Рассказать об основах экологии в металлургии. Охрана водных и воздушных бассейнов. Основная часть

Очистка сточных вод
Металлургия является одним из крупных потребителей воды. Очистка сточных вод обогатительных фабриках и металлургических заводов производится с целью получения оборотных вод, из которых удалены вредные для технологии примеси (грубодисперсные частицы, флотореагенты, ионы различных металлов и др.). Характеристика сточных вод зависит от состава перерабатываемых руд и применяемой руд и применяемой технологии. Для обезвреживания сточных вод применяется следующие методы: механические, химические, физико-химические и биологические.
Механические методы очистки сточных вод самые простые, они осуществляется в отстойниках и хвостхранилищах путем отстаивания и фильтрации (для очистки от нефтепродуктов). В результате механической очистки можно получить степень осветления, 90-95 %. ПДК для оборотной воды по твердому примесям- 10-15 мг/л. площадь современных хвостохранилищ составляет 3-20 км², глубины – 20-150 м, объем – 60-3000 млн.м³. при правильной эксплуатации хвостохранилищ, при увеличении времени пребывания сточных вод в них до 20-30 суток, использовании вторичных отстойных прудов для доочистки стоков, покрытии поверхности прудов тростником, рогозом можно добиться очень высокий естественный очистки сливов хвостохранилищ от токсичных веществ.
Химические методы. За счет реакций осаждения, окисления, разложения происходит превращение токсичных примесей в менее токсичные. Основными методами химической очистки сточных вод является нейтрализация и окисление. Из методов нейтрализации в цветной металлургии наиболее распространен метод известкования, к окислительным методом относится в основном хлорирование и озонирование.
Химическая очистка может применяться как самостоятельный метод перед подачей сточных вод в систему оборотного водоснабжения, а также перед спуском их в водоем. Химическая очистка в ряде случаев целесообразна (в качестве предварительной) перед биологической и другими методами очистки. Химическая очистка применяется также как метод извлечения различных цветных металлов из сточных вод.
Нейтрализация применима для сточных вод, имеющих рН <6,5 и >8,5. Для нейтрализация минеральных кислот чаще всего использует известь в виде пушонки или известкового молоко (гашеной извести Са(ОН)₂). Метод известкования позволяет попутно переводить в осадок в виде гидроксидов такие металлы, как Zn, Pb, Cu, Cr, Cd. Гидроксиды многих металлов ускоряют процесс осаждения твердых многие токсичные вещества, в том числе керосин (степень очистки от керосина составляет ~ 70%). Иногда для нейтрализации применяют карбонаты кальция или магния в виде суспензии. Существенным недостатком метода нейтрализации серной кислоты известью является образование пересыщенного раствора гипса СаSО₄, что приводит к забиванию трубопроводов и аппаратуры.
Химическое осаждение сводится к связыванию ионов, подлежащих удалению, в малорастворимые соединения. Ионы Cr (III), Zn, Pb, Cu и Cd образует со щелочами труднорастворимые соединения – гидроксиды. Ионы свинца и меди можно осаждать не только в виде гидроксидов, но и в виде гидроксокарбонатов с помощью известняка СаСО₃ и доломита CaMg(CO₃)₂ по реакции:
2Cu²⁺ + CO₃^2- + 2OH^- Cu(OH)₂CO₃.
Для осаждения мышьяка могут быть использованы соли двух – и трехвалентного железа по реакции
2AsS₂ + Fe²⁺As₂S₃ + FeS.
Обезвредить сточные воды от фтора можно, обработав их известняком или известковым молоком,
Na₂SiF₆ + CaCO₃CaSiF₆ + Na₂CO₃,
CaSiF₆ + CaCO₃3CaF₂+ SiO₂ + 2CO₃,
2HF + Ca(OH)₂CaF₂+H₂O.

Соединения фтора переходят в труднорастворимый фторид кальция.
Хлорирование – один из самых распространенных способов очистки сточных вод от цианидов, сероводорода и др. Окисление токсичных цианидов жидким хлором производится только в щелочной среде (рН>9…10) путем перевода цианид – ионов CN^- в нетоксичные цианаты CNO^-, которые затем гидролизуется с образованием ионов аммония и карбонатов.
CN^- + 2OH^- + Cl₂CNO^- + 2Cl^- + H₂O,
CNO^- + 2H₂ONH₄⁺ + CO₃^2-.
Более надежным и экономически целесообразным методом является окисление цианидов гипохлоритом CaOCl и хлорной известью CaOCl₂ в щелочной среде (рН 10…11):
CN^- + OCl^-CNO^- + Cl^-.
Реакция протекает полностью за 1-3 мин. Образующиеся цианаты постоянно гидролизуются. В растворах, содержащих цианид – ионы и медь, одновременно могут присутствовать комплексные цианиды меди Cu(CN)₂]^-, [Cu(CN)₃]^2- и [Cu(CN)₄]^3-, окисления которых гипохлоритом проходит с образованием CNO^-, Cl^- и Cu(OH)₂. При окислении токсичного комплекса цианида цинка [Zn(CN₄)]^2- образуется CNO^-, Cl^- и Zn(OH)₂:

[Zn(CN₄)]^2-+ OCl^- + ОН^-  CNO^- + Cl^- + Zn(OH)₂.

В связи с высокой стоимостью хлорагентов в цветной металлургии применяются в основном гипохлоритная пульпа титано-магниевых комбинатов и жидкий хлор.
Хлорная известь используется для очистки от ксантаногента слива хвостахранилища некоторых комбинатов.
Озонирование является конкурентоспособным методом по отношению к хлорированию, хотя он и дороже, и даже по отношению к биологической очистке, так как позволяет разрушить загрязняющие вредные примеси, не поддающиеся окислению биохимическим методом. Установлено, что озон особенно эффективен при очистке сточных вод, загрязняющие различными органическими растворителями, цианидами, сероводородом, сернистыми соединениями, фенолами, нефтепродуктами. Озон обладает высокой окислительной способностью. Поскольку озон – нестойкий газ, хранить его и транспортировать нерационально. Более целесообразно получать озон на месте его применения (через источник тлеющего разряда пропускают атмосферный воздух). Относительно большие капитальные затраты на озонирующую установку быстро окупаются – процесс прост и относительно безопасен, несложен в эксплуатация, продукты озонирования не ядовиты. Недостаток метода состоит в том, что озон и его водные растворы разрушают медь, сталь, чугун, резину, эбонит. Поэтому все элементы озонирующих установок и трубопроводы, контактирующие с озоном, должны изготавливаться из нержавеющей стали и алюминия. Чаще всего для более глубокой очистки промышленных сточных вод озонирование применяется в сочетании с другими методами, например с сорбцией и биологической очисткой.