КАК РАЗЛОЖИТЬ ПО ПОЛОЧКАМ МЕТАЛЛЫ

Институт металлургии УрО РАН — своего рода рекордсмен по получению самых престижных отечественных научных наград: его сотрудники были удостоены шести Государственных премий и шести Премий Правительства РФ. В этом году ученый-металлург, директор ИМЕТ УрО РАН, доктор технических наук Е.Н. Селиванов, как уже сообщала «НУ», стал лауреатом Премии Правительства РФ в области науки и техники за 2014 г. в составе авторского коллектива, разработавшего и внедрившего на ОАО «Челябинский цинковый завод» комплексную ресурсоэнергосберегающую технологию и аппаратуру для утилизации техногенных отходов черной и цветной металлургии с извлечением цинка, свинца, олова, меди и железа в товарные продукты. Конечно, решить такую сложнейшую задачу стало возможным благодаря объединению усилий специалистов различного профиля. Ядро авторского коллектива составили производственники во главе с руководителем работы начальником инженерного центра ОАО «ЧЦЗ» доктором технических наук П.А. Козловым, а в его «академическое крыло» вошли также директор Института экономики УрО РАН академик А.И. Татаркин и зав. лабораторией физикохимии и технологии переработки железорудного сырья Института металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН кандидат технических наук В.Г. Дюбанов.
«Пыльный» ком
Необходимость разработки новой технологии утилизации техногенного сырья была продиктована не только растущими потребностями отечественной промышленности в цинке, свинце, олове, меди, железе и других ценных металлах, но и колоссальным скоплением отходов на предприятиях металлургического комплекса России. Их уже более миллиарда тонн: 500 миллионов приходится на черную металлургию, 800 — на цветную.
На пресс-конференции, состоявшейся 16 марта в ИА Интерфакс-Урал, один из лауреатов правительственной премии член Совета директоров ОАО «ЧЦЗ» доктор технических наук А.М. Паньшин отметил, что объем техногенных отходов стал расти, как снежный ком еще со времен распада СССР. Тогда прервались производственные связи между бывшими союзными республиками, отходы стало невозможно переработать и их складировали там, где они образовались.
Цинкосодержащие отходы насчитывают сотни тысяч тонн. Основные их источники — переделы автогенной плавки сульфидного медно-цинкового сырья и конвертирования штейнов, а также электроплавки стали. Это токсичные пыли 2–4 классов опасности, которые накапливались в отвалах и шламонакопителях. Ежегодный объем цинка в отходах предприятий Урала и Севера РФ составляет 100 тыс. тонн — 40% от выпуска этого ценного металла в стране. И еще цифры: для извлечения цинка за рубежом используют 30% образующихся отходов, в России — всего лишь 4%.
До последнего времени пыли медеплавильных и сталеплавильных производств у нас не перерабатывали из-за их сложного химического и минерального составов, которые существенно отличаются от рудного сырья, а также из-за отсутствия технологии, позволяющей извлечь из них ценные металлы. Совершенно очевидно, что без фундаментальной научной составляющей такую технологию разработать было невозможно.

Научный вклад
О базовой научно-технической идее, заложенной в основу отмеченной правительственной премией разработки, рассказал доктор технических наук Евгений Николаевич Селиванов.
— Если говорить сугубо научным языком, эта идея заключается в дистилляционном разделении элементов поликомпонентных оксидных систем в восстановительных условиях. Иными словами, нужно было научиться все ценные металлы «раскладывать по полочкам». Для этого проведены физико-химические исследования, включающие металлургическую оценку сырья, изучение термических свойств тонкодисперсных отходов и особенностей фазообразования при нагреве в окислительной и восстановительной средах с флюсующими добавками, свойств и составов полученных продуктов. Результаты этих исследований опубликованы в 59 научных работах, в том числе в четырех монографиях и использованы для разработки проектно-сметной документации и конструкции оборудования, обоснования режимов его работы и сопряжения всех процессов разветвленной технологической схемы. Ноу-хау запатентованы в технологии — это методология пиро-гидрохмической переработки пылей, позволяющая перевести цинк, медь, олово, свинец, железо в самостоятельные продукты, пригодные для выделения чистых металлов; методика селективной отгонки компонентов; метод паро-окислительного вельцевания сырья; методика регулирования фазообразования за счет термического и реагентного воздействия на обрабатываемый материал. Режимные параметры переделов — температура, продолжительность обработки, расходы энергоносителей, флюсов, реагентов и восстановителя — отрабатывались в ходе экспериментального моделирования, масштабирования процессов и промышленных испытаний. Технология защищена двадцатью патентами РФ.

