Курсовая Комплексное использование полезных ископаемых и утилизация твердых отходов
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2015-10-25Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
от 25%
Подписываем
договор
Московский Государственный Университет Инженерной Экологии
Кафедра: «Менеджмента»
Курсовая работа: Комплексное использование полезных ископаемых и утилизация твердых отходов.
Выполнила: Ефименко Т.А.
Группа: Н-48
Проверила: Коворова Валентина Васильевна
Москва, 2010
Содержание:
1. Введение…………………………………………………………………………………..3
2. Основные направления по комплексному использованию полезных ископаемых и охране недр…………………………………………………………………………………………..4
3. Классификация отходов…………………………………………………………………6
4. Твердые отходы и их утилизация……………………………………………………….7
5. Заключение………………………………………………………………………………11
6. Список литературы………………………………………………………………………12
1.
Введение.
Современный период развития производства характеризуется нарастающим объемом и разнообразием конечной и промежуточной продукции, увеличением объемов природных ресурсов, вовлекаемых в производственную деятельность, ростом количества и разнообразия отходов, отводимых в окружающую среду.
Объем добычи полезных ископаемых в нашей стране практически удваивается через каждые 10 лет, но при этом в готовую продукцию переходит не более 5% добытого сырья, общий же коэффициент хозяйственной деятельности человека составляет 1-2%. Вся же остальная масса - 95% в виде отходов возвращается в природную среду, загрязняя ее.
Только в России на поверхности земли ежегодно складируется 4,5 млрд.т отходов производства и потребления. Общее количество накопленных отходов составляет 50 млдр.т, а под складирование занято более 250 тыс.га земельных площадей.
Все это подтверждает выводы ученых о том, что основная причина отрицательного воздействия на окружающую среду состоит не столько в росте производства, сколько в отсутствии комплексной переработки полезных ископаемых, а также утилизации отходов.
2.
Основные направления по комплексному использованию полезных ископаемых и охране недр.
Под охраной недр понимается научно обоснованное рациональное и бережное использование полезных ископаемых, максимально полное, технически доступное и экономически целесообразное их извлечение, утилизация отходов, ликвидация урона, нанесенного естественным природным ландшафтам. Основные мероприятия по охране недр базируются на ресурсосбережении: предотвращение потерь при добыче, транспортировке полезных ископаемых, при их обогащении и переработке, использовании готовой продукции.
Значительные потери полезных ископаемых и ущерб окружающей среде происходят при разработке месторождений подземным способом. При этом потери угля (остается в недрах) составляют 20-45%, руд цветных и черных металлов 15-25%, горно-химического сырья 20-60%, при открытом способе разработки полезных ископаемых потери снижаются до 12%. Исключительно открытым способом добываются стройматериалы (песок, глина, щебень, гравий) и россыпные ископаемые. Однако обратной стороной открытого способа разработки полезных ископаемых являются нарушения естественных природных ландшафтов. Например, при извлечении 1 млн. т. угля шахтным способом отвалы занимают 8 га, а при открытом – нарушенные земли занимают 30 га и более. Чрезвычайно велики потери полезных ископаемых из-за несовершенства технологий извлечения. Сейчас доля извлеченной нефти по отношению к разведанным запасам составляет 50-60%, потери же попутного газа – 20 млрд. т. в год (он сжигается в факелах) просто потрясают воображение.
В мероприятия по охране недр входит комплексное использование ресурсов, которое предусматривает при добыче одного полезного ископаемого более полное извлечение сопутствующих компонентов. Ликвидация системы валовой выемки, своевременное разделение руд, их сортировка во время добычи позволяют сохранить ценные компоненты сырья, что дает большой экономический эффект. Таким образом, основные мероприятия по охране недр на стадии добычи минерального сырья сводятся к совершенствованию технологии его разведки, расчета запасов, добычи с применением ряда правовых и экономических регламентирующих механизмов.
Значительные потери полезных ископаемых происходят при их транспортировке к местам переработки и использованию. Например, на территории России в 2005 году эксплуатировалось 378 тыс. км промысловых трубопроводов, на которых за год случилось более 40 тысяч прорывов. В Западной Сибири свыше 100 тыс. км промысловых трубопроводов с 35-летним стажем работы нуждаются в замене. В результате за 2005 год разлилось 2650 тонн нефти из магистральных труб и 1438 тонн нефтепродуктов.
