Сирек металдар өндірісінің экологиялық мәселелері

Сирек металдар өндірісінің экологиялық мәселелері әдетте ауа мен суды ластаудан және қауіпті қалдықтар түзілуімен ерекшеленеді. Өндіріс орындарында су тазарту кешендері бар және суды пайдалану тұйықталған, әйтсе де белгілі бір айналымда ақаба сулар өндірістік тазартудан өткеннен соң, құрамы өндірістен шығаруға рұқсат етілген суға арналған нормативтерге сай етіліп сыртқы ортаға тасталынады.
Сыртқы ортаға шығарылатын ақаба суы – шаймалаудан қалған сулар, әдетте бұлардың көлемі өте көп. Бұл сулар табиғи су көздері және топырақты ластауы мүмкін.
Пирометаллургиялық процестерде атмосфералық ауаға шығарылатын газдар тазарту жүйелерінен өткізіледі, майда шаңдар фильтрлерде ұсталынады.
Сирек металдар өндірісінің атмосфералық ауаға тасталынатын зиянды қалдықтары:
- күкірт диоксиді \(\small \text{SO}_2\), күкірттің басқа қосылыстары және қышқыл газдар;
- азот оксиді \(\small \text{NO}_x\) және оның қосылыстары;
- металдар және олардың қосылыстары;
- хлор, \(\small \text{HCl}\), \(\small \text{CO}\);
- ұшқыш органикалық қосылыстар және тетрахлорбензодиоксин/полихлорланған дибензолфуран;
- шаңдар, тозаңдар.
Қалдықтардың түзілуі қолданыстағы технологияларға байланысты (5.1-кестені қараңыз). Технологиялық көздерге мыналар жатады:
- транспорттық тасымал, тиеу/түсіру және шикізатты дайындау;
- күйдіру/жентектеу және күкірт қышқылды қондырғылар (көптеген қалдықтар алдын-ала жоспарланбаған жұмысты тоқтату кезінде бөлінеді);
- пирометаллургиялық операциялар: ұшырынды, балқыту, рафинирлеу;
- гидрометаллургиялық операциялар: шаймалау, экстракция, сорбция, тазарту, кристалдау, электролиз;
- механикалық өңдеу: ұсақтау, ұнтақтау, кесу, грануляциялау;
- метал балқымасын құю.
Көрсетілгендерден басқа ластаушы заттар сирек металдар өндірісінде аса маңызды емес, өйткені олардың концентрациясы аз, ерітінділер бірден бейтараптандырылады. Сирек металдар өндірісінде олардың тауарлы өнімге шығымын арттыру үшін ерітінділер бірнеше мәрте технологиялық айналымға түседі.

5.1-кесте. Сирек және сирек жер металдары өндірісінің атмосфераға тасталынатын қалдықтардың маңыздылығы

Ком-понент Күйдіру және басқа да пирометал-лургиялық процестер Шаймалау және тазарту Электролиз Механи-калық өңдеу Балқыту, күю, т.б Күкірт қышқылды қондырғы
Күкірт оксиді, сульфат-тар **(1) * **(қышқыл булары) * * ***
Азот оксиді *(1) Км Км Км Км *
Шаң және металдар ***(1) * * *** *** Км
Хлор, хлоридтер, үшкіш органикалық хлоридтер *(1) * Км Км Км Км

Технологиялық қалдықтардан басқа ұйымдастырылмаған немесе күтпеген қалдықтар да болады. Ұйымдастырылмаған қалдықтардың негізгі көздері (5.2-кестені қараңыз):
- концентраттарды сақтау, тиеу/түсіру және өңдеу кезінде пайда болатын шаң;
- күйдіру және балқыту пештерінен ағып кету;
- шаймалау және тазалау ванналарынан шығатын газ құрамындағы аэрозольдер мен шаң;
- шаймалау және экстракциялық қондырғыларды тазалау құрылғыларына арналған салқындатқыш мұнаралардан шығатын газдар;
- электролиз процесінің салқындатқыш мұнараларының шығатын газдар;
- басқалар.
Жалпы ұйымдастырылмаған қалдықтарды өлшеу қиын, ал кей жағдайларды мүмкін емес.
Азот оксидтері \(\small \text{NO}_x\) күйдіру және балқыту кезеңдерінде бөлінетін газ, концентраттарда немесе жоғары температурада ауа азотынан түзілетін қосылыстар. Өндіріс өнімі ретінде алынатын күкірт қышқылы бұл газды жақсы сіңіретіндіктен оның сапасына теріс әсер етуі мүмкін. Күйдіру кезінде пайда болатын \(\small \text{NO}_x\)-тың мөлшерін экологиялық себептерге байланысты және өнімнің сапасын сақтау үшін төмендету қажет болған жағдайда газдарды тазарту қажет болуы мүмкін.