Оптимальное решение
Технологическую схему переработки цинкосодержащих пылей представил начальник инженерного центра ЧЦЗ доктор технических наук Павел Александрович Козлов:
— Процесс вельцевания применяется в металлургическом производстве уже более 100 лет, но с тех пор он претерпел кардинальные изменения. Собственно, прежним остался только принцип действия агрегатов, а сырье и реагенты совершенно другие. Наша вельц-печь работает на техногенных отходах. Основные их поставщики — ОАО «Урал-электромедь», ОАО «Северсталь», ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат», ООО «Оксид», ООО «Инсталь» и др. Сырье тщательно готовят к переработке, что исключает потери материалов и обеспечивает эффективность последующих пирометаллургических переделов.
Реализованные технические решения имеют немало достоинств. Так, процесс пароокислительного вельцевания полиметаллических отходов обеспечивает извлечение 99% цинка, 98% свинца, 93% олова, что на 4% выше известных аналогов даже для рудного сырья. Благодаря оптимальной конструкции вельц-печей, котла-утилизатора и фильтров запыленность отходящих газов снижена до 0,4–0,7 мг/м3 (евростандарт — 5 мг/м3), а степень очистки от галогенидов в два раза выше, чем у ведущих мировых компаний, в том числе в США. Рециклинг тепла газов и твердых продуктов с получением технологического пара дает двукратное снижение затрат на энергоносители в сравнении с лучшими зарубежными аналогами.
Технология универсальна, она позволяет перерабатывать пыли цветной и черной металлургии, отходы гальванических цехов, отработанные катализаторы, изгарь, при этом вредные элементы, например, хлор переводятся в малотоксичные соединения, которые можно потом использовать в черной металлургии и в строительстве, в частности дорожном. Неслучайно к нашим разработкам проявляют интерес в Германии, США, Болгарии, Бразилии и других странах.

Что получает потребитель
Прежде всего, конечно, высококачественный марочный цинк и его сплавы с сурьмой, никелем, магнием, алюминием, свинцом, которые используются для оцинкования труб, железного листа, кузовов автомобилей. На металлургические предприятия для последующей переработки поступают также другие ценные товарные продукты: концентрат свинцовый (а это электроды для аккумуляторов, защита от радиации), концентрат оловянный, медь- и железосодержащие клинкеры, переработка которых обеспечивает получение медной катанки, а также благородных металлов — золота и серебра.
Благодаря освоению новой технологии на Челябинском цинковом заводе ежегодно утилизируется 135 тыс. тонн техногенных отходов, из которых получают более 10 тыс. тонн металлического цинка и более 4 тыс. тонн свинца в концентрате. Сейчас на ЧЦЗ завершается строительство шестой вельц-печи. С вводом ее в эксплуатацию мощности завода увеличатся в 1,7 раза, соответственно объем производства цинка вырастет еще на 10 тыс. тонн. Технология внедряется также в ОАО «Электроцинк» (Владикавказ) и на вновь строящихся предприятиях.

Трезвый расчет и моральный эффект
Производственники не поскупились на внедрение новой технологии утилизации цинкосодержащих отходов — только на Челябинском цинковом заводе объем капитало-вложений в ее запуск составил около 1,5 миллиарда рублей, а на строительство новой вельц-печи предполагается потратить еще 500 миллионов. Чтобы пойти на такие расходы, нужно быть уверенным, что получишь отдачу.
Вот что сказал об этом Александр Иванович Татаркин, подготовивший экономическое обоснование новой разработки:
— Как уже говорилось, стимулом к созданию ресурсоэнергосберегающей технологии переработки отходов послужил дефицит цинка, свинца, меди и других необходимых промышленности металлов. Теперь металлургические предприятия будут обеспечены сырьем на долгие годы. Но чтобы продукт был востребован на рынке, в том числе на международном, стоимость производства должна быть приемлемой. Нужно было попасть в определенную ценовую категорию, ведь если выпускать пусть высококачественный, но дорогой цинк, на Лондонской бирже металлов его никто не купит.
Общий экономический эффект от внедрения разработки на Челябинском цинковом заводе в 2011–2013 гг. составил около 2,3 миллиардов рублей. Он включает и природоохранную составляющую. Так, экологический эффект, достигаемый за счет сокращения выбросов парниковых газов на 2 млн м3, освобождения площадей, занятых складированными отходами, предотвращения пыления, загрязнения грунтовых вод, составляет 800 миллионов рублей.
А еще, как отметили на пресс-конференции в ИА Интерфакс-Урал авторы разработки, помимо экономического и экологического она имеет и моральный эффект. Востребованность российской научной и инженерной мысли вдохновляет на создание новых перспективных технологий.

Е. ПОНИЗОВКИНА