Рециклинг черных металлов. (Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов черной металлургии). Черноусов Павел Иванович.

Аннотация.

Изложена методология анализа рециклинга и элементопотока черных металлов в техносфере исходя из новой парадигмы развития черной металлургии, базирующейся на принципах Инициативы 3R и экологически чистого производства. Разработана имитационная модель рециклинга железа и выполнены исследования экологических сценариев развития черной металлургии в первой половине 21-го века. Предложены методика анализа фазовых превращений элементов – микропримесей в доменном процессе и методика определения мощности техногенных месторождений в металлургических регионах. Описаны оригинальные технологические схемы переработки техногенных образований на базе шахтных печей. Рассмотрены особенности рециклинга вторичных ресурсов нового поколения: автомобилей и электронных и электробытовых приборов.

Книга предназначена для научных и инженерно-технических работников, студентов технических вузов, а также читателей, интересующихся проблемой устойчивого развития современной индустриальной цивилизации.

Введение.

Наступившее тысячелетие окончательно утвердило глобальный подход к оценке эффективности использования и управлению вторичными ресурсами, важнейшими из которых являются ресурсы вторичных металлов. В последнее десятилетие активно разрабатываются теоретические основы организации рециклинга как необходимой составной части экологически чистого производства. Получили развитие инновационные концепции «Общества рециклинга» («общества с оборотным использованием ресурсов»), «Экогорода», «Экопродукта», «Экокомбината», «Венозного потока вторичных сырьевых материалов». Их реализация осуществляется на базе передовых научных разработок динамических математических моделей жизненного цикла изделий с использованием методологии «экологических сценариев».

В передовых индустриальных странах (ЕС, Японии, США) приняты законы, нормирующие методы переработки автомобилей, электробытовых и электронных (ЭЭО), упаковочных, строительных и пищевых вторичных ресурсов. Таким образом, законодательно закладывается фундамент экономической системы ориентированной на рециклинг. В качестве приоритетных подходов в отношении вторичных ресурсов упомянутые законы определяют: 1) оборотное использование (recycling); 2) утилизацию (reuse), в том числе тепла; 3) восстановление вторичных материалов (recovery); 4) ограничение образования и безопасное для окружающей среды и человека депонирование отходов (reduce). Ключевыми принципами экологически чистого производства (ЭЧП) являются ресурсосбережение, обращение с отходами, снижение выбросов в окружающую среду и рециклинг. Эти принципы являются основополагающим понятием при обучении, как в технических, так и в гуманитарных вузах.

В основу инновационной концепции экогородов положена методология глобального рециклинга техногенных материалов. Среди типовых экогородов Японии особое место заняли города, системы оборотного использования ресурсов которых базируются на металлургических технологиях. Для реализации концепции экогородов на базе металлургических технологий организован «Специальный комитет по изучению перспектив экотехнологии в металлургии». В разработанной комитетом стратегии развития технологий рециклинга отмечается, что металлургия представляет собой технологический комплекс, в котором представлены многочисленные специальные области, включая технологию металлов, материаловедение, машиностроение, электротехнику, информационные технологии. Металлургические процессы отличаются большой энергетической и материалоемкостью, и отрасль в целом располагает уникальными возможностями с точки зрения использования в качестве вторичного сырья отходов других производств. Общественная система рециклинга, использующая в качестве основы металлургические технологии и инфраструктуру, получила название «экокомбината». Совершенствование экокомбинатов уже в ближайшем будущем потребует существенной модернизации металлургических технологий. Естественным этапом создания общества с оборотным использованием ресурсов стало формирование и законодательное оформление инфраструктуры транспортной системы рециклинга получившей название «Венозного потока вторичных сырьевых материалов».

Рециклинг является ключевым понятием в охране окружающей среды в металлургии. Производство металлов от обогащения сырья и по всем последующим переделам является процессом, для которого требуются большие количества сырьевых и вспомогательных материалов. Рециклинг представляет собой стратегию, позволяющую справиться с большими потоками материалов и связанными с этим факторами воздействия на окружающую среду.

Современные центры рециклинга, которые функционируют во многих регионах мира, особое внимание уделяют проблеме переработки сложного лома и смешанных отходов цветных металлов, а также мелкодисперсных отходов шредирования. Для их решения организуются специальные международные проекты под эгидой ООН. Например, в 2007 году начал разрабатываться проект «StEP» (Solving the E-waste Problem — решение проблемы электронного мусора).

Для технологов – металлургов особую актуальность и научный интерес представляют вопросы промышленной переработки вторичных ресурсов в соответствии с принципами экологически чистого производства, с учетом миграции в их составе загрязняющих металл элементов – «вагантов». Это, в частности, требует разработки новых принципов управления потоками лома, как черных, так и цветных металлов.

«3R» - три приоритетных направления «Индустриального общества циркуляционного типа» - reduce, reuse, recycling. «Recycling» - оборотное использование, «Reuse» -повторное использование, «Reduce» -переработка, утилизация, в последнее время часто добавляют «четвертое R» - «Recovery» - восстановление.