Комплексное, наиболее полное извлечение и использование химических элементов позволяет сохранить месторождение, не тратить дополнительные средства на переработку отходящих газов, пыли и промышленных стоков. Пыль, задержанная фильтрами, представляет собой высококачественное сырье; нефть и масла, собираемые в отстойниках нефтеперерабатывающих заводов, на ремонтных, транспортных и других предприятиях, рафинируются и используются в народном хозяйстве. Можно сделать вывод, что комплексное использование и бережное расходование минерального сырья при его добыче, транспортировке и переработке неразрывно связано с охраной окружающей природной среды. Преобразование малоцелевых горных предприятий и перерабатывающих заводов в многоцелевые, отказ от отраслевого подхода к разработке минеральных ресурсов – это одновременно и сбережение минерального сырья и ресурсов. Необходим постоянный и строгий контроль лицензионных соглашений за соблюдением режима эксплуатации месторождений, организацией и ведением мониторингом силами разработчика, за рекультивацией и реабилитацией ландшафтов.
Для охраны недр существенное значение имеет использование полезного ископаемого строго по его назначению. Еще Д.И. Менделеев говорил: «Нефть - не топливо, топить можно и ассигнациями». И если нефть или коксующиеся угли используются в качестве топлива – это растранжиривание минеральных ресурсов. Резервом в экономии минеральных ресурсов являются: более полное использование вторичного сырья и побочной энергии, замена дефицитных металлов менее дефицитными материалами. Так, современная металлургическая промышленность может работать на 40% и более на вторичном сырье. Это сырье может дать почти половину объема выплавляемой стали. Вторичная переработка лома цветных металлов потенциально может давать ежегодно 1/5 мировой продукции меди, более 1/3 алюминия, около 1/5 цинка. Конечно, рост добычи топлива и производства энергии связан с существенным повышением капиталовложений, которые идут не только на добычу и разведку, но и на мероприятия по охране окружающей среды. Однако игнорирование их в угоду сиюминутной прибыли оборачивается, как правило, негативными последствиями, на ликвидацию которых затрачивается значительно больше средств, чем на их предотвращение.
3.
Классификация отходов.
Отходы производства – все то, что образуется в процессе производства или после завершения его цикла, кроме продуктов в виде энергии или веществ – предметов производства.
Согласно этому определению к отходам производства относятся остатки многокомпонентного природного сырья после извлечения из него целевого продукта, например пустая рудная порода, вскрышная порода горных разработок, шлаки и зола тепловых электростанций, доменные шлаки и горелая земля опок металлургического производства, металлическая стружка машиностроительных предприятий и т. д. Кроме того, к ним относятся значительные отходы лесной, деревообрабатывающей, текстильной и других отраслей промышленности, дорожно-строительной индустрии и современного агропромышленного комплекса (навозохранилища, неиспользованные химические удобрения и пестициды, необустроенные кладбища погибших во время эпидемий животных и др.).
В принципе отходами производства являются и вещества, содержащиеся в отходящих технологических газах (дымовые) или в сточных водах предприятий, использующих воду в технологических процессах. Эти газообразные и жидкие виды отходов обычно рассматриваются в рамках экологических проблем загрязнения атмосферного воздуха и водного бассейна Земли и их охраны.
В промышленной экологии под отходами производства понимают отходы, находящиеся в твердом агрегатном состоянии (некоторые газообразные и жидкие отходы могут переходить в твердую фазу, например в фильтрах или отстойниках). То же относится и к отходам потребления – промышленным и бытовым (рис. 1).
Рис. 1. Классификация основных видов твердых отходов
Отходы потребления – изделия и материалы, утратившие свои потребительские свойства в результате физического (материального) или морального износа.
Промышленные отходы потребления – машины, станки и другое устаревшее оборудование предприятий.
