CC BY
44
УДК 669.85:(662.75+544.55)
Г.Н. Разина*, И.Д. Трошкина, А.Э. Янкина, Н.С. Ушин
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125047, Москва, Миусская пл., д. 9
*га2та00@шаП.га
ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЦЕННЫХ ЦВЕТНЫХ И РЕДКИХ МЕТАЛЛОВ ИЗ УГЛЕРОДСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ТЕХНОГЕННОГО ХАРАКТЕРА
Данная статья показывает значимость проблемы использования углеродсодержащих материалов с целью полного и комплексного подхода к переработке отходов техногенного характера. Показана важность ценных цветных и редких металлов в мировом производстве высокотехнологичного оборудования.
Ключевые слова: редкие и рассеянные металлы, отработанные смазочные материалы, плазмохимия, экономическая эффективность.
Особый интерес и стратегическую важность для современного мирового промышленного производства, не говоря уже о будущем, представляет семейство химических элементов, известные как редкоземельные элементы (РЗЭ). Эти элементы и их химические соединения применяются в инновационных исследованиях и практических технологиях в металлургии, атомной энергетике, оптике, медицине, химической и стекольной промышленности, производстве телекоммуникационного
оборудования, электронике, лазерной технике и в других областях [1].
Уникальные физические и химические характеристики редкоземельных элементов делают их привлекательными для использования в ряде существующих и инновационных направлений производства. Например, сплавы некоторых РЗЭ являются главным компонентом сильных постоянных магнитов, остро востребованных в широком спектре высокотехнологичной продукции. Эти
направления конечного использования
варьируются от автомобильных катализаторов дожига выбросов из двигателей внутреннего сгорания до сотовых телефонов, дисплеев мониторов, микроэлектроники и медицинских приборов. РЗЭ также имеют огромное значение для производства оборонной продукции, реактивных двигателей и спутниковых систем [1].
Однако концентрация РЗЭ в рудах, как правило, настолько низка, что это ограничивает возможности экономически эффективного извлечения и обогащения этих веществ для переработки и их использования. Объемы добычи редкоземельных веществ во всем мире не превышают 140 тыс. т, а таких элементов, как лютеций, иттербий, диспрозий, вообще ежегодно производят около десятка килограммов.
Некоторые РЗЭ накапливаются в качестве побочного продукта добычи более
распространенной руды, содержащей, например, медь, золото, уран, фосфаты и железо [2].
В настоящее время в мире и в России отмечаются истощение запасов, ухудшение горногеологических условий разработки и экономико-географических условий эксплуатации многих месторождений металлических полезных ископаемых. Около половины разведанных месторождений с балансовыми запасами становятся условно рентабельными и даже нерентабельными для разработки. Эти обстоятельства свидетельствуют о необходимости комплексного освоения рентабельных
месторождений, а также о необходимости вовлечения в переработку отходов минерального сырья [2].
Переработка золо-шлаковых отходов на промышленном производстве может дать от одного до нескольких десятков тонн редких металлов в год [3 - 5]. Следовательно, попутные полезные компоненты углей можно считать перспективной минерально-сырьевой базой ряда ценных металлов (галлия, германия, ванадия, вольфрама, скандия), обеспечивающих часть потребности промышленности (угольного региона) региона, а также перспективными для экспорта.
Также интерес представляют и отработанные смазочные масла (ОСМ) как сырье для извлечения ценных цветных и редких металлов. В статьях [6,7] приведена экономическая оценка стоимости извлеченных ценных цветных и редких металлов в комплексе плазмохимической паровой конверсии ОСМ с целью получения товарных продуктов, таких как синтез-газ, сажа, с получением порядка 65 тонн ценных цветных и редких металлов стоимостью около 50 млн рублей при годовой мощности по сырью 90 000 тонн.
