Вторичное использование отходов металлоперерабатывающего производства

В статье рассматривается проблема вторичного использования отходов, оставшихся в результате производства металлических изделий (пыль, стружка, шлак) и их применение их для безотходного производства. The problem of recycling waste left over from the production of metal products (dust, shavings, slag) and their application to non-waste production.

Ключевые слова: металлическая стружка, безотходное производство, вторичное использование.

Вводная часть и новизна.

Предприятия, занимающиеся, переработкой металла производят внушительное количество пыли от металлических изделий и металлической стружки. В результате механического воздействия на изделие появляется металлическая стружка и металлическая пыль, при заточке, заготовке, шлифовке изделий и других видах работ. Отходы разных металлов, в большинстве случаев образуются на одном и том же оборудовании, на одном и том же станке, в результате обработки заготовок из разных металлов. Как возможные варианты сортировки отходов разных металлов можно использовать магнитные свойства железа. При воздействии магнита стальные опилки притягиваются и отделяются от других металлических отходов, собираются отдельно в соответствующей ёмкости. После выполнения действий по сортировки, отходы перемещаются на переработку. В частности, в результате переработки однотипной стружки можно воспользоваться способом горячей штамповки при t = + 1000 — 1200°С и получить монолитную деталь, не требующую дальнейшей работы с ней. Метод горячей штамповки имеет свои плюсы, что когда работа выполняется при более низких температурах это создаёт внушительную экономию затрачиваемой энергетики, отсутствие потерь, 100 % использование отходов. [1] Стоит отметить, что технические отходы из нержавеющей стали собираются в отдельную тару и их крайне нежелательно смешивать с другими отходами. Когда, отходы прошли стадии сортировки, они направляются на переработку. В результате исследований в ВНИИ твердых сплавов были реализованы способы утилизации металлической стружки. Суть метода заключается в том, что поступающая на переработку стружка не перерабатывается в порошковую сталь. Известно, что процесс литья требует больших финансовых вложений и больших энергетических затрат. Данный метод позволяет исключить крайне невыгодный процесс из хода работ. В любом металлоперерабатывающем предприятии, возможно, применить данный метод. Если остановиться на этом способе и рассмотреть его, то можно сказать что, металлическая стружка отмывается от масел в бензине или в керосине, после чего загружается в среду этанола в шаровую или в вибромельницу и размалывается до нужной степени помола. Таким образом, получается порошок, который потом с использованием смесителя замешивают в составе с синтетическим каучуком в бензине и прессуется на 500-тоном прессе. Материал, полученный в результате вышеперечисленных операций, обладает значительной пористостью (около 30 %). Он спекается в вакууме или в защитной атмосфере. Горячей ковке или прокатку подвергают материал для получения образца с необходимыми габаритами. В результате таких действий можно получить мелкозернистую порошковую сталь. И в дальнейшем такую сталь, возможно, применять практически в любых легирующие добавки. Также в результате практического применения резцов, изготовленных вышеописанным способом, их стойкость и стабильность оказалась больше обычных в три раза. Кроме того предварительное добавление в смесь незначительных количеств титана (Ti) изменяет твердость инструмента в лучшую сторону, также уменьшает коэффициент трения и увеличивает срок жизни резцов. Что касается, добавки титана — она увеличивает интенсивность ряда технологических операций: размола, прессования и спекания. В конце двадцатого века, а конкретно в восьмидесятых годах, на основании использования подходов с применением вакуумной и электрошлаковой переплавке в специальном пульсирующем магнитном поле, были разработаны технологии по переработке твёрдых промышленных отходов (ТПО) сверхтвердых сталей. Проводимые в то время специальные исследования показали, что электрошлаковый переплав ТПО сталей с повышенной твёрдостью в пульсирующем магнитном поле — является одним из эффективнейших для применения способов восстановления изношенного образца в горячей штамповке.

Брак, литники, металлическая стружка в результате применения механической обработки образуют хороший материал, который возможно использовать для приготовления шихты. Нужно обратить внимание, что применение для плавки одних отходов крайне нежелательно, так как при этом может возрасти насыщенность газом металла и возможно повышение содержания окислов. Нужно не забывать, что количественное содержание отходов, допущенных в плавку не должно превышать 35-40 % от общей массы шихты. В случае необходимости проведения нескольких литейных сплавов, нужно внимательно контролировать, чтобы не произошло смешивание технических отходов металла различного состава. Поэтому возврат (технических отходов металла) следует хранить в строго отведённых для этого зонах с сортировкой по сплавам, где к каждому материалу будет присвоена своя марка. Это позволит свести к минимуму, возможные ошибки при хранении, в результате которых может произойти смешивание материалов, что в свою очередь строго запрещено. Подобный метод по сортировке отходов производства уже достаточно распространён по всему миру. В литейном производстве характерно одновременное перемещение существенного количества металла, а также вспомогательных материалов. Если остановится подробнее и рассмотреть основные этапы литейного производства, то в первую тут применяется возмещение уже ранее использованных формовочных смесей. Возмещение включает в себя следующие стадии, которые связанны с технологическим процессом. Всего пять стадий, на которых можно сделать небольшую остановку и рассмотреть подробнее, что они из себя представляют:

1) Раздробление уже использованной формовочной массы.

