Рециклинг отходов на металлургическом производстве: технологии и перспективы
Многие российские компании за последние годы активно включились в ЕSG-повестку. Кто-то уже успел вложить серьёзные средства в экологические и социальные проекты, кто-то анонсировал их реализацию. Много говорилось и о важности рециклинга, то есть повторного использования отходов производства на промышленных предприятиях. Эта проблема оказалась в центре внимания государства, в частности, в этом году стартовала реализация программы «Экономика замкнутого цикла». Однако в свете новых санкций встаёт вопрос: не изменится ли стратегия российских компаний? Не получится ли, что проекты рециклинга отходов заморозят до лучших времен?
В отвалах — вся таблица Менделеева
Металлургическое производство крайне затратно. Так, в монографии «Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий», которую издало ФГАУ «НИИ «ЦЭПП» (Центр экологической промышленной политики), приведены данные, что в технологический процесс для производства одной тонны стали вовлечено примерно 10 тонн природных ресурсов, включая воду и воздух. 9 тонн, которые составляют разницу, возвращаются в природу уже в виде газов, загрязнённых сточных вод и твёрдых отходов. Правда, эти данные актуальны именно для РФ, где ресурсоёмкость производства в 2–3 раза выше, чем в развитых странах.
«Статистические исследования показали, что производственный процесс на ста предприятиях металлургической промышленности приводит к образованию 800 видов различных производственных отходов. А если подвергнуть все отходы, вырабатываемые металлургическим предприятием, химическому анализу, то обнаружатся все элементы периодической системы Менделеева», — рассказывает RnD директор НПО «БиоМикроГели» Александр Ягупов.
Встаёт вопрос: что делать с этими отходами? Существенно снизить уровень или даже полностью ликвидировать загрязнения от производственных предприятий можно с помощью создания безотходных производств и совершенствования технологических процессов, применения эффективного оборудования, внедрения передовых технологий утилизации и вторичного использования промышленных отходов, создания продуктов с увеличенным сроком эксплуатации и перспективой повторной переработки.
На данный момент предприятия используют различные способы утилизации твёрдых отходов: хранение, сжигание, захоронение на полигонах и вторичную переработку. Очевидно, что последний вариант наиболее привлекателен, хотя и требует больших финансовых затрат и организационных усилий. При этом, по словам Александра Ягупова, переработке подлежат как твёрдые, так и жидкие промышленные отходы. Последние возникают в ходе переработки смазочно-охлаждающих жидкостей (СОЖ), топлива и другого сырья.
Успешные примеры внедрения этих механизмов на производстве есть, но, как правило, тоже за рубежом. Так, в Японии утилизация твёрдых отходов на предприятиях полного металлургического цикла достигла 97–99%, в Германии — 95–99%, Швеции — 93%. Уже в ближайшие годы металлургические предприятия в развитых странах ставят задачу достичь 100%-го оборотного использования образующихся отходов, читаем в монографии «Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий». А что в России?
Вторая жизнь для твёрдых отходов
Если говорить о вторичном использовании твёрдых отходов, то здесь речь идёт в первую очередь о шлаках, которые подразделяются на доменные и сталелитейные. Первые используются в дорожном строительстве, а также как сырьё при производстве стройматериалов и даже в качестве удобрений. Как добавка при производстве цемента гранулированный шлак впервые был применён ещё в 1892 году.
Существует несколько способов его получения, самые популярные — полусухое и сухое гранулирование. В первом случае на струю расплавленного шлака подают воду, в результате он разбрызгивается, и эти брызги застывают в виде мелких зёрен или гранул. При полусухом гранулировании шлак также смешивают с водой, а затем он поступает на вращающийся барабан с лопастями, с которых вещество отбрасывается в виде капель. Наконец, существует и технология, при которой расплавленный шлак гранулируется с помощью сжатого воздуха, азота или водяного пара.
В России наиболее распространён полусухой гидрожёлобный способ. С его помощью выпускают 88,3% всей продукции, в то время как в развитых странах используют более эффективную и экономичную «сухую» технологию, отмечают авторы монографии «Энциклопедия технологий.
Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий».
Что касается металлургических шлаков, то их стоит рассматривать в первую очередь как источник сырья для заводов. По оценкам экспертов, в среднем в сталеплавильных шлаках содержится 10–15% металлического железа.
Учитывая, что по мере истощения природных запасов комбинатам приходится работать со всё более бедными рудами, пренебрегать подобными техногенными месторождениями уже невозможно. И здесь особое значение приобретает эффективность извлечения железа из шлаков.
Мировой опыт показывает, что здесь можно добиться высоких показателей — до 94%. Для этого нужно очень тонкое измельчение, которое, как правило, проходит во второй стадии: на щековых и конусных дробилках. При этом основную часть металла извлекают во время первичной обработки шлака, а оставшуюся — сепараторами с электромагнитами, которые могут создавать магнитные поля высокой напряжённости в значительных рабочих объёмах. Однако основные фирмы-изготовители таких сепараторов находятся в США, Германии, Японии, Франции и Великобритании. Понятно, что в новых условиях рассчитывать на поставки этого оборудования в Россию не приходится.
