью экспериментальных данных с теоретическими расчетами, результатами лабораторных и промышленных испытаний, высокой эксплуатационной надежностью разработанных методов и средств контроля и управления процессами переработки минерального сырья и очистки сточных вод. Научное значение работ производимых по данной технологии состоит в разработке теоретических основ и методической базы оперативного контроля техногенных загрязнителей окружающей среды, в теоретическом и экспериментальном обосновании методов глубокой сорбционной очистки промстоков от экотоксикантов, в создании эффективных способов управления процессами флотации полиметаллических руд, в прогнозировании химических трансформаций техногенных загрязнителей в промстоках. Научные результаты выполненного исследования могут найти применение в природоохранной деятельности при переработке минерального сырья.

3.Практическое значение экологизации

Основным технологическим процессом переработки руд цветных металлов является пенная флотация. Экологизация флотационных методов обогащения тесно связана с оптимизацией реагентного режима, позволяющей достичь существенного сокращения расхода токсичных реагентов, снижения содержания тяжелых металлов, уменьшения водопотребления и т.д. Важнейшим направлением работ по совершенствованию процессов пенной флотации является управление расходом реагентов по параметрам ионного состава жидкой фазы пульпы. В настоящее время теоретически и экспериментально доказано, что концентрация реагентов в пульпе является наиболее обобщенным (интегральным) показателем состояния флотационного процесса, позволяющим учитывать большинство факторов, влияющих на конечные результаты обогащения рудного сырья. Проведение работ по интенсификации флотационных процессов на основе регулирования реагентным режимом по параметрам ионного состава стало возможным благодаря инструменталлизации и автоматизации контроля отдельных ионных компонентов в сложных по составу водных растворах. Только наличие основанного на современных физико-химических методах анализа приборного парка создает необходимую базу для исследований, направленных на выявление оптимальных диапазонов концентраций реагентов в пульпе и изучения взаимосвязи между параметрами ионного состава и технологическими показателями флотации. Промышленное исследование флотационных процессов на основе активно-пассивных планируемых экспериментов, статистической обработки результатов и математического моделирования позволяет разработать высокоэффективные способы оптимизации режимов управления флотацией руд переменного вещественного состава. Важнейшим экологическим результатом таких работ является резкое сокращение расхода высокотоксичных флотореагентов (ксантогенатов, цианидов, солей тяжелых металлов и т. д.) и снижение до минимума их сброса в водный бассейн.

К числу наиболее прогрессивных и универсальных методов переработки относится гидрометаллургия, значение которой особенно возросло в связи с вовлечением в производство больших объемов техногенного сырья. Универсальность, гибкость, простота аппаратурного оформления, высокая технико-экономическая эффективность гидрометаллургических технологий открывает значительные перспективы их применения для решения задач комплексной переработки разнообразного минерального сырья с минимальным вредным воздействием на окружающую среду. Гидрометаллургические методы легко поддаются автоматизации на основе контроля параметров ионного состава. В частности, успешное проведение процессов кислого и нейтрального выщелачивания перед электролитическим осаждением многих металлов стало возможным благодаря автоматизированному контролю технологических растворов на содержание основных ионных компонентов и микропримесей. Радикальное решение проблем охраны среды от негативного воздействия промышленных объектов возможно при широком применении безотходных и малоотходных технологий. К сожалению, прогнозы развития мировой цветной металлургии не дают оснований надеяться, что в ближайшее время будут найдены принципиально новые методы устранения большого количества отходов. Это вызывает необходимость снижения до минимума вреда, наносимого природной среде жидкими, твердыми и газообразными отходами путем разработки экологически безопасных, высокоэффективных технологий их обезвреживания и утилизации. Основная часть жидких отходов предприятий цветной металлургии представлена различного рода водными растворами (рудничные воды, промышленные сточные воды, условно чистые воды, хозбытовые воды). Наибольший урон окружающей среде наносится при сбросе в открытые водоемы промышленных сточных вод металлургических заводов и рудообогатительных фабрик. Сточные воды предприятий цветной металлургии имеют сложный химический состав и высокую степень загрязнения высокотоксичными веществами, что определяется как разнообразием перерабатываемого сырья, так и многостадийностью производственных процессов и широким ассортиментом применяемых реактивов и материалов. Использующиеся на подавляющем большинстве предприятий отрасли методы реагентной химической очистки промстоков не обеспечивают необходимой степени извлечения многих токсичных компонентов, что приводит к сверхнормативному сбросу токсичных веществ в водный бассейн, а также препятствует внедрению замкнутых схем водооборота. Большой выход сильно загрязненных сточных вод делает технически и экономически нецелесообразным применение для их очистки многих современных физико-химических методов, позволяющих достичь высокой степени извлечения техногенных загрязнителей. Вместе с тем, как показывает опыт, привлечение таких прогрессивных методов, как сорбция и ионный обмен для доизвлечения вредных веществ из прошедших реагентную очистку промстоков может оказаться весьма эффективным. Возможности этого направления работ значительно расширились после появления новых высокоэффективных волокнистых хемосорбентов, обладающих развитой поверхностью, хорошими кинетическими характеристиками, термостойкостью и химической устойчивостью. Наибольший практический интерес для очистки производственных сточных вод представляют отечественные промышленно освоенные нетканые материалы ВИОН, изготовленные на основе модифицированных полиакрилонитрильных (ПАН) волокон. К настоящему времени накоплен определенный опыт работ по использованию ПАН сорбентов ВИОН для очистки промстоков и технологических растворов от загрязняющих веществ различной природы. На основе катионо- и анионо- обменных фильтров ВИОН созданы локальные системы и устройства очистки цеховых сточных вод, бытовые фильтры для очистки питьевой воды и т.д. Практическое значение: 1. Применение разработанных способов и средств контроля сточных и условно чистых вод позволяет повысить эффективность работы очистных сооружений и снизить сброс токсичных веществ в открытые водоемы.   2. Использование вольтамперометрических экспресс анализаторов атмосферного воздуха обеспечивает своевременное обнаружение источников сверхнормативных и несанкционированных выбросов токсичных веществ в воздушный бассейн. 3. Технология очистки промстоков с применением ПАН фильтров позволяет снизить содержание загрязняющих веществ до уровня ПДК, сконцентрировать и извлечь ценные компоненты, исключить образование высокотоксичных неутилизируемых шламов. 4. Экологически безопасная флотационно-гидрометаллургическая технология переработки отвальных шламов обеспечивает снижение безвозвратных потерь молибдена и утилизацию обезвреженных отходов в изделия строительной индустрии. 5. Автоматический контроль и управление флотационными и гидрометаллургическими процессами по параметрам ионного состава приводит к увеличению объема производства цветных металлов при одновременном снижении сброса токсичных веществ в открытые водоемы. Теоретические и методические разработки использованы в практике научно-исследовательской работы СКФ ОНТК «Союз ЦМА», а также в учебном процессе СОГУ. Созданные методики контроля и анализаторы техногенных загрязнителей окружающей среды, системы контроля и управления технологическими процессами очистки сточных вод и гидрометаллургических растворов, флотационного обогащения руд внедрены на заводах «Электроцинк», «Мосэлектрофольга», «Рязцветмет», на обогатительных фабриках и металлургических заводах Алмалыкского, Джезказганского, Лениногорского, Зыряновского, Садонского комбинатов. Технологии сорбционной очистки сточных вод и переработки отвальных шламов успешно испытаны и приняты к внедрению заводом «Победит».