Бытовые отходы – отходы, образующиеся в результате жизнедеятельности людей и удаляемые ими как нежелательные или бесполезные. К твердым бытовым отходам относят картон, газетную, упаковочную или потребительскую бумагу, всевозможную тару (деревянная, стеклянная, металлическая), вышедшие из употребления или утратившие потребительские свойства предметы и изделия из дерева, металла, кожи, стекла, пластмассы, текстиля и других материалов, сломанные или устаревшие бытовые приборы – мусор, а также сельскохозяйственные и коммунальные пищевые отходы – отбросы.
Особую категорию отходов (главным образом, промышленных) составляют радиоактивные отходы (РАО), образующиеся при добыче, производстве и использовании радиоактивных веществ в качестве горючего для атомных электростанций, транспортных средств (например, атомные подводные лодки) и других целей.
Большую опасность для окружающей среды представляют токсичные отходы, в том числе часть неопасных на стадии их появления отходов, которые приобретают токсичные свойства во время хранения.
4.
Твердые отходы и их утилизация.
В химической, горной, добывающей, металлургической промышленности образуется большое количество твердых отходов. Отвалы сокращают площади земельного фонда и отравляют почву и водные источники. Сельхозпроизводство является источником загрязнения удобрениями и ядохимикатами.
Одним из наиболее многотоннажных отходов химической промышленности является пиритный огарок, образующийся и производстве серной кислоты. На сернокислотном производстве накоплено более 40 млн. т пиритных огарков. К имеющимся запасам ежегодно прибавляется 7 млн. т. Огарок состоит из оксидов железа, сульфидов и оксидов других металлов, кварца, алюмосиликатов и пирита. В огарке содержится около 58% железа, до 2% меди, небольшие количества серебра, золота и других ценных металлов. Пиритные огарки могут быть использованы в цементной и стекольной промышленности. Наиболее перспективна комплексная переработка огарков с высоким содержанием меди цинка, свинца, серебра и серы путем хлорирующего обжига, позволяющего извлечь и использовать редкие и цветные металлы. После извлечения ценных металлов хлорирующим обжигом огарок представляет собой сырье для получения железа.
В качестве хлорирующего агента можно применим раствор хлорида кальция, образующийся при производстве соды. Огарок смешивают и гранулируют с раствором хлористого кальция, полученные гранулы обжигают при 1500 0К. Происходит возгонка цветных металлов и образование прочных агломератов - сырья для доменного производства чугуна.
Значительное количество твердых отходов образуется в производстве калийных удобрений из сильвинита (смеси хлоридов натрия и калия). На 1 т хлорида калия образуется 1,8-2,6 т так называемых галитовых отходов - хлорида натрия с примесями хлорида калия и других солей. Складирование галитовых отходов требует больших площадей и ведет к засолению почвы, повышению содержания минеральных солей в подземных водах. Галитовые отходы можно перерабатывать на поваренную соль. Но в настоящее время на заводах калийных удобрений накоплено в избытке более 500 млн. т галитовых отходов (ежегодно прибавляется 50 млн. т). Их использование составляет не более 5,6 млн. т в год. Захоронение галитовых отходов иногда проводят и в выработанные рудники, но таким способом решить проблему невозможно.
В производстве фосфорных удобрений при обогащении фосфорного сырья флотацией образуется большое количество хвостов обогащения до 1,7-2 т на 1 т фосфора. Комплексная переработка этих отходов необходима с экологической точки зрения. С целью получения цветных и редких металлов (алюминия, титана, ванадия, галлия, индия), а также ценных неметаллических продуктов, таких как сода, поташ, цемент.
Другой из самых крупнотоннажных отходов химической промышленности - это фосфогипс, сбрасываемый предприятиями, вырабатывающими фосфорную кислоту и фосфорные удобрения.
