Стабильное развитие и устойчивость экономики во многом определяются состоянием минерально-сырьевой базы государства. На территории Украины и др. стран СНГ размещены огромные техногенные запасы ценного металлсодержащего сырья, представляющие собой крупнотоннажные отходы черной и цветной металлургии, химической промышленности, промышленной энергетики.

Эти месторождения могут обеспечить потребности производства в таких дорогостоящих и дефицитных для Украины элементах, как цинк и свинец с параллельной утилизацией железа. Актуальна на наш взгляд проблема внедрения экологически целесообразных технологий утилизации Zn, Pb, Fe из шламов и пылей отходов газоочисток металлургических заводов «НЛМК», «Уралсталь», «Северсталь», «ЗапСиб» и др. предприятий России.

Отходы металлургических производств наносят значительный вред окружающей среде и здоровью человека: отвод земель под шламонакопители, загрязняют токсичными соединениями почву, водный и воздушный бассейны, повышают себестоимость готовой продукции предприятий в результате значительных затрат на транспортировку, размещение и хранение отходов.

Нами в период 1999-2007 г. г. проведены физико-химические исследования проб пылей и шламов газоочисток доменных и сталеплавильных производств ряда заводов черной металлургии Украины, России, Молдавии и Германии. Как показали анализы, шламы и пыли имеют усредненное содержание основных элементов (% масс): Fеобщ. – 55-65; Са – 6-7; Si – 3-4; Mn – 0,5-0,7; Pb – до 1,72; Cu – 0,2; Zn – 0,5-18,6, влажность – 5-35%; плотность – 3,2 г/см3; фракционный состав: 300 мкм.

Рентгенофазовый анализ образцов шламов доменного и сталеплавильного производств показал, что железо, являющееся основным компонентом проб, содержится в образцах доменного производства в виде гематита Fе2О3, а сталеплавильного - в виде магнетита Fе3O4, вюстита FeO и в чистом виде. Кальций во всех образцах находится в виде кальцита СаСО3, а также, по-видимому, входит в фазы состава CaFexOy различной стехиометрии. Кремний находится, в основном, в виде диоксида. Остальные элементы находятся в количествах, не позволяющих обнаружить их рентгенофазовым анализом. На рентгенограммах всех образцов наблюдаются линии заметной интенсивности, не относящиеся к найденным или возможным Fe-, Ca- и Si-содержащим фазам. Эти линии хорошо согласуются с такими фазами, как графит (во всех образцах); металлический ванадий, Тl- и Sb-содержащие сульфиды и некоторые карбиды (в образцах сталеплавильного производства).

Основная масса цинка в пробах находится в форме ферритов (ZnFe2O4 и ZnFе2О3), частично – в форме оксида (ZnO), плюмбатов (ZnxPb1-xO) и силикатов (хZnOуSiO2). На основании полученных результатов сделан вывод, что нахождение целевых компонентов в сырье в виде ферритов и плюмбатов и высокое содержание Са, затрудняют использование гидрометаллургических методов извлечения Zn и Pb.

Применение методов предварительной сепарации магнитных фаз затруднено из-за присутствия ферритов и плюмбатов цинка и железа, а также высокой дисперсности исходных пылей и шламов. Наиболее перспективным способом утилизации пылей и шламов является вельц-процесс. Нами были проведены работы по оптимизации параметров разработанного процесса избирательной дистилляции цинка в условиях углетермического восстановления с учетом которых разработан малоотходный способ извлечения Zn, Pb, Fe.

В качестве восстановителя использовали отсевы кокса следующего химического состава (% маcc.): С – 85,2; S – 0,5-1,1; зола – 12. Состав золы (% маcc.): Р – 0,029; SiO2 – 65; Аl2О3 – 24,6; CuO – 3,5; S – 1,42; MgO – 1,3. Влажность – до 6 % масс., плотность – 0,89-0,91 г/см3.