2) Очищение от оставшегося металла.

3) Просев с одновременным продувом воздухом и сбором пыли.

4) Оттирка зерен песка от связующего.

5) Повторное проведение мероприятий по сбору остатков пыли.

1) Первичное дробление на валковых дробилках.

2) Окончательное дробление на роторных дробилках.

Потом осуществляется очистка раздробленной формовочной массы от метала, с применением магнитных сепараторов. Электромагнитная очистка формовочных является самым выгодным вариантом конструктивного использования сепаратора. Такое конструктивное исполнение позволяет извлекать практически без остатка металлические частицы из отработанной и хорошо раздробленной формовочной смеси. [8] В результате дробления, магнитной сепарации и обеспыливания происходит частичное разрушение глиняной корки и пленки связующих с поверхности частиц песка. Чтобы окончательно очистить песок, осуществляется его пневморегенерация (т. е. регенерация струей воздуха). [2] В большинстве странах этот метод имеет достаточно высокую популярность в металлургическом производстве Очень распространено для очистки песка применение способа “кипящего” слоя. Метод представляет собой введение вращающихся лопаток в движущейся слой песка. Перед этим, нужно осуществить расчёт скорости воздуха, который нагнетает песок, он рассчитывается так, чтобы частицы песка не уносились с воздухом, а находились в потоке во взвешенном состоянии, т. е. как бы кипели. Скорость перемещения песка выбирается таким образом, чтобы отрезок времени, за который частицы песка находятся в подвешенном состоянии, был вполне достаточным для ее полной очистки. Гораздо труднее проводится регенерация жидкостекольных самоотверждающихся смесей. Для регенерации таких смесей используют способ химического восстановления свойств песка, который базируется на селективном растворении в кипящем растворе щелочи. Концентрация щелочи 1-15 %; время обработки = 1 час, температура +100°С; степень извлечения жидкого стекла не менее 70 %. В результате того, что происходит регенерация связанная с результатом селективного растворения это даёт возможным процесс использования метода не только с обычными материалами типа кварцит, а также с редкими продуктами, такими как например электрокорундом. Именно возможность применения способа селективного растворения гарантирует высокое качество регенерации. Содержание примесей в регенерированном продукте составляет: SiO2 0,6 %; FeO3 0,12 %; Na2O 0,04 %. Перерабатывая технические отходы, которые являются основными материалами литейного производства, не даёт возможности для решения всех проблем и в частности использования вспомогательных материалов. Также к этим материалам относится зола и шлаки, как известно появляются они при сжигании материалов. Содержание тех или иных компонентов в шлаках, зависит от места их добычи. Уже давно известно, что бурые угли, добываемые в Подмосковье, после сжигания дают шлаки с высоким содержанием алюминия. Поэтому, так называемые мартеновские шлаки, возможно, использовать как флюс в доменных печах. Шлаки, оставшиеся после сварки из нагревательных печей богаты железом. Именно из-за этого, такие шлаки, возможно добавлять в шихту в доменных печах для частичной замена руды с целью получения экономической выгоды. Шлаки, в которых есть след фосфора, могут быть применены в качестве минерализованных удобрений. Но не стоит забывать, что также в таких продуктах могут содержаться канцерогенные вещества в особенности галоидированные. Именно поэтому, когда в переработке используются шлаки разных видов, то тут необходимо не забывать о экогеографии постигаемого топлива, которое служит сырьем для получения шлака. Нельзя без внимания использовать любой практически продукт, содержащий дорогостоящий компонент компонент. В особенности это касается сырьевых материалов, где могут участвовать галогены хлор, бром. [3] Проведенные опыты рассказывают о том, что в некоторых случаях шлаки с большим успехом могут использоваться в медицинской практике. Доменные шлаки с учетом той информации, о которой мы говорили ранее, содержат ряд химических соединений серы, кальция, магния, железа. Они хорошо растворяются в воде, которую в дальнейшем можно использовать после предварительной проверки, для лечения ряда заболеваний: различные формы костно-суставных заболевания, невралгические заболевания и д.р. Но не стоит забывать о тщательном изучении такой воды на содержание вредных соединений в ней, в том числе супертоксиканты — галоидированные. Чтобы проанализировать содержащийся в воде ксенобиотики, требуется использование ранее уже разработанных и зарекомендовавших себя методов анализа нацеленных на отделение от фоновых веществ, и далее приведение в действие анализа с помощью газовой хроматографии и масс-спектрографии с высокой разрешающей способностью и чувствительностью. В случае, когда невозможно использование таких видов анализа на месте, то осуществляется заключение договора на проведение соответствующих исследований в городе Москве, Санкт-Петербурге или Уфе. Если подобные исследования не проводятся, то использование шлаков для приготовления минерализованной лечебной воды нельзя. [4] Кроме описанных ранее метода применения, шлаки также возможно использовать в качестве наполнителя в строительной индустрии для формования из цементной смеси шлаков.