Большие количества твердых отходов сбрасывают предприятия азотной промышленности, производства полимерных материалов и многие другие химические производства. Отходы химической промышленности во все большей степени утилизируют как вторичное сырье. Однако ряд химических заводов, построенных без учета требований экологии, до перевода их на замкнутый производственный цикл еще длительное время будет наращивать мощности и сбрасывать все возрастающее количество твердых отходов. Даже сейчас на любом химическом предприятии отходы просто невозможно скрыть. Необходимо в короткие сроки полностью утилизировать отходы, вернув их в хозяйственный оборот как вторичное сырье. Неутилизируемые твердые отходы необходимо обезвреживать и подвергать захоронению. Пахотные и лесные участки почвы, занятые ранее твердыми промышленными отходами, следует подвергать рекультивации, т.е. восстановлению природных ландшафтов. Для сохранения литосферы необходимо постоянно производить рекультивацию земель вокруг промышленных предприятий. Нужны искусственные экологические системы, предотвращающие миграцию токсичных веществ в окружающую среду. При вскрытии земной поверхности с целью добычи полезных ископаемых, при прокладке газо- и нефтепроводов отчуждаются и загрязняются земли, которые также нуждаются в восстановлении на них природной среды.
Полагают, что существуют следующие методы обезвреживания и захоронения твердых промышленных отходов: биологическое окисление в условиях, моделирующих естественные; термическая обработка; складирование отходов на поверхности земли; захоронение особо вредных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения: овраги, карьеры, шурфы, траншеи, скважины.
Биологическое окисление применяют для обезвреживания твердых отходов, в том числе осадков, образующихся в системах биологической очистки.
Термическая обработка - наиболее надежный, но устаревший способ обезвреживания и утилизации твердых отходов. Сжигание осуществляют в высокотемпературных химических реакторах - печах, обеспечивающих хорошее перемешивание для развития поверхности контакта фаз и для ускорения внешней и внутренне и диффузии кислорода с целью максимального окисления органической части отходов и высокую температуру, достаточную для полного обезвреживания токсичной части отходов. Чаще всего применяют барабанные и камерные печи, но также циклонные и со взвешенным (кипящим) слоем твердого металла. В барабанных печах отходы проходят несколько температурных зон подсушивания, подготовки к сжиганию, воспламенения, горения, дожигания. В зоне подсушивания применяют отходящие дымовые газы с температурой 800-1000 0С. В зоне подготовки твердого материала происходит частичная отгонка летучих органических продуктов; температура образующейся смолы достигает 300 °С - температуры воспламенения отдельных составляющих отходов. Горение твердой массы (во всех типах печей) начинается при 600 °С. Температуру в зоне горения поддерживают в пределах 1100-1500 °С. Наиболее полно и интенсивно происходит сжигание в циклонных печах и печах взвешенным слоем благодаря энергичному перемешиванию твердого материала с воздухом.
Весьма перспективна термическая обработка твердых отходом методом пиролиза, продукты которого могут служить энергетическим носителем, а также сырьем для органического синтеза. Пиролиз проводят в вертикальных цилиндрических печах (ретортных). Нагрев обеспечивают с помощью электрической дуги, токов высокой частоты или применением твердых теплоносителей - расплавов солей, продуктов пиролиза твердого топлива (полукокс) и др. Пиролиз ведут при 300-900 °С в зависимости от требуемого состава газообразных продуктов. Состав газов зависит от состава перерабатываемых отходов и содержания кислорода в зоне пиролиза. Для предупреждения образования сажи и токсичных продуктов в реакционную зону вводят водяной пар. Твердый остаток пиролиза может быть утилизирован как наполнитель для пластических масс и резин, как сорбент.
Твердые отходы перерабатывают под высоким давлением. Под его действием образуются спрессованные, спекшиеся материалы, которые может использовать промышленность строительных материалов. Таким методом обрабатывают отходы древесины, отвалы золы, отходы обогащения минерального сырья.
В дополнение к вышеперечисленному списку следует пополнить его современными методами выщелачивания, низкотемпературной каталитической гидратации, огневой с взрывным горением, электрокаталитическим окислением.
Захоронение твердых промышленных отходов в поверхностных хранилищах - наиболее распространенный пока способ их изоляции и частичного обезвреживания. Такой способ приводит к отчуждению больших участков земли, которые могли бы полезно использоваться, и к загрязнению поверхностных и подземных вод. Ранее приводились сведения о хранилищах фосфогипса около суперфосфатных заводов, пиритного огарка сернокислотных предприятий; о шламонакопителях дистиллерной жидкости содовых заводов, о других свалках отходов. Основной тип поверхностных хранилищ - шламонакопители, которые строят по каскадному принципу. Шламохранилища включают в себя чашу, берега, плотину и дренажную систему, защищающую грунты под сооружением от фильтрационных деформаций и отводящую из хранилища загрязненные стоки для обезвреживания.
