Как утилизируют шлам: буровой, нефтяной, гальванический

Разработка горной породы вызывает образование шлама — мельчайших пылевых частиц, которые выносятся наружу в виде осадка. Этот побочный продукт требует дальнейшей утилизации, так как наносит непоправимый вред природе, животным и людям.

Состав и виды шлама

Твердый осадок шлама содержит много веществ, в состав которых входят следующие химические элементы:

• медь;
• магний;
• цинк;
• кальций;
• алюминий;
• кремний;
• фосфор;
• железо.

Шлам состоит из трех зон.

Зона	Название	Описание
Первая	Ядро	Кристаллическая решетка, состоящая их частиц, в основном солей магния и кальция.
Вторая	Адсорбционный слой	Слой появляется из-за выделения катионов щелочных и щелочно-земельных металлов.
Третья	Диффузный слой	Поддерживает электронейтральность.

По источнику образования производственный шлам бывает:

• Шлам от емкостной очистки;
• Шлам от доменов;
• Отходы сталеплавильный, доменных, мартеновских печей;
• Отходы подбункерных печей;
• Пыль от цехов;
• Пыль предприятий.

Процесс и места его образования

Обработка сырьевых материалов во время технологических процессов приводит к образованию шлама.

. Шлам образуется одним из этих путей:

1. Порошок оседает в растворе во время электролиза цинка, меди и других металлов средней электрохимической активности;
2. В паровых котлах остаются отложения, напоминающие ил, они удаляются продувкой;
3. Обогащение руды, угля, из-за чего образуется ил;
4. Фильтрация, отстаивание жидкостей вызывает появление отходов в виде мелких частиц;
5. Производство кварцевого песка оставляет после себя песчаный шлам.

Большая часть отходов в области металлургии появляется от осаждения пылевых выбросов. На нефтеперерабатывающих предприятиях объем пыли обычно не составляет больше одного процента от всего продукта.

Вред для окружающей среды

Отходы, образующиеся при буровых работах, добыче и переработке руды, представляют опасность для окружающей среды и человека, так как пыль обладает токсичными свойствами. В таблице представлен вред, который наносят шламы окружающей среде, животным и людям.

Что страдает	Негативное влияние
Организм человека	Токсичное воздействие
Представители фауны	Гибель, снижение качества и длительности жизни
Животные	Вымирание некоторых видов
Рыбы и беспозвоночные	Появление симптомов, связанных с гистологическими нарушениями
Растения	Накопление опасных веществ в тканях
Рыбы	Снижение способности к адаптации
Животные, люди, растения	Увеличение частотности появления генетических отклонений от рождения
Вода	Воздействие на химико-физические свойства
Водоемы	Загрязнение тяжелыми металлами и их катионами
Температура	Показатели отклоняются от нормы
Почвенные слови	Значительно изменяется структура
Сельскохозяйственные земли	Уменьшается урожайность

И хотя вода и почва могут очищаться от пыли, это не помогает с борьбой против нерастворимых в воде частиц. Для восстановления нормального состава потребуется от 30 до 50 лет.

Области применения шламов

Основная область применения этого вида отходов — это производство строительных материалов. Также из них получают профилактические смазки. По больше части области применения зависит от непосредственного состава шлама:

• шлам добавляют во время производства декоративного стекла;
• для создания лакокрасочных материалов берут осадок от электролиза средних по электрохимической активности металлов;
• приготовление керамзита требует шлам, богатый железом;
• изготовление черепицы сопровождается добавлением осадка, содержащего глинистые компоненты.

Обезвоживание шлама

Сам процесс проводится в три этапа.

На первом этапе нужно сгустить остаток. Это необходимо для увеличения веса частиц и плотности самого шлама, что достигается с помощью сгустителя, работа которого основана гравитационной или центробежной силе. Оставшаяся жидкость иногда применяется повторно в производстве.

На втором этапе занимаются фильтрацией. Концентрат фильтруют, так как в полужидком состоянии шлам не пригоден для эксплуатации. После этого процесса содержание жидкой фазы снижается до восьми-десяти процентов.

На третьем этапе остаток просушивают, после этого его можно применять для вторичного использования.

Методы его обезвреживания и утилизации

В силу значительного вреда окружающей среде шлам необходимо утилизировать. В странах Европы следующие методы все шире внедряются в промышленность и горнодобывающую сферу:

• Сброс в водоемы или накопители. Техническую воду и жидкую фазу шламов сбрасывают во внешние водоемы, а остатки отправляют для добычи углеводородов из нефтепродуктов. Недостаток этого метода — изменение экосистемы и загрязнение окружающей среды;
• Термическая обработка. Шламы часто подвергаются термической обработке в печах, амбарах, чтобы обезводить остаток и получить битуминозные остатки;
• Химический метод. Для устранения негативных эффектов шламов подключают химические методы и процессы. Например, нейтрализация, отвердение органическими добавками, экстрагирование и так далее;
• Физико-химический метод. Кроме чисто химических методов можно воспользоваться смешанными способами для эффективной утилизации шламов. В зарубежье активно разрабатываются технологические методики на стыке физики и химии. К примеру, изменяют физико-химические свойства шламов в результате реакций или обработки на специальном оборудовании;
• Микробиологическое и биотермическое разложение. Один из малоизученных и перспективных способов — биотермическое разложение микроорганизмами: бактериями, одноклеточными, грибами. Они могут перерабатывать шламы с выделением метана;
• Процессы с отделением отдельных элементов. Шлам — это смесь, поэтому перед утилизацией можно собрать из остатков составляющие для различных целей, например, углеводороды выделяют и применяют в качестве топлива. Таким образом можно добывать металлическую пыль.