StEP – “Solving the E-waste Problem” — решение проблемы электронного мусора

ЕР - «end-of-pipe» - «на конце трубы»

ESID – «Ecologically sustainable industrial development» - устойчивое экологически безопасное промышленное развитие

TRI – «Toxic Release Inventory» - Кадастр токсичных выбросов, США

EPA – «Environmental Protection Agency» - Управление охраны окружающей среды, США

МАСТ - «Maximum achievable control technology» - максимально достижимая технология охраны окружающей среды

ВРТ – «Best practicable control technology currently available» лучшая из возможных технологий

ВАТ – «Best available technology» - лучшая из осуществленных на практике технологий

BREF – «Best available techniques reference» - Ссылка на наилучшие имеющиеся технологии

IPPC – «Integrated Prevention and Pollution Control» - Комплексное предупреждение и регулирование загрязнений (Директива 96/61/ЕС)

WFD – «Waste Framework Directive» - Рамочная директива ЕС по отходам

ELV – “Emission Limit Value” - предельные величины выбросов во все природные среды, Директива 96/61/ЕС

PI – «Prevention Integrated Technology» - мероприятия по охране окружающей среды, «встроенные» в технологический процесс

«TA-Luft» - «Technische Anleitung zur Reinhaltung der Luft» - нормативное положение ЕС по защите воздушного бассейна

«UVP – GVP» - концепция аудиторской проверки технологий и производств на совместимость: с окружающей средой – UVP - «Umweltverträglichkeitsprüfung» и требованиями здоровья – GVP, составная часть международной серии стандартов ISO-14000.

PRTR – «Pollutant Release and Transfer Registers» - регистр выбросов и переноса загрязнителей (Япония)

EBRD – «European Bank for Reconstruction and Development» - Европейский Банк реконструкции и развития (ЕБРР).

EMAS - «Community ecomanagementand audit scheme» - О добровольном участии предприятий в системе экологического менеджмента и аудита (Директива ЕС 1836/93)

ISWA – «International Solid Waste Association» - Международная ассоциация по переработке твердых отходов

BIR – «Bureau International Recycling» - Международное бюро по рециклингу отходов

BDSV е. V. – «Bundesvereinigung Deutscher Stahlrecycling und Entsorgungsunternehmen e.V» - Федеральное объединение немецких предприятий по рециклингу лома черных металлов и избавлению от отходов

DSD – «Dual System Deutschland» – «Немецкая двойная система», занимающиеся утилизацией и сепарацией упаковочных отходов

EWC – «European Waste Catalogue» - Европейский каталог отходов (Директива ЕС 94/3/ЕС)

HWL – «Hazardous Waste List» - Перечень опасных отходов (Директива 94/904/ЕС)

ELV – «End of Life Vehicle» Директива ЕС по утилизации отслуживших автомобилей 2000/53/ЕС

IPP – «Integrated Product Policy» - «интегрированная политика производства продукта», устанавливающая экологические стандарты изделий с учетом всего жизненного цикла изделия (ЖЦИ)

NSB – «New Steel Body» - проект сверхлегкого автомобильного кузова компании ThyssenKrupp Stahl AG

ULSAB – «UltraLight Steel Auto Body» - сверхлегкий стальной кузов автомобиля.

AHSS – «Advanced High Strength Steels» - «многофазные стали», эффективные высокопрочные стали, которые обладают повышенным уровнем прочности при хороших пластических свойствах

REACH – «Registration, Evaluation, Authorization and Restriction of Chemicals» - Регламент по Регистрации, Оценке, Уничтожению и Ограничению Химических веществ

EINECS – «European Inventory of Existing Commercial Chemical Substances» - база данных предварительной регистрации опасных веществ в рамках регламента REACH.

«cradle to gate» - «от колыбели до могилы» (от истока до выхода) - методика расчета затрат различных ресурсов на технологические процессы

LCA – «Life Cycle Analysis (Assessment)» - «Анализ жизненного цикла изделия» (оценка жизненного цикла)

LCI – “Life Cycle Inventory Analysis” — анализ - инвентаризация жизненного цикла

IISI – «International Iron and Steel Institute» - Международный институт черной металлургии

VDEh – «Verein Deutscher Eisenhüttenleute» - Общество немецких металлургов

DUX - итоговый индекс, характеризующий состояние окружающей среды, предложенный Комиссией ООН по устойчивому развитию для макроэкономических систем отчетности.

CSR – «Corporate Social Responsibility» - «корпоративная социальная ответственность» -составная часть концепции экокомбината для передовых предприятий Европы

USGS - «Mineral Commodity Summaries» - Геологическая служба США

NMAB – «National Materials Advisory Board» - Национального консультативного совета по материаловедению

OTA – «Office of Technology Assessment» - Бюро технической оценки проектов при Конгрессе США

Ulcos – «ultra low С0₂ steelmaking» — производство стали со сверхнизким объемом выбросов С0₂ (программа международного института черной металлургии)

IPM – «Impact Pathway Methodology» - методология последовательности воздействия

Содержание.