Захоронение промышленных токсичных отходов на участках, не имеющих хозяйственного значения, проводят после их стабилизации обработкой связующими или цементирующими веществами - жидким стеклом, цементными растворами, битумами. Полученные иммобилизированные отходы в виде блоков закладывают в карьеры, скважины, шурфы и другие естественные или искусственные углубления в поверхностных слоях земли. Такой прием применяют для отходов, содержащих соединения ртути, мышьяка, цианидов, а также для слаборадиоактивных отходов. При этом зачастую токсичные металлы и вещества продолжают мигрировать в окружающую среду. Все способы консервации и захоронения твердых отходом отнюдь не безопасны, ведут к отчуждению полезных площадей и связаны со значительными затратами. Их нужно заменить полной утилизацией твердых отходов, в первую очередь в качестве вторичного сырья. Методы выщелачивания, гидратации успешно решают эту задачу. Одна из важных экологических проблем - удаление и использование твердых отходов крупных промышленных городов. Например, в Санкт-Петербурге завод механической переработки бытовых отходов перерабатывает более 450 млн. т в год бытового мусора. Отходы доставляют на завод в контейнерах и сортируют на конвейерах. Металлический лом отделяют с помощью магнитных сепараторов; металлы прессуют в блоки массой 60-100 кг. Затем отходы измельчают и подают в биологические барабаны, где происходят обезвреживание и переработка отходов в компост. Биобарабан - вращающийся реактор, в который противотоком твердому материалу подают воздух. За 1-3 суток аэрации при 50-60 °С (температура повышается в результате жизнедеятельности микроорганизмов) отходы обезвреживаются и превращаются в рыхлый компост, используемый как удобрение на полях и в теплицах. Некомпостируемая часть отходов (текстиль, резина, пластмассы, древесина и др.) может быть подвергнута термической обработке (пиролизу) с получением газа и смолы -топлива или химического сырья. Характерный суточный объем твердых бытовых отходов мегаполиса несколько тысяч кубометров, соответственно биореакторы нужны с трехкратно превышающим их объемом. Заводы по переработке твердых бытовых отходов с трудом работают, постепенно их закрывают как в России, так и за рубежом.
5.
Заключение.
По прогнозам специалистов, при сохранении современных тенденций добычи, потребления и использования новых месторождений запасы полезных ископаемых истощатся примерно через 70-140 лет. Поэтому рациональное комплексное освоение ресурсов способно сохранить природные богатства для будущих поколений, защитить интересы народов нашей страны. Перспектива нехватки сырьевых ресурсов - реальная опасность для человечества, а энергетический голод не выдумка скептиков: некоторые страны уже испытывают недостаток энергетических ресурсов. Поэтому охрана недр становится важнейшей проблемой, стоящей перед человечеством. Необходим постоянный и строгий контроль лицензионных соглашений, за соблюдением режима эксплуатации месторождений, организацией и ведением мониторинга силами разработчика, за рекультивацией и реабилитацией ландшафтов.
На сегодняшний день не существует промышленных отходов, которые нельзя было бы переработать тем или иным способом. Правда, при этом велики расходы энергии и себестоимость единицы массы переработанных отходов. Именно это сдерживает применение способов переработки и одновременно стимулирует разработку новых экологически и экономически эффективных технологий. Прогнозируется, что решение этой задачи при колоссальном количестве отходов и при ужесточающемся законодательстве во всех странах в области охраны окружающей среды приведет к созданию не только новой отрасли индустрии, но и к ее бурному развитию – своего рода «экопромышленному буму».
6.
Список литературы
· Мухленов И.П. и др Основы химической технологии. М.: Химия, 1991.
· Общая химическая технология и основы промышленной экологии/В.И.Ксензенко, и др..-М.:КолосС,2003 с. 332-326.
· Оуэн О.С. Охрана природных ресурсов. – М.: Колос, 1999. – С. 326-340;
· http://him.1september.ru/articlef.php?ID=200101001 Е.Э.Боровский
