Разработка комплекса технологий переработки отходов 3-5 классов опасности с получением полезных продуктов
Аннотация
Промышленными отходами 3-5 класса опасности являются: шлаки и зола котельных и теплоэлектростанций, шлаки черной и цветной металлургии, сульфатно-кальциевые (гипсы), термофосфорные шлаки, пиритные (колчеданные) огарки, отходы черных и цветных металлов в машиностроении, в электронике и электротехнической промышленности, — отходы полимерных композиционных материалов, включая резинотехнические изделия, и другие.
Защита воздуха от вредных и токсичных веществ является важной проблемой современной науки и техники. Отходящие газы содержат, как правило, от 0,05 до 0,4 об.% токсичных соединений, которые по санитарным нормам без дополнительной очистки запрещается выбрасывать в атмосферу. Во многих отраслях химической, металлургической, электронной, топливной и других отраслей промышленности и энергетики, прежде всего связанных с высокими температурами протекания процессов, из реакторов выходят смеси газов, содержащих оксиды азота, а в некоторых случаях и пары азотной кислоты. Улавливание этих газов и паров обычными сорбентами до требуемой степени очистки требует длительного времени контакта загрязненных газов с сорбентами, а значит и большого объема одновременно используемого сорбента. Стоимость сорбента довольно высока, что определяет высокую стоимость очистки газа в целом. Кроме того, необходимо утилизировать или захоранивать отработанный сорбент, что требует дополнительных затрат на оборудование и энергию. Особое значение имеет очистка от нитрозных газов, образующихся в активно используемых в последнее время установок сжигания промышленного и бытового мусора.
Суммарное количество ежегодно образующихся оксидов азота составляет — 70 млн. т. год.
Использование рассматриваемого в проекте способа улавливания нитрозных и оксидных соединений из промышленных газов позволяет уменьшить требуемый объем аппаратуры для очистки отходящих промышленных газов от нитрозных соединений. Отработанный абсорбент — раствор нитрата марганца представляет собой ценный рыночный продукт, имеющий высокую стоимость. В проекте планируется разработать технологический процесс выделения чистого товарного нитрата марганца и его очистки от примесей.
Кроме того, представляются весьма важными разработка гибкой универсальной технологии создания блочных катализаторов очистки отходящих газов с пониженным содержанием благородных металлов. Снижение, а в некоторых случаях и полное исключение содержания благородных металлов, возможно за счёт введения в структуру катализаторов соединений композиций из соединений переходных металлов, которые содержатся в значительных (для катализаторного производства) количествах в различных техногенных отходах.
Несомненно, является перспективным создание базы данных техногенных отходов, которые могут стать сырьём для производства катализаторов газоочистки. Актуальность вышеизложенного обусловлена и тем, что в настоящее время наблюдается усиление существовавшего и ранее дефицита производства носителей, сорбентов и катализаторов, особенно специального назначения, причем не только в количественном, но и в качественном отношении и, прежде всего — в ассортиментном. Проблема усугубляется разрушением или перепрофилированием за последнее десятилетие большинства из имевшихся немногочисленных опытно-промышленных производств катализаторов, способных выпускать мелкосерийную и опытную продукцию разнообразного ассортимента со специфическими свойствами и гарантировать их надежность.
Для решения указанной проблемы проектом предусмотрена:
- разработка технологии металлических катализаторов с оксидной пленкой и пористым покрытием из фольги металлов и сплавов, включая отходы машиностроительных производств (проволоку, стружку, ленты), а также блочных катализаторов сотовой структуры на их основе;
- исследование процессов извлечения каталитически активных металлов (Со, Ni, Mn, W и др.) из отработанных промышленных катализаторов и техногенных отходов, содержащих соединения переходных металлов и создание тонкослойных каталитических покрытий на их основе.
В процессе функционирования предприятий цветной металлургии, нефтехимической и химической промышленности образуются отходы, содержащие такие ценные компоненты, как редкие, цветные или благородные металлы, в количествах, зачастую превышающих их содержание в поступающих на переработку первичных рудах и концентратах. Объемы некоторых из таких отходов могут быть весьма велики. Это позволяет рассматривать упомянутые выше отходы как перспективные сырьевые источники для получения дополнительных количеств ценных и дефицитных металлов. При этом может быть решена и важная экологическая задача утилизации отходов, зачастую занимающих значительные площади.
В рамках проблемы, на решение которой направлен проект, предполагается разработать следующие технологические процессы:
- извлечение молибдена, никеля или кобальта из отработанных катализаторов гидрообработки нефти с одновременной утилизацией основы катализаторов – оксида алюминия;
- извлечение рения и платины из отработанных катализаторов риформинга нефти;
- извлечение рения из пылей медно-никелевого производства;
- извлечение ванадия из железосодержащих отходов ванадиевого производства;
- доизвлечение платиновых металлов из отработанных растворов аффинажа благородных металлов;
- переработка шламов от шлифования твердосплавных заготовок на чистые соединения вольфрама и кобальта с целью возвращения их в производственный цикл;
- утилизация кубовых остатков процессов дегалогенирования с получением товарных соединений цинка.
По данным Росстата на территории РФ к настоящему времени накоплено около 40 млрд. тонн твердых и жидких промышленных отходов, под размещение которых, по экспертным оценкам, занято от 4 до 7 млн га земли. Темп образования промышленных отходов составляет 5–7% в год или 6,0–7,0 млрд. т/г.
Более 90–93% отходов, образующихся на предприятиях добывающего сектора экономики, являются отходы, образующиеся при добыче полезных ископаемых: карбонатов, природного гипса, гранитного щебня, песка и глины, фосфорных удобрений, глинозема, горючих сланцев, угля, нефти, газа, алмазов, оксидов железа и цветных и полиметаллических руд и др.
Остальные 7–10% отходов образуются в перерабатывающих отраслях промышленности: металлургической, машиностроительной, электронной, электротехнической, химической, нефтехимической, агропромышленном комплексе, строительстве, на транспорт и др.
Предлагаемые решения актуальной проблемы переработки промышленных отходов и использование ценных компонентов в промышленное производство полностью соответствуют: приоритетным направлениям «Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации», утвержденной Указом Президентом РФ №642 от 01 декабря 2016 г.; основным положениям Указа Президента РФ № 204 от 7 мая 2018 г. «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации на период до 2024 года», «Стратегии развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 г.» (Распоряжение Правительства Российской Федерации от 25.01.2018 г. №84-р), а также целям и приоритетным задачам Национальных проектов «Экология» и «Цифровая экономика».
