дов, осадков сточных вод, отходов сельскохозяйственного производства, микробиологической промышленности, сферы образования, здравоохра нения, науки, сервиса. Главный эффект уничтожения отходов - высвобо ждение территории, предотвращение выделения парниковых газов, устра нение нежелательных микроорганизмов, снижение загрязнения атмосфе
ры и гидросферы; б) консервация отходов в безопасном состоянии для их использования в
ближайшем или отдаленном будущем. Эффект консервации —высвобожде ние территории, ликвидация вредного влияния на окружающую среду;
в) текущее использование “свежих” отходов в производственном цикле (“внутренний” или “производственный” рециклинг). Эффект текущего ис пользования отходов - снижение потребления материальных ресурсов на данном производстве, уменьшение выбросов в окружающую среду, сниже ние себестоимости конечной продукции;
г) использование “свежих” отходов на предприятиях других отраслей промышленности (первый вариант “глобального” рециклинга). Эффект - высвобождение территории, снижение потребления материальных ресурсов в целом по народному хозяйству, снижение давления на окружающую сре
ду;
д) использование “отложенного” отхода в собственной или других отрас лях народного хозяйства (второй вариант “глобального” рециклинга). Эф фект - высвобождение территории, снижение потребления материальных ресурсов в целом по народному хозяйству, уменьшение давления на окружа ющую среду.
Рассмотрим подробнее содержание термина “рециклинг” (англ, “red ding”), который в некоторой степени соответствует ранее применявшимся в нашей стране терминам “использование вторичных ресурсов (или сырья)”, “цикл возврата”, “вторичные процессы”. Можно спорить о точности приме нения того или иного термина, но краткость и общеупотребимость в различ ных странах понятия “рециклинг” говорят в его пользу.
Прежде всего разделим это понятие по иерархическому принципу на два: “производственный рециклинг” и “глобальный рециклинг”. Под произ водственным рециклингом будем понимать возвращение в текущее произ водство собственных отходов производства “в темпе с процессом”. Исполь зование этого термина, применяемого при реализации систем контроля и автоматизации производственных процессов, подчеркивает немедленную переработку в производстве образующегося отхода без его накопления. Впервые в мировой промышленной практике “производственный рецик линг” был воплощен в черной металлургии (в агломерационном производ стве) в начале XX в. Некондиционная продукция (куски агломерата крупно стью менее стандартной, т.е. менее 5-10 мм) - так называемый “возврат” - снова направлялась в составе исходной шихты в процесс. Особенностью аг ломерационного процесса явилось улучшение (при использовании возврата) качества конечной продукции. Таким образом, рециклинг наряду со средст вом сбережения материальных ресурсов стал играть роль стимулятора рос та качества продукции.
Отметим, что металлургия —одна из отраслей, наиболее полно исполь зующих “производственный рециклинг” Это утверждение можно допол нить примерами использования продуктов пылеочистки доменных, стале
плавильных и электросталеплавильных печей, физического и химического тепла отходящих печных газов и др.
Сегодня производственный рециклинг можно трактовать как оператив ное использование вторичных ресурсов предприятия в одном из его цехов. Использованию производственного рециклинга способствует соответствие качества вторичного сырья качеству исходной шихты, что снимает ряд сложных проблем глобального рециклинга.
Производственный рециклинг наиболее предпочтителен, он весьма эф фективен с точки зрения экономики, энергопотребления и защиты окружа ющей среды. Однако практика показала, что более 70% всех образующихся техногенных отходов не могут быть переработаны предприятиями-“изгото- вителями отходов”. Это относится к энергетике, транспорту, оборонным от раслям промышленности, машиностроению и др. Это целиком относится к “отложенным” отходам. Таких отходов только на территории России нако плено более 90 млрд т. Перерабатывать подобные материалы предстоит предприятиям отраслей, эти отходы не производившим. Таким образом, на зрела проблема концепции глобального (межотраслевого и межрегиональ ного, а в будущем и международного) рециклинга материалов.
Переработка техногенных отходов на предприятиях “чужих” отраслей народного хозяйства выдвигает прежде всего требования контроля качест ва вторичного сырья. Техногенные отходы в отличие от природного сырья возникли как “непланируемая” продукция, и их запасы формировались сти хийно. Отраслям народного хозяйства было выгодно использовать первич ное сырье, и качеством техногенных отходов практически никто не зани мался. Можно сказать, что техногенные отходы - это сырье “неизвестно для чего”, сырье “без дальнейшей судьбы”. Скопления техногенных отходов принято называть “техногенными месторождениями” (см. раздел 3.2.4).
Возможности переработки отходов, т.е. превращение техногенных от ходов в техногенное сырье, зависят и от их качества, определяемого форма ми пребывания основных элементов в техногенном сырье.