Практический интерес к комплексному использованию золы углей и ОСМ подкрепляется в последнее время совершенствованием и
созданием новых технологических схем обогащения и извлечения элементов. Например, с помощью метода выщелачивания можно извлекать золото, литий, ванадий, вольфрам, иттрий, редкоземельные и др. элементы. Так, из золо-шлаковых отходов энергетических бурых углей извлекается до 40-67% титана, 45-77% бериллия, 70-87% меди, 50-81% марганца, 7484% мышьяка, 48-60% ванадия и 62-83% галлия [5], а из ОСМ могут быть извлечены такие ценные металлы как таллий, галлий и в комплексе могут быть извлечены медь, цинк и свинец [6,7].
Одним из вариантов развития наукоемких малых предприятий является создание компактных производств по переработке техногенных отходов и извлечению из них ценных металлов. Эти производства могут работать в составе крупных горно-металлургических компаний на основе кооперации технолого-экономических связей между ними и энергетическими предприятиями. Таким образом, малые предприятия получат инновационные возможности для внедрения современных методов извлечения металлов из техногенных месторождений [4].
Перспективность производства и его конкурентоспособность по извлечению металлов из техногенных отходов можно наглядно продемонстрировать с помощью метода последовательного размещения производства (т.н. технологических цепочек) [8], а также с помощью применяемого в экономической теории «правила ромба».
С помощью метода технологических цепочек можно сравнить традиционный путь получения конечного продукта (металлов и металлоизделий) из рудных месторождений и из отходов переработки руд (техногенных месторождений).
Себестоимость получения металлов традиционным путем, включая затраты начиная от геологоразведочных работ вплоть до получения металлов и металлоизделий, будет несомненно выше, чем при использовании (переработке) техногенных отходов. На общую величину затрат оказывает влияние не только большее количество технологических стадий, но и значительный объем работ. Затраты на создание комплекса по извлечению ценных металлов из техногенных
Получение конечного продукта из руды включает четыре звена переработки - добычу (получение из горной масс руды); обогащение (получение из руды концентрата); производство из концентрата промежуточного продукта. Получение металлов и металлоизделий из золо-шлаковых отходов включает два этапа - извлечение из отходов промежуточных продуктов, а затем получение из промежуточных продуктов конечных продуктов. При подобном подходе на каждом этапе сравниваются следующие годовые показатели -себестоимость, объем капиталовложений, годовая мощность (производительность), концентрация полезного компонента. При этом величины себестоимости и капиталовложений поэтапно суммируются.
В таблице 1 представлена экономическая оценка способов получения цветных и редких металлов. Разница в затратах способов получения металлов значительна. Во внимание также не принят тот факт, что затраты присутствуют еще до самой добычи металлов на стадии геологической разведки и разработки месторождений.
Расчет суммарной себестоимости по технологической цепочке производится по формуле:
Б1 = ^(Б0 + а1 + А1), где Б0 - себестоимость добычи руды: Б1 -себестоимость обогащения: а - затраты на обогащение на месте: I1 - расстояние транспортировки руды до места обогащения: I -тариф перевозки 1 т груза (примерно 10 $ на т км до 1000 км): £о, Г1, Г2, Г3 - коэффициенты расхода вещества, поступившего на вход, на единицу сырья и продукта на выходе. Они рассчитываются на основе величины извлечения металлов из руды или концентрата.
отходов будут на порядок ниже, при этом годовая мощность производства возрастает.
Поскольку в Российской Федерации прогнозируется рост внутреннего потребления редких и цветных металлов, такая разнообразная продукция (производимая в небольших объемах) будет всегда востребована. Меньший уровень капитальных вложений и годовых затрат, сопоставимые концентрации полезных
компонентов в исходном сырье (в рудах и в золе углей) также подтверждают эффективность такого
Таблица 1 Экономическая оценка сравнения способов получения цветных и редких металлов [2]
Способ получения Коэффициенты расхода вещества Затраты на обогащение Тариф транспортировки Общая себестоимость
Традиционный -цветные Г1 = 1,2 Г2 = 1,5 Г3 = 1,5 2200$ 10$ на т/км 3945$
- редкие Г1 = 1,5 Г2 = 2,0 Г3 = 2,0 100000$ 10$ на т/км 2002315$
Нетрадиционный -цветные и редкие Г2 = 2,0 Г3 = 2,0 20000$ 10$ на т/км 40060$
производства. Кроме того, при переработке техногенных месторождений улучшается экологическая ситуация.