Утилизируем жидкие отходы
Помимо твёрдых, предприятиям важно утилизировать и жидкие отходы.
И здесь тоже не обойтись без современных технологий.
«Среди всех видов отходов особое внимание требуют СОЖ, представляющие собой стабильную водомасляную эмульсию, которую применяют в количестве до нескольких десятков тысяч тонн в год, и эта цифра постоянно растёт. Из-за содержания нефтепродуктов и ПАВ в концентрациях, превышающих предельно допустимые, такие жидкости нельзя сбрасывать в водоёмы без предварительной очистки», — отмечает г-н Ягупов.
Существует несколько методов утилизации жидких отходов, продолжает эксперт. Первый — это ультрафильтрация.
За счёт ситового механизма масло отделяют от жидкой водной фазы. К преимуществам этого метода относят низкий отход шлама и небольшое количество используемых химикатов. Однако степень очистки не всегда оказывается достаточной, да и затраты на эксплуатацию высоки с учётом значительной стоимости замены фильтрующих элементов.
Следующий метод — выпаривание, которое позволяет дистиллировать вещества, содержащиеся в жидкой фазе СОЖ. Очевидный плюс технологии в том, что высокая эффективность здесь достигается практически без применения химических веществ. Однако также ей присущи высокие энергозатраты и необходимость покупать дорогостоящее оборудование.
При реагентной обработке полученную для утилизации эмульсию расщепляют с помощью электролитов или солей, в роли которых выступают кальций и хлорид железа.
«Этот способ известен давно, многие могут считать его устаревшим, и тем не менее он актуален и в наше время. Многие отказываются от него из-за применения большого количества химических веществ. Эффективность и экономичность данного способа значительно зависит от состава СОЖ и находится на уровне средних значений в сравнении с другими методами», — комментирует RnD директор НПО «БиоМикроГели».
Ещё один метод — расщепление вместе с подготовкой шлама. Он основан на добавлении соляной кислоты, которая при одновременном нагревании должна расщеплять эмульсию. При использовании этого способа не остаётся большого количества отходов, а полученные вещества имеют высокое качество. В то же время этот метод наименее экологичен и требует больших капитальных затрат.
Из новых разработок стоит отметить коагуляцию с помощью комплекса реагентов на основе биомикрогелей, которые эффективно улавливают в воде минеральные и растительные масла, нефтепродукты.
«После разделения водомасляной смеси очищенную воду можно вернуть в технологический цикл и использовать повторно. Образующийся осадок имеет четвёртый класс опасности и небольшой объём, его легко утилизировать до полностью безвредных компонентов. Коагулянт — биоразлагаемый, производимый из растительного сырья: жома сахарной свёклы и яблочного жмыха. Технологии присущ низкий расход энергии, а значит, и меньшее количество выбросов СО2», — перечисляет г-н Ягупов.
Если говорить об оборудовании, то здесь используют установки реакторного типа на основе флотационной установки для обезвреживания СОЖ, которые дозируют рабочие растворы. В результате разделения в реакторе образуются закапсулированные нефтепродукты и осветлённая вода, которую можно отправить на дальнейшую очистку или сброс. Производительность оборудования варьируется от 100 до 10 000 м3 в месяц, а основными элементами установки являются блоки закисления, реакторного / флотационного разделения СОЖ, дозирования реагентов, обезвоживания, шламонакопления.
Таким образом, мировая практика показывает, что на металлургических предприятиях можно достичь очень высокого показателя утилизации и переработки отходов производства. Конечно, стоит учитывать, что лучшие практики по вторичной переработке сосредоточены в странах Европы, в США и Японии, то есть в тех странах, которые признаны недружественными.
А значит, на экспорт передовых технологий и оборудования в этой сфере в ближайшее время рассчитывать, к сожалению, не приходится. Так что насколько российским предприятиям удастся претворить в жизнь планы по вторичной переработке в новых условиях, покажет время. Хочется верить, что санкции не станут поводом свернуть эти начинания, особенно если учесть, что в некоторых случаях рециклинг отходов может быть не только проявлением экологической осознанности, но и коммерчески выгодным проектом.
«В отходах металлургии и машиностроения в большом количестве содержатся токсические химические вещества, поэтому их утилизация — одна из актуальнейших тем охраны окружающей среды. Основные задачи здесь — это снижение уровня отрицательного воздействия на экологическую систему; сокращение площадей, предназначенных для складирования и хранения отходов; получение дополнительной прибыли от создания и реализации новой продукции».
К слову
«Удельный выход отходов на 1 т проката в целом по чёрной металлургии России составляет: породы от добычи и обогащения полезных ископаемых — 1500–2500 кг, шлаки — 500–1000 кг, шламы — 80–120 кг, сухая пыль — 80–120 кг, окалина — 30–40 кг, сточные воды — 250–300 м3, технологические газы — 8000–10 000 м3, аспирационный воздух — 30–50 тыс. м3, горючие газы — 2000–2500 м3».
(«Энциклопедия технологий. Эволюция и сравнительный анализ ресурсной эффективности промышленных технологий»: М., 2019).
Текст: Андрей Халбашкеев