Что конкретно можно считать полиметаллом? Полиметалл это — масса металлических отходов технического происхождения, которые состоят из нескольких сортов разнообразных металлов, напылённых электрохимическим способом. В большинстве случаев основой изделия является железо или медь, а что качается, покрытия используются, ими могут быть цветные и редкие или даже драгоценные металлы: золото, серебро, платина. К отходам от радиоэлектронных изделий это относится в первую очередь к некоторым типам контрольно-измерительных приборов, некоторых электротехнических агрегатов (например, выпрямителей тока и ТП). В зависимости от характера сортированных отходов таких изделий они подвержены переработке в гальваническом производстве, где производится снятие металлических покрытий по каждому слою в отдельности электрохимическим способом. К примеру, олово и его сплавы отделяются в растворе, содержащем 50-100 г/л NaOH, с применением температуры +60-70°С. Серебреное напыление снимается, смесью с высоким содержанием азотной и серной кислот. Возможный вариант утилизации солей серебра базируется на получении хлористого серебра AgCl, который при его появлении всегда выпадает в осадок. Что является важнейшей качественной реакцией на серебро, точнее на катион серебра Ag'. [14] Металлическое серебро, риделённое с тонких поверхностей полиметаллов, расщепляется в азотной кислоте в виде азотнокислого серебра — AgNO3 и продолжает осаждаться далее из раствора подачей соляной кислоты и формированием осадка хлористого серебра AgCl. Затем в результате проведения ряда препараций (промывка водой, подкисление соляной кислотой HCl) осадок кипятят с цинком. По результатам проведённых реакций восстановления серебра, его отщепляют от цинка и проводят ряд химических стадий очищения, в результате чего получается чистый готовый продукт. Отделение золота с поверхности полиметалла осуществляется также особым химико-технологическим методом с использованием азотной кислоты. [6] Работы выполняются при включенной и постоянно работающей вентиляцией в помещении или отсеке, что сводит к минимуму возможные выбросы оксидов азота, которые в свою очередь должны улавливаться сорбентом (активированным углем или другим поглотителем). Иной способ отделения золота основывается на обработке полиметаллических поверхностей раствором щелочи. Чтобы это осуществить, поверхность полиметалла несколько раз обрабатывается горячим раствором щелочи. Распространения раствора щелочи нарушает адгезию (прилипание) с другим основным металлом и золотое покрытие отделяется в воде губкой или щеткой. Если материалом основной металлической поверхности является медь, то метод, описанный ранее, является неэффективным. Если всё же появляются изделия полиметалла, где основной поверхностью является медь, то они направляются на соответствующие медеплавильные производства, на котором металлы отделяются обычным способом под воздействием температуры. Можно напомнить, что коэффициент использования металла в бывшем Советском Союзе по данным 1990г., составила всего 0,7, то есть 70 %. Таким образом ~30 % металла шло по данным 1990г. в так называемые отходы. [14] Сейчас этот показатель снизился для всех возможных видов металлов. Что является недопустимым. На сегодняшний день вторичное использование принимает высокую роль в развитии экономики, так как крайне дорогими оказываются цены на энергетику. Применение технических отходов черных и цветных металлов вместо руды дает значительную выгоду в процентах на затраты энергетики: для: алюминия 95, для меди — 83, для свинца — 64, для цинка — 60, и для стали-74.

Забывая обо всех положительных моментах, сейчас большинство действующие предприятия всё также следуют за старой и заслуживающей их доверия технологии утилизации сырья, которая предполагает полезное использование только относительно малой части сырья. На данном этапе это особенно интересно, так как, во-первых, уменьшились или были полностью заморожены все исследовательские работы по совокупному использованию сырьевых ресурсов и утилизации всех видов отходов. Во-вторых, если сравнивать с прошлыми годами, сейчас предельно уменьшены требования организаций, которые занимаются охраной природы к исполнению ряда работ по разработке безотходных технологий. В-третьих, для полного осуществления анализа и получения соответствующих данных в результате исследовательских и научных работ y большинства предприятий металлургического производства нет соответствующих средств

Выводы и рекомендации.

