Экологические проблемы основных производств (стр. 25 )

Цветная металлургия по сравнению с чёрной металлургией является значительно более сложным и трудным объектом с точки зрения организации экологически обоснованного, малоотходного и безотходного производства в силу исторически сложившихся, присущих ей особенностей технологии. Она относится к числу отраслей индустрии, характеризуемых чрезвычайным разнообразием принципиально различных производств, методов, процессов, аппаратурного оформления при самом широком разнообразии видов исходного минерального сырья.

В цветной металлургии, как правило, очень велик выход отходов на единицу продукции, что связано с характером используемого сырья. Исключение составляет только сырьё для алюминиевой промышленности; содержание основного вещества в бокситах и нефелинах находится на уровне 20-30%. В большинстве случаев для получения 1т металла надо переработать в среднем 100-200 и более т руды, а в отдельных случаях даже тысячи т, причем балластная, практически неиспользуемая часть сырья, переходит в твёрдые, жидкие и газообразные отходы. Кроме того, в цветной металлургии более явно выражена тенденция вовлечения в переработку все более и более бедного природ­ного сырья, что неизбежно резко увеличивает относительный и абсолютный выход газообразных, твёрдых и жидких отходов.

Руды цветных метал­лов часто оцениваются по так называемому геохимическому коэффициенту (ГК) – отношению среднего содержания металла в руде к его кларковому содержанию. Этот коэффициент неуклонно снижается. Например, для медных руд в 1900 г. он составлял величину 2600, тогда как теперь не превышает 300. Соответственно содержание меди в перерабатываемой руде снизилось с 4 до 0,5 %.

Другой особенностью цветной металлургии, связанной с техноло­гически сложным характером сырья, является большое количество ток­сичных веществ, содержащихся в сырье и загрязняющих отходы. Это, в первую очередь, соединения серы, мышьяка, сурьмы, селена, теллура и другие. Ток­сичными являются и сами остаточные цветные металлы (свинец, цинк, медь, кадмий, ртуть и т. п.).

К сожалению, прогнозы развития производства цветных металлов в мире не дают оснований надеяться, что в ближайшие годы будут найдены радикальные способы устранения отмеченных выше объективных причин образования большого количества отходов, и создание безотходного и даже малоотходного производства цветных металлов сталкивается с большими трудностями. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется частич­ному решению вопросов безотходной технологии и внедрению ее принци­пов в отдельных процессах, на отдельных предприятиях и в отдельных подотраслях, где уже имеются возможности (частично реализованные) значительного уменьшения выхода ряда отходов, утилизация которых очень важна с точки зрения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. В нашей стране имеют­ся предприятия цветной металлургии, где устойчиво освоено постоянное извлечение в готовую товарную продукцию до двух и более десятков ценных элементов перерабатываемого рудного сырья.

14.2. Производство меди

Медное сырьё подразделяется на медно-цинковое, медно-никелевое, медно-молибденовое, медно-кобальтовое и т. д.

Медные руды нашей страны характеризуются высоким содержанием сульфидных минералов, в частности пирита. Главными рудными минералами являются халькопирит (CuFeS2) и сфалерит (ZnS). Обычно присутствуют халькозин, борнит, маркезит, пирротин. Встречаются также арсенопирит, кубанит, аргентит, галенит, в небольших количествах золото, серебро, селен, теллур. С технологической точки зрения важен специфический характер большинства этих руд – тонкозернистость и взаимная вкрапленность основных минералов. Проблема комплексного использования медно-цинковых руд месторождений Урала, Восточного Казахстана, Северного Кавказа, как и полиметаллических руд Алтая, представляет собой сложную научно-техническую задачу.

Обычная схема переработки медьсодержащего сырья по пирометаллургическому методу (более 80% мирового производства меди) такова:

-  флотация руд с получением селективного медного концентрата;

-  окислительный обжиг;

-  плавка с получением двух жидких слоёв: штейна – сплава сульфидов меди и железа и шлака – в основном силикатов различных металлов.