Поскольку наиболее благоприятные условия контакта взаимодействующих веществ, участвующих в реакции, достигаются при гранулировании компонентов, пыль или шлам в смеси с коксом в определенном соотношении окомковывали с получением шарообразных или цилиндрических гранул, которые затем прокаливали в вельц-печи.

Проведенные опытно-промышленные испытания на сырье предприятий Украины, России, Молдавии и Германии по реализации процесса показали, что процесс сопровождается разложением и новообразованием твердых фаз и может быть отнесен к топохимическим реакциям, изменение скорости которых определяется закономерностями образования и развития реакционной поверхности.

Во время исследования разработанной и запатентованной в России и на Украине технологии продукты анализировали на содержание Fe, Zn, Pb, Ca, Si, S, Cu и др. по стандартным методикам. Наибольшее содержание ZnO (79 %) отмечено в продукте, уловленном в зоне высокотемпературной возгонки вельц-печи, см. табл. 1.

Таблица 1 – Химический состав получаемого цинкового концентрата

Расшифровка рентгенограмм и дифрактограмм позволила установить, что цинк в полученном концентрате, присутствует в виде оксида цинка, а также в виде соединений типа: ZnxPb(1-x)O, хZnOуSiO2, Mn3ZnC, ZnFe2O4, количества которых зависят от условий проведения процесса. Основную массу в полученном цинковом концентрате составляют высокодисперсные кристаллы оксида цинка. Размеры частиц 0,04 – 1,0 мкм. Плотность продукта ~3,3 г/см3.

Полученный цинковый концентрат превышает по содержанию ведущего металла цинковый концентрат марки КЦ-0 завода "Укрцинк" и превосходит лучшие мировые образцы. Металлизованные обесцинкованные гранулы содержат более 57% железа, до 0,08% Zn и пригодны для возврата в качестве сырья в аглодоменное производство. Полученные данные были использованы в качестве исходных пылей (шламов) газоочисток сталеплавильных производств разработанной безотходной технологии (рис.1.).

Создание установки по извлечению ценных компонентов (Zn, Pb, Fe) из пылей и шламов газоочисток позволяет одновременно решить крупные эколого- экономические и социальные проблемы. Обеспечение металлургических предприятий собственным техногенным сырьем.

Это, в частности, предполагает:

– снабжение высококачественным сырьем заводы «Укрцинк» (г. Константиновка), «Электроцинк (г. Челябинск, Владикавказ, Усть-Каменогорск и др.);

– организацию поступлений на линии горячего цинкования «ММК им. Ильича» дорогостоящего и дефицитного продукта – металлического цинка;

– снижение себестоимости товарной продукции металлургических заводов;

– тиражирование разработанной технологии в странах СНГ и дальнего зарубежья.

– утилизацию свежеобразованных шламов и пылей и постепенное сокращение объемов лежалых отходов;

– создание новых рабочих мест на металлургических предприятиях.

Рисунок 1 – Технологическая схема процесса получения товарного цинкового концентрата из пылей (шламов) газоочисток металлургического производств

Проблема использования высокоэффективных технологий переработки техногенных месторождений на современном уровне развития металлургии вплотную смыкается с современными организационно-экономическими тенденциями и проблемами глобализации мировой экономики. Рост размеров металлургических предприятий, их переход в статус транснациональных корпораций, могут привести к экологическим катастрофам уже не отдельно взятого региона, но стран в целом.

Международными организациями разработаны стратегии и документы, защищающие страны от такого влияния. Финансовая мощь таких корпораций может приводить к глобальным экологическим изменениям уже не в рамках отдельного небольшого предприятия и ограниченного региона.

В этих условиях возрастает роль регионов размещения металлургических предприятий и степени их влияния на экологическую ситуацию. Важно использовать разработанные механизмы организационно-экономического влияния на повышение уровня экологической безопасности регионов, использующие следующие важнейшие элементы совместной хозяйственной деятельности предприятий и регионов:

– высокоэффективных технологий утилизации, минимизирующих объемы отходов; экономическую заинтересованность предприятий в использовании этих технологий;

– наличие правовых рычагов у регионов в побуждении предприятий к использованию таких технологий.