Порядок утилизации определенных видов шлама

В связи с резко негативным влиянием на окружающую среду необходимо четко отслеживать деятельность производства со шламами. Проблемой становится безопасное хранение этих отходов, а также методы утилизации шламов из глиноземной, нефтяной и химической промышленности. Одним из возможных решений становится организация хранилищ, полигонов для захоронения. В таких местах должны быть противофильтрационные экраны. Другой же вариант — вторичное потребление шлама после переработки и обеззараживания.

Для этого полигоны нужно оснастить специальным полимерным экранами. Важно, чтобы они были полностью герметичны, прочны с механической точки зрения, устойчивы к влиянию агрессивных сред и абразивных веществ, а также морозоустойчивы. К подобному материалу можно отнести геомембрану, она подходит под заявленные требования и обладает способностью создать необходимый барьер для предотвращения проникновения шламов в природу. Помимо этого она не токсична, способна долго сохранять рабочие свойства.

Буровой шлам

Особые требования по утилизацию предъявляются буровым шламам. Процесс утилизации проходит в пять этапов:

1. первым делом необходимо снять с поверхности нефтяную пленку;
2. после этого жидкую часть шлама отделяют от нефти и ее производных;
3. жидкую фазу очищают до конца (то, как это будет реализовано, во многом зависит от дальнейших целей по эксплуатации отходов);
4. буровой шлам подвергают процессу обезвоживания, в дальнейшем воду либо сбрасывают, либо отправляют на повторную эксплуатацию в производство;
5. буровой шлам обезвреживают и перерабатывают.

Нефтяной шлам

Нефтяной шлам, соответственно, появляется в процессе хранения, перевоза или иной деятельности с нефтью. В состав отходов могут входить нефть, различные углеводороды (алканы, алкены, циклоалканы, диеновые УВ), кислородсодержащие органические соединения (альдегиды, кетоны, спирты, фенолы), соединения, содержащие серу, азот, а также окислы металлов, глина, песок и так далее.

Более того, перечисленные вещества оказывают негативное влияние на живые организмы, растения и в целом на биосистему.

Были разработаны технологические методы, которые отделяют нефть и ее компоненты от отходов на сооружениях: в дальнейшем эта смесь прокаливается в печах и применяется как добавка в дорожно-строительных материалах. Таким образом сохраняется экологичность, а производство становится дешевле.

Гальванический шлам

Гальванические шламы различаются от обычных тем, что имеют в составе тяжелые металлы в виде катионов. Попадание этих солей приводит к тяжелым заболеваниям. Металлы в шламах присутствуют в виде соединений, поэтому для дальнейшего применения необходимо выделять эти элементы в виде простых веществ. Рециркуляция отнимает много энергоресурсов и финансов, поэтому возможно только для большого содержания цветных металлов. Но обычно в гальванических шламах цветные металлы присутствуют в очень малом количестве. В таких условиях лучше отправлять отходы для строительных и дорожных материалов в качестве добавки.

Способы извлечения металлов из шлама

Массовое содержание металлических частиц в некоторых случаях может достигать восьмидесяти процентов. Для предприятий по этой причине остается актуальным вопрос о технологии выделения металлов из шламов.

Кислотно-щелочное выделение

Осадок, подвергаемый извлечению, обрабатывают серной кислотой для перевода шлама в жидкий вид. Происходит реакция окисления, катионы металлов связываются с анионами сульфата, образуя соль. После окончания реакции раствор фильтруют, чтобы убрать из сферы реакции песок и глину. Измеряется pH, а после кислотность среды доводят до необходимого значения, вследствие металл начинает оседать. Затем осадок отфильтровывают и обеззараживают.

Экстракция при помощи органических веществ

Экстракция проводится для выделения цветных и благородных металлов, для процесса берут негорючие вещества. Эту реакцию нельзя вызывать летучими растворителями.

Иногда проводят экстракцию расплавом органического вещества. После самого процесса продукт охлаждают в емкости, образуется достаточно густая масса, ее легко отделить от жидкой фазы. Эта масса долго хранится, это удобно для транспортировки.

Варианты получаемого вторсырья

В результате утилизации шламов можно получить следующие виды сырья:

• энергетическое топливо для теплоэнергетических установок;
• строительные материалы;
• дорожные материалы;
• заполнители бетона;
• оборотная вода, ее можно применять повторно.

Технологии переработки шламов во вторичное сырье еще слабо внедрены в России для повсеместного применения. Иногда шлам утилизируют как компонент шихты.