2023_Экозащитные_технологий_добычи_и_переработки_ПИ_4_5

1.

Основы разработки высокоэффективных
экозащитных технологий добычи и переработки
полезных ископаемых
Доцент каф. Геоэкологии, к.т.н.
Нагорнов Д.О.
2024

2.

Экотехника и Экотехнология
Экотехника техника, обладающая щадящим воздействием
на природу.
Экотехнология производственная технология, при
использовании которой не наносится вред
окружающей среде
2

3.

Важнейшие типовые экозащитные процессы
Процессы
Методы очистки
Механические и
Движение потоков жидкости и газа. Осаждение. Фильтрование.
гидромеханические Центрифугирование. Отстаивание. Измельчение. Перемешивание. Флотация.
Псевдоожижение. Процеживание. Осветление во взвешенном осадке.
Коагуляция и флокуляция. Гидравлическая классификация. Гранулирование.
Брикетирование. Смешение диспергированных материалов
Теплообменные
Нагревание и охлаждение. Выпаривание. Сублимация. Конденсация.
Замораживание. Высокотемпературная агломерация
Массообменные
Дистилляция, ректификация. Абсорбция. Растворение, кристаллизация.
Экстракция. Адсорбция. Сушка, увлажнение. Ионный обмен. Обратный осмос
и ультрафильтрация. Выщелачивание
Электрохимические Электрокоагуляция. Электрофлотация. Электродиализ. Электрохимическое
окисление и восстановление
Биохимические и
Биохимическая очистка сточных вод от органических и минеральных
радиохимические
примесей. Радиационное окисление. Биохимическая обработка осадков
сточных вод
Физические и
Электростатическая очистка газовоздушных выбросов от пылей, туманов и
магнитные
брызг с использованием сухих и мокрых электрофильтров. Электрическая и
магнитная сепарация
Прочие
Реагентные процессы. Жидкофазное и парофазное окисление. Обогащение
3

4.

Требования для совершенствования существующих производств
и создания принципиально новых технологических процессов
добычи и переработки полезных ископаемых
- минимизация числа технологических единиц (стадий и аппаратов)
производственного процесса для уменьшения отходов и потерь
сырья на промежуточных стадиях процесса;
-применение непрерывных схем процессов
(замкнутых технологических циклов);
-комплексность использования
энергетических ресурсов;
всех
и
компонентов
технологий
сырья
и
-увеличение единичной мощности агрегатов;
- максимальное использование вторичного сырья и замена
первичного сырья на вторичное;
4

5.

Требования для совершенствования существующих производств
и создания принципиально новых технологических процессов
добычи и переработки полезных ископаемых
- интенсификация производственных процессов, их автоматизация
и оптимизация;
- применение энерготехнологических процессов (использование
энергии химических превращений);
- разработка и внедрение высокоэффективных методов очистки;
- разработка принципиально новых аппаратов, совмещающих ряд
процессов;
- оптимизация размеров и производительности;
- использование новых конструктивных материалов, позволяющих
увеличить долговечность аппаратов.
5

6.

Требования при организации безотходного и малоотходного
производств:
- адекватность
качества
технологического процесса;
сырья
и
материалов
уровню
-предварительное обезвреживание сырья и топлива;
-замена высокотоксичных веществ (например, тяжелых металлов)
менее токсичными;
- замена традиционных видов сырья и энергоресурсов на
нетрадиционные.
6

7.

Требования к готовой продукции при организации
малоотходного производства:
- безвредность;
- длительность использования;
- обеспечение возможности рециклизации после физического или
морального износа;
- быстрая биоразлагаемость при попадании в окружающую среду;
- удобство эксплуатации.
«Создаваемые продукты должны иметь такую форму,
которая позволила бы после использования по прямому
назначению относительно легко превращать их в
исходные элементы нового производства»
7

8.

Методологические принципы формирования
малоотходных производств
Отличительные признаками устойчивого развития общества :
- стабильная численность населения;
- приоритет качественных (духовных) параметров над
потребительскими;
- противостояние энтропийным процессам;
- сохранение биологического и культурного разнообразия;
- умеренное природопользование: экономическое развитие происходит при стабильном потреблении природных ресурсов (все
новое строится только взамен старого, а остатки старого поступают
во вторичную переработку).
«Конференции ООН по окружающей среде и развитию в
Рио-де-Жанейро в 1992 г.»
8

9.

Типы организации безотходных производств
Замкнутое безотходное производство (Первый тип)
- производство, в котором на
выходе в ОС не выделяются отходы
и
осуществляется
полная
переработка
промежуточных
отходов в качестве вторичного
сырья для получения других
продуктов в данном производстве,
внутри отрасли или в смежных
областях.
9

10.

Замкнутое безотходное производство (Первый тип)
Уравнения массообмена для этого типа производства:
mc – масса сырья; m(к.пр)1 – масса конечного продукта на 1, 2,
…n –й стадиях переработки; mотх – масса отходов на 1-й, 2-й
стадиях переработки.
10

11.