Необходимо обратить внимание на плюсы методов, что в большинстве случаев невозможно сделать. Проблема в том, что для проведения анализа на производстве, в частности предприятий занимающихся металлургией, попросту нет ни финансовой, ни материальной базы для его осуществления. Большинство предприятий находятся часто в лежачем состоянии, для которых в большинстве случаев проще обойтись стандартным методом, чем безотходной технологией. Стандартные методы переработки уже настолько укоренились, что чтобы возник острый вопрос перехода нужен серьёзный толчок для этого. Большинству предприятий невыгодно тратить средства на изучения проблем, связанных с экологией и простота ходят рука об руку с выгодой. Вопреки всем возможным трудностям и разнооттеночность политической палитры Россия должна обратить внимание на возможность продвижения вперед, нахождения той золотой середины, которая позволит решать постепенно все возможные проблемы народного хозяйства, в том числе и возрастающую необходимость утилизации всех твердых промышленных и бытовых отходов. Пока еще есть возможность всё исправить и сохранить свой род и нашу зеленую планету. Но времени для раздумий и начала действия остается все меньше. Необходимо остановить промедление принятия решений многих экологических проблем, в т. ч. и переработки твердых отходов, это недопустимо во имя живущих сейчас и будущих поколений людей.

Литература:

1. Федеральный закон от 24.06.1998 N 89-ФЗ (ред. от 29.12.2015) "Об отходах производства и потребления"
2. Природоохранительные технологии на полигонах ТБО Марова А.В., Чусов А.Н., Негуляева Е.Ю. Твердые бытовые отходы. 2007. № 3. С. 10-13.
3. Экспериментальные исследования морфологического состава твердых бытовых отходов, Чусов А.Н., Негуляева Е.Ю., Замараева В.С.
4. В сборнике: Материалы встреч международной группы экспертов проекта "Разработка плана природоохранных мероприятий по обращению с твердыми бытовыми отходами в Санкт-Петербурге" LIFE02 TCY/ROS/039 Правительство Санкт-Петербурга, Комитет по природопользованию, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности, Генеральная дирекция по окружающей среде Европейской комиссии. Санкт-Петербург, 2006. С. 30-36.
5. Геоэкологические аспекты обращения с ТБО, содержащими опасные компоненты// Рыжакова М.Г., Масликов В.И. //Строительство уникальных зданий и сооружений. 2014. № 8 (23). С. 48-66.
6. Негуляева Е.Ю Оптимизация системы обращения с отходами для защиты геоэкологической среды // Фундаментальные исследованя в технических университетах: Всерос. конф. по пробл. науки и высшей школы.- СПБ., 2004. — с.286-287.
7. Фёдоров М. П., Уманец В. Н. Анализ геоэкологических проблем при строительстве городов (на примере Санкт-Петербурга) // Науч.-техн. ведомости СПБГПУ. — 2010. — № 2.- с 196-201.
8. Экспериментальное исследование процесса образования металлической стружки
9. Розенберг.А.М.
10. Известия Томского политехнического университета. 2003. Т. 306. № 7. С. 165-171.
11. Михеев П.Ю., Шавва А.А. Проектирование систем отопления и вентиляции в жилых зданиях //Методические рекомендации, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 195251, г. Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29
12. Качество жизни: вчера, сегодня, завтра. Актуальные проблемы вступления России в ВРО, Астратова Г.В. Под общей и научной редакцией д.э.н., профессора Г.В. Астратовой. Екатеринбург, 2012.
13. Перспективы развития безотходных производств в Китае
14. Шин Т., Джинглу И.
15. Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). 2007. № 2. С. 398-401.
16. Технология конструкционных материалов, Малыгин Ф.К., Стариков Н.Е., Гвоздев А.Е., Золотухин В.И., Сергеев Н.Н.
17. Учебник для вузов / Ответственный редактор Н.Е. Стариков. Тула, 2015. (Изд. 2-е испр. и доп.)
18. Основы технологической подготовки
19. Сергеев Н.Н., Сергеев А.Н., Гвоздев А.Е., Колмаков А.Г., Бреки А.Д., Провоторов Д.А., Золотухин В.И., Стариков Н.Е., Медведев П.Н., Малий Д.В., Дорохин Ю.С., Боголюбова Д.Н., Калинин А.А., Кузовлева О.В., Старикова К.Н., Кутепов С.Н., Хонелидзе Д.М., Новикова В.В.
20. Учебное пособие / Тула, 2015. (Издание 2-е, исправленное и дополненное)
21. Сборник удельных показателей образования отходов производства и потребления.
22. Экологический консалтинг. 2008. № 4. С. 12-59.
23. Твердые промышленные и бытовые отходы, их свойства и переработка, 1997 г.
24. А.А. Дрейер, А.Н. Сачков, К.С. Никольский, Ю.И. Маринин, А.В. Миронов.