5.2-кесте. Қондырғылардан атмосфераға тасталынатын қалдықтар

Қалдық көздері Қалемі, т/жылына Меншікті шығымы г/т
Концентраттарды, күйдіріндiлерді сақтау, тиеу/түсіру және өңдеу кезінде пайда болатын шаң <0.25 0.25-0.75
Шаймалау және тазалау ванналарынан шығатын газ құрамындағы аэрозольдер мен шаң <2 1-9
Шаймалау және экстракциялық қондырғыларды тазалау құрылғыларына арналған салқындатқыш мұнаралардан шығатын газдар <4 2-16
Электролиз процесінің салқындатқыш мұнараларынын шығатын газдар <5 3-20

Оттекті-оттықты пештерді пайдалану арқылы \(\small \text{NO}_x\)-ты төмендетуге болады. \(\small \text{NO}_x\)-тың шығатын мөлшері барлық процестер үшін 10-нан 120 мг/нм\(^3\)-ке дейін.
Шаң және металдар. Күйдіруден немесе басқа пирометаллургиялық процестерден шаңдар ұйымдастырылған және ұйымдастырылмаған өндірістік процестерде түзіледі. Пирометаллургиялық газдар алдымен газ тазарту жүйелерінде ұсталады, ары қарай күкірт қышқылына өндіріледі. Шаң газдан бөлініп алынып технологиялық процеске қайтарылады. Металды тиеу/түсіру, ұнтақтау орындарынан шыққан газдар бүріккіш немесе шаю жүйелерінен өтеді. Шаңның түзілуі 1-15 мг/нм\(^3\).
Шаймалау, экстракция және тазарту кезеңдеріндегі реакторлардың аспирациясында да аэрозольдердің бөлінуі мүмкін, сондықтан олар скрубберлер немесе тұманды ұстағыштар/демистерлермен жабдықталуы мүмкін. Құрамында қауіпті заттар бар қалдықтар (сутегі) қатаң бақыланады. Газдар үнемі газ тазартқыштар, мысалы, скрубберлер және тұманды ұстағыштар (дымқыл тазалау жүйелерінде) және қап сүзгілері (жүйелерде құрғақ тазалау) арқылы өтеді.
Электролиз цехында құрамында еріген металдар бар аэрозольдар түзіледі. Олардың шығымы әдетте 0,2-1,25 мг/нм\(^3\) құрайды.
Сирек металдарын өндірісі ақаба сулардың құрамындағы ластаушы заттар — металдар және олардың қосылыстары, сондай-ақ суспензия түріндегі материалдар. Суға айтарлықтай мөлшерде тасталынатын басқа заттар — хлоридтер, фторидтер және сульфаттар.
Жоғарыда көрсетілгендермен бірге ақаба суларына қосылатындар:
- күйдіру және газ тазарту көздерінен (дымқыл скрубберлер, сынапты бөлу процесіндегі дымқыл электр сүзгілері) сарқынды сулар;
- әр түрлі гидрометаллургиялық процестерден кездейсоқ ағып кететін сулар;
- анодтар мен катодтарды жуу кезінде пайда болатын ағындар;
- вакуумдық сорғылардан шығатын су;
- жалпы операциялар, соның ішінде жабдықты тазалау, еден жуу және т.б.;
- салқындату тізбектерінен ағатын сулар;
- қалдық полигондарынан және жер асты қуыстарынан берілетін су.
Сирек жер элементтерін өндіруші әлемдік лидер — Қытай Халық Республикасы, әлемдік нарықтың 90%-ын қамтиды. СЖМ жер қыртысынан қарқынды өндіру процесі бұл елде жарты ғасырға жуық уақыт жүргізіліп жатыр. СЖМ аз уақытта өндіріп алу талабы, қолданылатын технологияларды жіті тексермеу салдарынан өндіріс орындарында экологиялық талаптар сай болмай қалдықтардың миллиардтаған тонна түзілуіне әкелген. Елдің оңтүстік бөлігіндегі соңғы 20 жылда игерілген 50 ионды-абсорбциялық кен орынның қазіргі уақытта 15 ғана сақталып қалған.
