Состав и виды шламов, влияние на окружающую среду, способы утилизации

Производство состоит из многочисленных этапов, при которых применяются разные технологические процессы. Обработка сырьевого материала сопровождается образованием отходов в виде осадка. Выделяемый при обработке шлам — это остаточный продукт и один из источников негативного влияния на окружающую среду.

Что такое шлам?

Понятие «шлам» происходит из немецкого языка, где слово «Schlamm» переводится как «грязь». Под данным определением понимается остаточный продукт добычи (пыль) и производства, состоящий из мельчайших пылевых частиц. Он образуется при промывке угля или руды и выпадает в виде осадка.

Пыль, выделяемая при осуществлении различных технологических процессов, представляет собой коллоидные системы, которые состоят из нерастворимых мелкодисперсных частиц. Внутри жидкости они находятся во взвешенном состоянии. Содержание твердых осадков в составе жидкости при промывке зависит от производства.

Как образуется шлам?

Отходы образуются при разнообразных технологических процессах, при которых на комбинате обрабатываются сырьевые материалы. Основными источниками выступают нефтеперерабатывающие, металлургические, горно-обогатительные, химические предприятия. Помимо этого, пыль формируется при буровых работах.

Варианты образования:

• Субстанция в виде порошка, который выпадает в осадок при электролизе меди, цинка или иных металлов.
• Мягкие и твердые отложения в виде ила в емкостях паровых котлов, удаляющиеся путем продувки или термосифонных процессов.
• Ил от обогащения при помощи руды и каменного угля.
• Отход, состоящий из мельчайших частиц выделяющихся при отстаивании либо фильтрации жидкостей.
• Песчаный шлам (остаточный продукт при производстве кварцевого песка).
• Частицы породы, которые выносятся из скважин на поверхность.

На металлургическом предприятии основная часть пыли формируется при улавливании и осаждении выбросов пыли. На заводах нефтепереработки количество пыли не превышает 1% от объема переработанного продукта.

При обработке фосфора процент отходов достигает 30. На многих предприятиях остаточная пыль содержит ценные компоненты. На предприятиях химической промышленности производится откачка шлама, содержащего цинк, железо, медь и другие полезные металлы.

Формированием осадка сопровождается анодный процесс. Объем отходов достигает 5% от массы растворившихся анодов. В анодный шлам переходит до 1% железа, никеля, кобальта и до 20% меди, содержащихся в аноде.

Состав шламов

Представленный вид отходов производства содержит полезные компоненты. Поэтому утилизация твердого осадка в перерабатывающем цехе считается экономически целесообразной.

Элементы, содержащиеся в составе:

• Железо.
• Фосфор.
• Кальций.
• Магний.
• Алюминий.
• Кремний.
• Цинк.
• Медь.

Концентрация элементов на разных производствах отличается. Крупные фракции обычно состоят из непластичных минеральных компонентов: кварца, кальция. В составе мелкофракционного осадка содержатся глинистые минералы, оксиды железа и алюминия.

Структурная единица шлама состоит из 3 зон:

• Ядро.
  Это кристаллическая решетка, образованная твердой частицей (кварцевым зерном, солями магния или кальция, шпатом)
• Адсорбционный слой.
  Образуется за счет выделения из жидкости положительно заряженных частиц металлов (магния, натрия, калия, кальция). Включает в состав воду и окисленные частицы железа и алюминия.
• Диффузный слой.
  Образуется частицами глинистых минералов и слабосвязанными водами и поддерживает общую электрическую нейтральность.

Виды шламов

Представленный вид отходов классифицируется на основе разных критериев. Основной среди них – источник образования.

Виды производственного шлама:

• Пыль агломерационных предприятий.
• Шлам, образующийся на доменных производствах.
• Шлам очистки емкостей.
• Отходы газоочистки доменных и мартеновских печей.
• Отходы подбункерных помещений доменных печей.
• Пыль конвертерных цехов.
• Отходы сталеплавильных печей.

По концентрации в составе железа выделяются виды осадков:

• Обогащенные (пуль конвертеров и мартеновских печей).
• Относительно богатые (пыль агломерационных и доменных цехов).
• Бедные (пыль, полученная при газоочистке электросталеплавильных цехов).

Обезвоживание шламов

Содержание в составе полезных компонентов делает остаточное сырье обработки руд ценным продуктом для вторичного применения. Однако для этого используют только обезвоженный твердый осадок.

Процесс состоит из 3 этапов:

1. На начальном производится процесс сгущения остаточного сырья.
   Это нужно чтобы увеличить вес твердых нерастворимых частиц и увеличить плотность шлама. Применяют сгуститель, подвергающий осадок воздействию центробежной или гравитационной силы. Отделяемая жидкость применяется для обратного цикла при необходимости.
2. Фильтрация.
   Полученный концентрат нужно профильтровать, так как в полужидком виде использовать его практически невозможно. В результате процесса концентрация жидкости падает до 8-10%.
3. Сушка.
   После фильтрации остаточный продукт подвергают воздействия для выведения большей части оставшейся жидкости.

Способ обезвоживания шлама зависит от состава пыли, размера твердых компонентов.