Жидкий штейн продувают в конвертерах воздухом (или кислородом) для окисления сульфидов железа, перевода железа в шлак и выделения меди в виде чернового металла. Черновая медь подвергается рафинированию (в начале обычно огневому, а затем электролитическому). Чистую катодную медь переплавляют в товарные изделия. Все эти многочисленные стадии, характерные для современной пирометаллургии меди, сопровождаются образованием разнообразных по свойствам и составу отходов в виде газов, пылей, сточных вод и т. п., в которых содержится ряд ценных компонентов, подлежащих извлечению. Особо сложную задачу представляет присутствие большого количества цинка в руде. Осложнения начинаются уже на начальной стадии флотационного обогащения руды. Схема флотационной установки представлена на рис.14.1. Коэффициент комплексного использования медно-цинкового сырья не менее чем на 20% ниже, чем при переработке медного или свинцово-цинкового сырья. Наибольшие потери цинка – в отвальных и пиритных хвостах обогащения (20-25%). Велики потери меди (15-20%), вследствие чего извлечение меди на этой стадии не превышает 75-78%. Значительны также потери цинка с медными концентратами. В них переходит 30%, а иногда и 50% цинка. Таким образом, так называемая селективная флотация медно-цинковых руд оказывается неспособной решить задачи комплексного использования сырья. Вот почему за последнее время при совершенствовании технологии обогащения медно-цинковых руд уделяется большое внимание развитию коллективно-селективной флотации трудноразделяемых руд, например таких, как руды Учалинского, Сибайского, Гайского и др. месторождений Урала. Разрабатываются комбинированные технологические схемы, предусматривающие выделение медно-цинковых промежуточных продуктов с целью их последующей переработки гидрометаллургическими или пирометаллургическими методами на металлургических заводах.

Рис. 14.1. Схема механической флотационной машины:

1 – зона перемешивания и аэрации, 2 – зона разделения, 3 – зона концентрации, 4 – мешалка, 5 – вал, 6 – труба.

В качестве примера, иллюстрирующего попытки решения проблемы, приведена технологическая схема обогащения руды Межозёрного рудника на Урале – одного из наиболее сложных типов руд. Руда Межозёрного месторождения представлена комплексом сульфидов меди, цинка и железа с тесным взаимным прорастанием и тонкозернистым строением. В связи с неудовлетворительными показателями разделения меди и цинка при флотации на обогатительных фабриках долгое время извлекали только медь, а с хвостами и медными концентратами терялся цинк. В настоящее время разработана схема коллективно-селективной флотации, хотя и сложная, но позволяющая получать существенно лучшие показатели по комплексности извлечения основных ценных составляющих (рис. 14.2). По этой технологической схеме извлечение меди в медный концентрат составляет 78-81%, а цинка в цинковый концентрат 50-53%.

Хвосты	Отвал

 

 

Zn (цинковый концентрат)

Cu (медный концентрат)

Рис. 14.2. Схема коллективно-селективной флотации

медно-цинковых руд

Медный концентрат направляют на пирометаллургическую переработку, первой стадией которой является обжиг для окисления части сульфидов железа (рис. 14.3).

Вследствие этого при последующей плавке большое количество железа переходит в шлак и содержание меди в штейне повышается. Ранее обжиг производили в механических многоподовых печах, в настоящее время – в кипящем слое. Газы обжига содержат 5-7% SO2 и используются в производстве серной кислоты. Горячий огарок из печи непосредственно направляется на плавку шихты для разделения штейна и шлака по плотностям.

Медный концентрат

 

 

Шлам (на переработку)

 

 

Рис. 14.3. Принципиальная технологическая схема получения меди

Плавку (огарка) концентратов на большинстве заводов проводят в отражательных (рис. 14.4) или электрических печах (рис. 14.5). И хотя в отражательных печах выплавляется 80% черновой меди, им присущи существенные недостатки: невозможность использования тепла экзотермических реакций, происходящих при окислении сульфидов, большой объем отходящих газов с низким содержанием сернистого ангидрида (0,5-1%).