Переработка промышленных отходов

Утилизация шламов различных производств

Образующиеся в различных технологических процессах так называемые шламы, представляют собой коллоидные системы, состоящие из мелкодисперсных нерастворимых частиц, нахо­дящихся во взвешенном состоянии в различных жидкостях. Их количество колеблется в широком интервале в зависимости от типа производства. Например, количество нефтяных шламов, образующихся на нефтеперерабатывающих заводах, не превышает 1 % от количества переработанной нефти, в то время как в производстве фосфора количество образующихся шламов до­стигает 30 % от объема его производства. Значительное количество шламов, содержащих ценные металлы и минералы, образуется в химической промышленности, в машиностроении и других об­ластях. Так, на химических предприятиях страны ежегодно образуется до 120 тыс. т железосодержащих шламов, 70 тыс. т цинксодержащих шламов, 13 тыс. т медьсодержащих шламов и другие.

Во многих случаях шламы сбрасываются в шламонакопители, отвалы и пруды, загрязняя как воздушный бассейн, так и под­земные и поверхностные воды. Так, например, из образующихся нефтяных шламов обезвреживается всего 0,5 %.

Как правило, шламы высокотоксичны и загрязнены орга­ническими и минеральными примесями. При их захоронении в шламонакопителях помимо ущерба, наносимого окружающей среде, одновременно теряется большое количество ценного сырья. Повторное использование извлеченных из шламов материалов, наоборот, позволяет в ощутимых количествах экономить при­родные ресурсы и снизить нагрузку на окружающую среду.

В зависимости от состава и физико-химических свойств шламов применяют различные методы их обезвреживания и переработки: химические, физико-химические, термические и их комбинации. Во многих случаях наиболее распространенными способами утилизации шламов являются термические. Огневая обработка позволяет полностью обезвредить горючие состав­ляющие шламов с получением безвредных продуктов горения и зольных остатков, состоящих из металлов и их оксидов. Наряду с прямым сжиганием термические методы часто являются составной частью комплексных технологий обезвреживания и утилизации шламов. В этих технологиях термическая обработка либо пред­шествует, либо следует за физико-химическим или химическим процессом выделения ценных материалов из шламов. Такими комплексными методами извлекают железо из шламов, вос­станавливают катализаторы, содержащие никель, палладий, пла­тину, медь, теллур и другие ценные металлы, а также извлекают эти металлы из отработанных катализаторов.

Для обжига шламов неорганического происхождения широко применяют барабанные печи с противоточной системой тер­мической обработки. Для этих же целей используют циклонные печи с верхним выводом газов, прокаливание в которых обес­печивает полное обезвреживание шлама за счет сгорания ток­сичных органических веществ и улавливание ценных минеральных продуктов. Дозирование шлама в циклонную печь осуществляется, двухвалковым ШнЕком. При переработке шламов с низкой теп­лотой сгорания используют газообразное топливо для разогрева реактора.

Малые габариты циклонных реакторов предопределяют незначительные потери тепла в окружающую среду. В сочетании с низким коэффициентом расхода воздуха это позволяет осу­ществлять сжигание сильно обводненных шламов при повы­шенных температурах с жидким шлакоудалением, что недости­жимо в барабанных и шахтных печах. Кроме того, циклонные реакторы обладают повышенной сепарационной эффектив­ностью, вследствие чего выделяющиеся газы содержат меньше пыли, что облегчает их обработку перед выбросом в атмосферу.

Работоспособность огневых реакторов, полнота выжигания органических веществ из шлама зависят от температуры процесса горения. При этом наиболее целесообразно образующиеся при горении шлаки удалять в жидком состоянии, при котором обеспечивается высокая полнота окисления выделяющихся продуктов. При твердом шлакоудалении, т. е. когда температура процесса недостаточна для расплавления шлака, не происходит полного выжигания веществ из шлама.

Перед сжиганием шлам обезвоживается, так как от содер­жания воды зависит температура процесса, а следовательно, и полнота окисления вредных веществ, содержащихся в шламе. Отделение воды проводят на вакуум-фильтрах, фильтр-прессах и на центробежных сепараторах.