Способы утилизации шлама

Разработаны технологические методы, посредством которых проводится утилизация шлама. Действующие методы обработки шламов активно внедряются в промышленной сфере в зарубежных странах. В РФ утилизация в стадии разработки и полупромышленных испытаний. Производства, на которых из пылевых отходов изготавливают вторсырье пока нет, поэтому оно применяется только как компонент шихты.

Определенный процент такого отхода утилизируется посредством сброса в накопители или водоемы. Из-за этого загрязняются и поверхностные и подземные воды. При этом в воду попадает отход, который не был нейтрализован. При загрязнении нефтешламами только 0.5% отхода находится в обезвреженном состоянии.

Обезвреживание осуществляется преимущественно методом термической обработки. Пыль обжигается, в результате чего горючие компоненты нейтрализуются и остается только безвредные частицы и зола. В цехах утилизации шламов применяют процессы, при которых происходит отделение потенциально опасных элементов пыли, а также частиц, пригодных для повторного использования.

Наибольшей ценностью обладают процессы, при которых из осадка извлекают цинк, свинец и щелочные металлы. Эти методы распространены в Японии, где в качестве восстановителя при производстве металлизированных окатышей используется уголь.

Использование шламов

Остаточное сырье, образующееся при добыче и обработке лома применяется как добавка к аглошихту. Пыль используют повторно в качестве первичного рудного сырья. Характер применения зависит от факторов, в том числе содержания железа и других металлов в составе отхода.

Наличие вредных примесей также повышает его ценность, так как при дальнейшей обработке можно снизить негативное влияние шламов на окружающую среду и уменьшить стоимость добычи опасных элементов, таких как свинец, цинк и сера.

Области применения:

• Производство при изготовлении декоративных стекол.
• Продукт, образующийся как осадок при электролизе меди и цинка применяют для производства лакокрасочных материалов.
• После нейтрализации шлам применяется при производстве дорожного покрытия.
• Железосодержащий отход используют при изготовлении керамзита.
• Осадок, обогащенный глинистыми компонентам, задействуют при изготовлении черепицы.

Методы извлечения металлов из шлама

На некоторых производствах концентрация металлических частиц достигает 80%. Поэтому вопрос об эффективных методах извлечения металлов из остаточного продукта крайне актуален. Твердые металлические частицы извлекаются несколькими способами.

Кислотно-щелочное выделение

Предварительно осадок переводят в растворимый вид, применяя серную кислоту. В результате окисленные металлы превращают в сульфаты. В дальнейшем полученный раствор очищают от остатков глины и песка. После этого раствор доводится до необходимого показателя рН, в результате чего металлические частицы начинают оседать.

Экстракция органическими веществами

Представленный метод используется для отделения цветных и благородных видов металла. При экстракции используются нетоксичные и негорючие экстрагенты. Исключается применение летучих растворителей.

На практике применяется система экстракции при помощи водного раствора с расплавом органического вещества. После экстракции и последующего охлаждения емкости образуется густая масса, которая легко отделяется от жидкости и долго хранится.

Влияние шламов на окружающую среду

Отходы, образующиеся при буровых работах, добыче и переработке руд, представляет опасность для окружающей среды и организма человека. Это объясняется тем, что пыль обладает токсичными свойствами. Менее опасным в данном контексте считается флотационный шлам (это остаток, образующийся при флотации, а не выпадении осадка).

К негативным последствиям относятся:

• Токсичное действие на организм.
• Снижение длительности жизни и гибель представителей фауны.
• Вымирание видов животных.
• Появление признаков, указывающих на гистологические нарушения у рыб, беспозвоночных.
• Накопление вредных веществ в тканях растений, животных.
• Снижение адаптационной способности рыб.
• Повышение частоты врожденных генетических отклонений.
• Негативное влияние на физические и химические свойства воды (в том числе степень солености, окисляемости, электропроводимости).
• Попадание в водоемы тяжелых металлов.
• Отклонение температурных показателей от нормы.
• Изменения структуры почвенных слоев.
• Уменьшение урожайности сельскохозяйственных земель

Шлам негативно влияет на почву и водные ресурсы, и загрязняет атмосферу. При испарении, легкие фракции попадают в атмосферу, откуда в дальнейшем выпадают на землю с осадками. В результате этого, металлическая пыль проникает в почву и подземные воды.

В местах, где пыль попадает в почву в больших количествах прекращается рост любых растений. Опасность в данном плане представляют остаточные продукты нефтедобычи и переработки.

Вода и почва способны самоочищаться от пыли и других видов загрязнений. Но из-за содержания большого количества нерастворимых частиц для восстановления нормального состава требуется время (до 30-50 лет).

Шлам – разновидность отходов, представляющая собой твердый осадок, содержащий нерастворимые компоненты. Главными источниками такого отхода выступают добывающие предприятия, заводы, где производится обработка руды, нефти, угля.

Производственный осадок применяется вторично, но предварительно подвергается нейтрализации. Шлам, не подвергающийся обезвреживанию, представляет угрозу для окружающей среды из-за токсичных свойств.