На Урале токсичные отходы медеплавильных предприятий будут перерабатывать

оксичные отходы медеплавильных предприятий можно перерабатывать. Ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ) разрабатывают экологичный подход к переработке, чтобы возвращать ценные металлы на производство в качестве сырья, а остальное отправлять на нужды нефтяной промышленности. Работа над проектом ведется в рамках Уральского межрегионального НОЦ.

Ориентир на экологию – основной тренд современного производства. Особенно он актуален для предприятий черной и цветной металлургии, на каждом этапе работы которых образуются отходы в виде хвостов обогащения: шлака, шлама, пыли газоочисток. Например, в городе Карабаше (Челябинская область) хранится около 30 миллионов тонн отвальных промышленных отходов: это 10 тонн железа, а также медь, сера, мышьяк, селен, цинк и другие опасные элементы.

Элементы, входящие в состав отходов, могут образовывать токсичные химические соединения, их хранение требует больших площадей и плохо сказывается на экологии. Поэтому территории, где металлургия является основной отраслью, нуждаются в правильной утилизации отходов с извлечением опасных веществ и повторным использованием некоторых элементов, что выгодно с точки зрения экологии и экономики.

Чаще всего ценные элементы извлекают во время утилизации гидрометаллургическим методом: полезные компоненты приводят в подходящую для растворения форму, затем избирательно переводят в жидкую фазу, а из раствора выделяют металлы и соединения. Однако извлечение каждого из элементов шлакоотвалов в отдельности нерентабельно. Кроме того, чистые вещества получить практически невозможно: часто к ним примешиваются тяжелые цветные металлы, которые значительно снижают механические свойства стали машиностроительного сортамента.

Медьсодержащие отходы нежелательно использовать на металлургических заводах вследствие опасности повышения концентрации меди в шихте сталеплавильных агрегатов. Однако их утилизация необходима, потому что входящие в состав отходов элементы могут образовывать токсичные соединения, входящие во второй и первый класс опасности по силе воздействия на человеческий организм. Сегодня в России в одних лишь отвалах медеплавильных предприятий находится более 140 миллионов тонн шлака», — рассказал к.т.н., заведующий кафедрой «Пирометаллургические процессы» Политехнического института ЮУрГУ Павел Гамов.

На фото: исполнитель проекта переработки Павел Гамов

Как добиться безотходной утилизации, знают ученые Южно-Уральского государственного университета. Совместно с коллегами из РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, фонда «Сколково» и Белорусского национального технического университета они разрабатывают проект переработки техногенных отходов медеплавильных предприятий. Работа ведется в рамках Уральского межрегионального научно-образовательного центра по направлению «Экология».

Проектом предполагается разработка теоретических и технологических основ извлечения из шлака наиболее ценных компонентов – железа и цинка. Из шлакового остатка будут производить пропант – это гранулообразный материал, который используется в нефтедобывающей промышленности для повышения эффективности отдачи скважин с применением технологии гидроразрыва пласта.

Железо, которое имеет самую высокую стоимость в отходах медеплавильного производства, подойдет для изготовления чугунных мелющих тел. Остаточное содержание в нем меди и серы не повлияет на качество продукции. Кроме того, в процессе эксплуатации они почти полностью истираются, так что даже такие вредные примеси, как медь, по итогу не попадут в лом черных металлов.

Исследования ЮУрГУ показали возможность получения товарного продукта в виде мелющих тел, в которых сера не является вредной примесью, а препятствуя графитизации углерода, способствует выделению его в виде твердых карбидов, увеличивает износоустойчивость. Медь, в свою очередь, также является полезной примесью, увеличивает ударопрочные свойства чугуна. При высоком качестве шары имеют значительно меньшую себестоимость, так как чугун, используемый для отливки, производится из отходов медной промышленности (шлака) и не содержит дорогостоящих добавок (хрома)», — рассказали представители индустриального партнера проекта ООО «ИЦ АС Теплострой.

Второй по стоимости компонент, цинк, очень необходим промышленности. В медеплавильных шлаках содержится около 2,5% этого цветного металла, поэтому его возвращение на производство в качестве вельц-окиси позволит восполнить нехватку цинка на современных предприятиях.

Реализация проекта переработки техногенных отходов рассчитана на ближайшие пять лет. Сейчас завершены лабораторные испытания, следующим этапом станет создание полупромышленной линии на базе ПАО «Северсталь». Предприятие может стать потенциальным заказчиком проекта.

Руководит проектом Александр Поволоцкий, к.т.н., директор научно-образовательного центра «Металлургия», исполнителями являются сотрудники кафедры «Пирометаллургические процессы» и кафедры «Литейное производство» факультета Материаловедения и металлургических технологий Политехнического института ЮУрГУ.

Справочно

Уральский межрегиональный научно-образовательный центр «Передовые производственные технологии и материалы» создан в рамках национального проекта «Наука» для проведения прикладных научных исследований и разработок мирового уровня. Центр участвует в получении конкурентоспособных технологий и продуктов, их коммерциализации, а также подготовке кадров. В развитии УМНОЦ активное участие принимают ведущие вузы Свердловской, Челябинской и Курганской областей – УрФУ, ЮУрГУ и КГУ.