Типы организации безотходных производств
Производство, возвращающее в ОС отходы в природном
состоянии (Второй тип).
- газы очищаются до состава атмосферного воздуха, сточные
воды — до состава воды природных водоемов, твердые
отходы — до безвредного состояния в литосфере,
компоненты, извлекаемые из отходов и обычно не
присутствующие в биосфере, идут на утилизацию (полезное
использование).
При этом концентрации отходов и фоновая равны:
Сотх= Сфон
При таком типе производства на стадии переработки сырья
образуются конечные продукты и отходы, масса которых не
равна нулю:
11

12.

Типы организации безотходных производств
Производство, возвращающее в ОС отходы в природном
состоянии (Второй тип).
Стадия переработки отходов
математической зависимостью:
выражают
следующей
где mотх у – масса утилизированных отходов.
После поступления в окружающую среду состав отходов существенно не
меняется во времени, при этом дmi =0
дt
так как mi≈const (mi – масса каждого компонента в составе
перерабатываемых отходов).
12

13.

Схема незамкнутого производственного процесса без очистки
отходов
А — сырье, энергия; В — вода, воздух; С — отходы;
А — С — готовая продукция; В + С — загрязненный поток
13

14.

Типы организации безотходных производств
Безотходное производство, которое предполагает возврат
отходов для переработки в природных условиях (Третий тип).
Схема незамкнутого производственного процесса с очисткой отходов до ПДК:
D — часть отходов С, выделенных из потока, прошедших очистку
и являющихся вторичным сырьем, входящим в общий поток А;
(А + D) - С — готовая продукция; С— D — количество загрязнений,
поступающих с потоком В в окружающую среду.
14

15.

Безотходное производство, которое предполагает возврат
отходов для переработки в природных условиях (Третий тип).
Уравнение материального баланса:
A+B=(A-C)+(B+C)
Материальный баланс потоков:
(A+D)+B=[(A+D)-C]+(B+C)- производство
(B+C) =[B+(C-D)]+D - очистка
Условие очистки :
C-D ≤ ПДК
B
(B+C)= B+D – очистка
D=C (но смысл D и C – различны)
15

16.

Схема замкнутого производственного процесса с полной очисткой
отходов
C-D - загрязнения, поступающие с потоком В в окружающую среду
16

17.

Типы организации безотходных производств
Главное
требование
экологизации
производства
—
рециркуляция, что сокращает потребности в потоке В (вода и
воздух).
Однако нереально полностью очистить поток В, поэтому часть
его, идущая после стадии очистки вновь в производство,
обозначим как Е. Тогда доля потока чистой воды и воздуха
становится на Е меньше, т.е. равен (В - Е), а поток Е, смешиваясь
с первоначальным потоком (В - Е), компенсирует потери.
17

18.

Экологическая прочность
Любой объект природы обладает определенным запасом
экологической
прочности,
определяющим
меру
его
сопротивления внешним, привходящим воздействиям и
нагрузкам. Превышение этих нагрузок в локальном масштабе
создает эффект «экологически точечного прокола» в защитной
функции объекта биосферы.
По мере увеличения масштаба таких локальных перегрузок все
большее количество объектов биосферы вовлекается в процесс
антагонистически связанного развития в границах создаваемых
природно-технических
экосистем.
Это
обстоятельство
обусловливает
первую
фазу
качественно-количественных
превращений (сдвига) в глобальной экосистеме «человек —
продукт трудовой деятельности — природа».
18

19.

Принципы позволяющие реорганизовать индустриальное
производство в экологически чистое (замкнутое) производство:
1) системность (основной принцип): каждый отдельный процесс
или производство рассматривается как элемент динамичной
системы — всего промышленного производства в регионе и на
более высоком уровне — как элемент эколого-экономической
системы в целом, включающей кроме материального производства
и другой хозяйственно-экономической деятельности человека
природную среду, а также человека и среду его обитания;
2) комплексность использования ресурсов: максимальное
использование всех компонентов сырья и потенциала
энергоресурсов. Практически все сырье является комплексным, и
в среднем более 1/3 сырья составляют сопутствующие элементы,
которые могут быть извлечены только при его комплексной
переработке;
19

20.

Принципы позволяющие реорганизовать индустриальное
производство в экологически чистое (замкнутое) производство:
3) цикличность материальных потоков: замкнутые водо- и газооборотные
циклы, комбинирование и кооперация производств, создание
территориально-промышленных комплексов, разработка и выпуск новых
видов продукции с учетом требований ее повторного использования;
4) ограничение воздействия производства на окружающую природную и
социальную среду с учетом планомерного и целенаправленного роста его
объемов и сохранения природных и социальных ресурсов (атмосферный
воздух, вода, поверхность земли, рекреационные ресурсы, здоровье
населения) на основе эффективного мониторинга, развитого
экологического нормирования и управления природопользованием;
5) рациональность организации: разумное использование всех
компонентов
сырья,
максимальное
снижение
энергетических,
материальных и трудовых затрат, поиск новых экологически
обоснованных сырьевых и энергетических технологий для снижения
отрицательного воздействия на окружающую среду и нанесения ей
ущерба.
20