СЖМ-ын өндірудің, байытудың, металлургиялық бөлудің артта қалған әдістерін қолдану топырақтың жоғарғы қабаты мен өсімдік жамылғысының бұзылуына әкелген, эрозияны, ластануды, топырақтың тотығуын тудырды, бұл егіннің азаюына немесе толық егіннің болмауына әкелген. Ионды абсорбциялық кендерін бұрын қолданылған дәстүрлі үйінді шаймалау және шаймалау әдістерімен өңдеу кезінде сирек кездесетін металл оксидтерінің әрбір тоннасы шамамен 2000 тонна байыту қалдықтарын құрады. Бүгінгі күні жер асты шаймалаудың жеткілікті озық әдісі қолданылғанымен, өндіріс процесі сөзсіз аммиак пен ауыр металдардың үлкен өнеркәсіптік қалдықтарымен байланысты.
Металдарды металлургиялық бөлу процесінде көп мөлшерде улы және зиянды газдар, жоғары концентрацияланған аммиак суының қалдықтары, радиоактивті заттар бөлінеді. Бірқатар аудандарда СЖМ кен орындарын қарқынды игеру таулы көшкіндерді, өзен арналарының бітелуін, ластаушы заттардың шығарындыларын немесе ағып кетуін, адамдардың өмірі мен денсаулығына елеулі қауіп төндіретін және қоршаған ортаға орасан зор зиян келтіретін экологиялық апаттарды да тудырды.
Ластану салдарын жою және аумақтарды экологиялық оңалту СЖМ өндіру мен игерудің бірқатар аудандары үшін өзекті және елеулі проблема болып қала береді.
Қытай үкіметі сирек жер ресурстарын кешенді пайдалануға үлкен мән беруде, сонымен қатар иондық-абсорбциялық кендердің пайда болуының геологиялық құрылымын зерттеу бойынша жобалар белсенді түрде ілгерілеуде, сондай-ақ экологиялық таза өндіру мен СЖМ кешенді пайдаланудың үлгілі-көрсеткіштік өндірістік базаларын құруды ынталандыруда. Мемлекет кен орындарын регенерациялаудың жоғары дәрежесі бар жоғары тиімді, "жасыл" технологияларды әзірлеуді және игеруді, СЖМ өндірісінің қайтарымдылығын арттыруға мүмкіндік беретін жаңа жабдықтар мен флотация тәсілдерін енгізуді, кедей сирек жер кендері мен байыту қалдықтарын қалпына келтіру жөніндегі іс-шараларды қолдайды. Мемлекет СЖМ — жеңіл металдар лантан мен церийдің тұтынумен байланысты жобаларды қолдайды, өйткені олардың қоры салыстырмалы түрде көп. Сонымен қатар, Үкімет өнеркәсіптен еуропий, тербиум және диспрозий сияқты тапшы орташа және ауыр СЖМ шығынын азайтуға немесе оларды басқа металдармен алмастыруға мүмкіндік беретін технологияларды игеруді жеделдетуді талап етеді. Мемлекет байыту және балқыту процесінде алу қиын СЖМ бөлу үшін сирек кездесетін жер концентраттарын кешенді қайта өңдеуді, сондай-ақ құрамында СЖМ минералдары бар ниобий, торий, тантал, стронций, калий және фторлы-шпат кендерін қайта өңдеуді ынталандырады.
Біздің елімізде және көрші Ресей мемлекетінде өндірістің экологияға келтіретін негативті ықпалын азайту мақсатында ең қолжетімді технологияларды ендіру бойынша мемлекеттік деңгейде жұмыстар жасалуда. Қазақстанда сирек металдар түсті металдар өндірісінің жанама өнімі ретінде өндірілетін болғандықтан, ең қолжетімді технологиялар базалық металдар өндірісіне арналған.