Чрезвычайно важно, что создание новых производств по обогащению, выпуску материалов с применением и на основе РЗЭ позволяет сформировать в российской экономике, в том числе в восточных районах страны, устойчивые и
эффективные кооперационные связи между северными и южными регионами, дать дополнительный импульс для перехода экономики от производства и экспорта необработанных сырьевых материалов и энергоресурсов к созданию современных высокотехнологичных продуктов [1].
Разина Галина Николаевна к. т.н., в. н. с. кафедры химической технологии углеродных материалов РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Трошкина Ирина Дмитриевна д.т.н., профессор кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе. РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Янкина Алина Эдуардовна студентка 3 курса кафедры технологии редких элементов и наноматериалов на их основе. РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Ушин Николай Сергеевич аспирант 1 года кафедры технологии основного органического и нефтехимического синтеза РХТУ им. Д. И. Менделеева, Россия, Москва
Литература
1. Крюков В. А., Толстов А.В., Самсонов Н.Ю. Стратегическое значение редкоземельных металлов в мире и в России. - Электронный ресурс: http://dnevniki.ykt.ru/ivanshamaev/544301 дата обращения 15.05.2014 года.
2. Салихов В. А.. Перспективы извлечения ценных цветных и редких металлов из золо-шлаковых отвалов энергетических предприятий Кемеровской области. Научная редакция «Экономика». 2009. - С. 163-168
3. Краснов О.С., Салихов В.А. Перспективы производства дефицитных цветных и редких металлов из угольных отходов в Кузбассе // Цветные металлы. 2007.- № 8. -С. 8-11.
4. Салихов В.А. Научные основы и совершенствование геолого-экономической оценки попутных полезных компонентов угольных месторождений (на примере Кузбасса). 2-е изд. перераб. и доп. Кемерово: Кузбассвузиздат, 2008.- С. 249.
5. Туркин В.А. Потенциальная металлоносность углей Кузбасса // ТЭК и ресурсы Кузбасса. 2001.-№ 2.- С. 91-96.
6. Разина Г.Н., Ушин Н.С., Цеков О.О. Оценка целесообразности извлечения ценных цветных и редких металлов из шлаковых остатков плазмохимической переработки отработанных смазочных масел// Успехи в химии и химической технологии, Том XXVII/ - C. 61-65.
7. Разина Г.Н., Ушин Н.С., Цеков О.О. Разработка принципиальной технологической схемы плазмохимической переработки отработанных масел// Успехи в химии и химической технологии, Том XXVII/ - C. 68-72.
8. Шалмина Г.Г., Загарин А.В., Татаренко В.И. и др. Территориальные основы управления. Ч.2. Системный подход к разработке территориальных основ: Учебное пособие / под ред. Г.Г. Шалминой; СГГА. - Новосибирск, 2003. - С. 335.
Razina Galina Nikolaevna*, Troshkina Irina Dmitriyevna, Yankina Alina Eduardovna, Ushin Nikolay Sergeyevich
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia.
e-mail: *razina00@mail.ru
ECONOMIC ASSESSMENT OF THE FEASIBILITY OF EXTRACTION NONFERROUS AND RARE METALS FROM CARBON WASTE MAN-MADE
Abstract:
This article shows the importance of the problem of the use of carbonaceous materials with a complete and integrated approach to waste man-made disasters. The importance of non-ferrous and rare metals in world production of high-tech equipment.
Key words: rare and trace metals, waste lubricants, plasma chemistry, economic efficiency.