При огневой переработке минеральных шламов температура отходящих газов составляет для различных процессов от 900 до 1600 °С, коэффициент расхода воздуха — от 0,35 до 1,2. Удель­ная объемная нагрузка реактора составляет около 600 кг/ч шлама на 1 м3 реактора.

Шламы, образующиеся в гальваническом производстве, в зависимости от типа осадителя делятся на: кальций содержащие (осадитель — известковое молоко); натрийсодержащие (осадитель

— щелочь, сода); железосодержащие (осадитель — железосодер­жащие реагенты).

Любому методу утилизации гальванических шламов пред­шествует обезвоживание. Наиболее перспективны безреагентные способы обезвоживания шламов, например электрокоагуля - ционный. Преимущества таких методов по сравнению с техно­логиями, использующими химические вещества для осаждения мелкодисперсных шламов, заключаются в сокращении про­должительности процесса и производственных площадей; в непрерывности процесса и повышении качества очищенной воды.

Известны методы отделения воды путем замораживания шлама. Однако такая технология требует больШиХ затрат электроэнергии.

Обезвоженные гальванические шламы широко используют в промышленности строительных материалов. Для устранения экологической опасности отходов гальванических производств используют метод химической фиксации токсичных соединений, находящихся в шламе. Фиксация производится путем ферритиза- ции, силикатизации, отверждения с использованием вяжущих материалов и спекания твердой фазы.

Например, хромсодержащие шламы после сушки используют в производстве декоративного стекла в качестве красителей. В зависимости от состава шлама можно получить стекла следующих цветов: зеленого, синего, коричневого, черного и их оттенков.

Гидроксидные шламы гальванических производств добавляют в асфальтобетон. Незначительное распыление частиц асфальта в процессе эксплуатации дорожного покрытия не вносит сущест­венных изменений в химический состав грунта и дренажных вод.

Железосодержащие шламы после сушки используют для получения керамзита, а также для производства высококачест­венных ферритов.

Применяется шлам и для изготовления черепицы. При вве­дении в керамическую смесь шламов тяжелых металлов происходит не только их надежное обезвреживание, но и повышаются прочностные свойства черепицы.

Весьма перспективны гидрометаллургические методы пере­работки гальванических шламов, так как они позволяют селективно извлечь практически все цветные металлы. Влажность ис­пользуемых в этих процессах шламов не должна превышать 10 %, а масса отдельных кусков не должна быть более 1 кг. При разработке таких технологий следует помнить, что шламы раз­личных металлов несовместимы между собой, так как цинк является ядом для никеля, свинец — для цинка и никеля и т. п. Последнее обстоятельство приводит к тому, что во многих случаях регенерация металлов из гальванических шламов не производится, а их используют в качестве добавок к сырью для получения различных материалов (табл. 13.4).

Хотя доля шлама, образующегося в процессе нефтеперера­ботки, невелика (1 %), их общее количество в нашей стране достаточно велико. А поскольку нефтешламы содержат 20—25 % нефтепродуктов, их утилизация представляет значительный интерес.

Собранные в различных ловушках, отстойниках, шламонако- пителях нефтепродукты пропускаются через обогреваемые теп­лообменники для выпаривания воды, а затем поступают на от­стаивание. В зависимости от качества получаемого продукта его сжи­гают или, в случае высокого содержания нефтепродуктов и чистоты

Полученной нефтяной эмульсии, его направляют на нефтепереработку вместе с сырой нефтью.

Более рациональные методы утилизации нефтяных шламов заключаются в: применении котлов-утилизаторов, использующих выделяющееся при сжигании обезвоженного шлама тепло; использовании центрифуг для обезвоживания шлама; применении пиролиза для получения горючих газов из нефтепродуктов, содержащихся в шламе, термической обработке нефтеотходов на движущемся твердом теплоносителе, нагретом до 350-750 °С (при этом нефтепродукты и вода испаряются, после чего охлажденная парогазовая смесь конденсируется, а затем отстаивается с разделением на воду и нефтепродукты).