Техногенное минеральное сырье химической и металлургической отраслей промышленности

Химико-металлургический процесс переработки минерального сырья представляет собой комплекс одновременно или последовательно протекающих элементарных операций, тесно связанных между собой сложнейшими взаимодействиями, особенно при производстве цветных металлов. При переработке такого сырья металлургическими способами необходимо одновременно с получением основного металла обеспечить извлечение всех других ценных компонентов в самостоятельные товарные продукты. Отходами являются горючие сернистые и хлорные газы, пыль, возгоны, шлаки, кеки, шламы, пески, растворы. Полезные компоненты из них могут быть извлечены с получением дополнительной ценной продукции. Наибольшее распространение имеют шлаки, шламы, газы и пыли [17, 27].

Шлаки металлургические представляют ценный материал, из которого можно рентабельно доизвлекать металлы и широко использовать в производстве строительных материалов.

Наибольшую ценность представляют доменные шлаки. Их получают при выплавке чугуна из руд. Доменные шлаки состоят в основном из CaO, Si0₂, А1₂0₃. Шлаки доменных печей, работающих на малосернистом коксе, содержат 16% А1₂0₂. При плавке в доменных печах титаномагнетитовых руд Качканарского ГОКа в доменных шлаках содержится 2% титана, а в ковшовых остатках — 5—7%.

Сталеплавильные шлаки характеризуются высоким содержанием Fe (до 27%) и Р₂0₅ (2—2,5%) в виде отдельных мелких вкраплений или сростков с нерудными минералами. Ферросплавные шлаки (шлаки производства марганцевых и хромсодержащих сплавов) и шлаки цветной металлургии характеризуются крайне разнообразным химическим составом, зависящим от состава перерабатываемого сырья и технологии металлургического процесса. Так, шлаки медной плавки содержат 0,3—0,6% меди, 1—7% цинка, 25—40% железа. В шлаках свинцовой плавки содержание свинца достигает 2,5%, цинка — 1,4%, меди — 1%, железа — до 40%. Поскольку в настоящее время добывают руды с невысоким содержанием металлов (медь — 0,3—0,5%, свинец — 0,6—0,7%, цинк — около 1,5%, железо — 15%), то из отвальных шлаков медного и свинцового производств целесообразно извлекать металлы [17].

Металлургические шлаки широко применяются в промышленности строительных материалов. Они являются высококачественным сырьем для производства щебня, песка и щебеночно-песчаной смеси. Шлаки используются для повышения качества цемента, а также для производства кирпича и в дорожном строительстве.

На основе металлургических шлаков получают ценный стеклокристаллический материал — шлакоситаллы, которые характеризуются высокой морозостойкостью, огнеупорностью, кислотоупорностью, незначительным водопоглощением, декоративностью. Из шлакового щебня в больших количествах получают минеральную вату. При этом требуется значительно меньше сырья и энергетических затрат, чем при производстве ее из горных пород. Огненно-жидкие шлаки являются ценным сырьем для получения литых изделий, брусчатки. Они также находят применение в стекольном производстве.

Шламы. Наибольший практический интерес представляют нефелиновые, бокситовые шламы и фосфогипсы.

Нефелиновый шлам образуется при производстве глинозема из нефелина и представляет собой пескообразный продукт, широко применяющийся в различных отраслях народного хозяйства. В цементной промышленности он используется для получения портландцемента и других цементов смешанного состава: нефелинового, кислотоупорного, гипсо-шламового, тампонажного. Используется также для производства бетонов, огнеупоров, формовочных смесей, композиционных материалов, стекла, обжигового кирпича, в сельском хозяйстве — для известкования кислых почв, в дорожном строительстве.

Бокситовый (красный) шлам — это тонкодисперсный отвальный продукт переработки боксита на глинозем, содержащий в повышенном количестве Fe₂0₃ и ТЮ₂. Из 1 т красного шлама можно получить 0,33 т чугуна, 0,12 т глинозема и 0,44 т белитового (Ca₂Si0₄) шлама, используемого для получения цементного клинкера. Наряду с этим имеются положительные результаты использования бокситовых шламов в производстве кирпича, шлакового литья, бетонов, керамики, дорожных покрытий.

Фосфогипс — это отход производства экстрактной фосфорной кислоты, основы концентрированных фосфорсодержащих удобрений, представляет собой гипс, загрязненный соединениями фосфора и фтора.

Пыли и газы. Почти все технологические процессы получения металлов характеризуются образованием пыли, выносимой технологическими и вентиляционными газами. Объем выносимой пыли может быть значительный. Так, при обжиге медных концентратов в кипящем слое вынос пыли составляет не менее 25—35%.

Для пылей в отходящих газах наиболее характерным является сернистый ангидрид, который перерабатывается для получения элементарной серы, являющейся основным источником серной кислоты. Пыли также содержат фтор, хлор и другие ценные компоненты и вредные примеси. Они перерабатываются с извлечением цинка, меди, кадмия из пыли электрофильтров. Пыли свинцового производства являются ценным сырьем для извлечения редких и рассеянных металлов.

Из газов и пыли металлургических заводов извлекаются металлы и другие продукты. Наибольшую ценность представляют тонкие пыли, в состав которых входят цинк, кадмий, свинец, германий, индий, рений, ртуть и другие металлы.

В металлургическом процессе при химической очистке газов и улавливании пылей решаются две задачи — это использование ценных компонентов в промышленности и предотвращение загрязнения окружающей среды.