В природе существует достаточно много различных форм нахождения элементов. В земной коре их несколько меньше. По Вернадскому, элемен ты в земной коре существуют в четырех формах:
-горные породы и минералы;
-живое вещество, или биологическая форма;
-магматические (существенно силикатные) расплавы;
-состояние рассеяния.
Во второй половине XX в. к ним были добавлены:
-изоморфные примеси;
-водные растворы;
-газовые смеси;
атакже (Алексенко, 2000 г.):
-коллоидная форма с жидкой дисперсионной средой;
-техногенные соединения, не имеющие природных аналогов.
Две последние формы целиком связаны с возникновением техносферы. В литосфере самостоятельные минеральные виды являются наиболее распространенной природной формой нахождения химических элементов. В настоящее время известно около 2000 видов минералов различных комбина ций и нахождений в самородном состоянии. Наибольшее число минералов
(свыше 1500) образовано при участии кислорода, более 1000 содержат водо род и более 500 - кремний. Еще 16 элементов (кальций, сера, железо, алюми ний, натрий, магний, медь, свинец и др.) входят (каждый) в состав более чем 100 минералов. В то же время немногим более 10 элементов (Rh, Os, Ru и др.) образуют по нескольку собственных минералов. Стоит отметить, что только распространенностью элементов нельзя объяснить их способность образовы вать самостоятельные минералы. Так, среднее содержание в земной коре свинца составляет 1,6 • 10-3%, а число собственных минералов - 199. Для гал лия эти значения соответственно 1,9 • 10~3% и 2. Часть техногенных соедине ний иногда также называют минералами, но искусственными. Они могут иметь природные аналоги или быть отличными от природных соединений.
Изоморфные смеси в минералах представляют собой закономерные за мещения аналогичных элементов (или их “белков”) друг другом в кристал лических решетках. Явление установлено немецким химиком Э. Митчерлихом в 1819 г. Процесс изоморфного замещения подразделяют на изовалентный (замещаются ионы равной валентности) и гетеровалентный (замеща ются ионы разной валентности).
Из изоморфных смесей добывается основная часть редких и рассеянных элементов. Так, значительное количество гафния добывается из циркона, где гафний находится в виде изоморфной примеси к цирконию (мировые це ны на гафний в 2000 раз выше, чем на цирконий).
При существующих в настоящее время методах извлечения элементов, особенно относящихся к попутным, значительная их часть уходит с дымом в атмосферу, попадает в промышленные стоки. Будучи освобожденными из кристаллических решеток, бывшие изоморфные примеси начинают само стоятельную (антропогенную) миграцию в биосфере. Так, цинк, вносимый в почвы как микроудобрение, может замещать магний в глинистых минера лах. При этом он становится недоступным для растений, хотя его содержа ние в почве может быть очень высоким. Поэтому использование цинксодер жащих микроудобрений в местах распространения магниевых глин бес смысленно. К слову, основная часть минеральных удобрений изготавливает ся из апатитов, которые содержат в качестве изоморфных примесей ряд редких и редкоземельных элементов, включая литий, стронций и др. Несо вершенные технологии способствуют накоплению этих элементов в удобре ниях, с которыми они поступают в почвы, а затем при разложении удобре ний - в воду и различные живые организмы.
Наличие большого числа примесей в различных видах природного сы рья заинтересовало специалистов лишь в последнее время. Между тем еще в 1909 г., в выступлениях на ХП съезде русских естествоиспытателей и вра чей, было высказано совершенно новое соображение, что по мере увели чения тонкостей наших исследований в каждой капле и пылинке вещества на земной поверхности мы открываем все новые и новые элементы. В пе счинке или капле, как в микрокосмосе, отражается общий состав Вселен ной; в них могут быть обнаружены все те элементы, какие наблюдаются на земном шаре. После известных работ американца Ф.У. Кларка, соста вившего первые сводки о количественном распространении элементов в земной коре, эти мысли оформились в закон Вернадского—Кларка: “В лю бом природном объекте Земли содержатся все химические элементы, на ходящиеся в ее коре".
Речь может идти только о недостаточной чувствительности анализов, используемых для определения элементов, находящихся в очень малых кон центрациях. Ряд специалистов считают, что пределом рассеяния можно счи тать концентрацию, соответствующую одному атому в 1 см3 вещества.
С ростом концентрации большинства химических элементов в техноген ных отходах учет последствий действия закона Вернадского-Кларка являет ся совершенно необходимым. В античности люди использовали лишь 19 элементов, в XVIII в. —50, в начале XX в. - 60. Ныне используют все 89 известных химических элементов, имеющихся в земной коре, а также многие искусственные химические элементы.
Металлы являются первыми техногенными веществами, нехарактер ными для биосферы. В условиях биосферы практически все они неустой чивы, поэтому необходимы дополнительные затраты ресурсов для их со хранения в свободном состоянии. После начального высокого концент рирования металлов при получении происходит их существенное рассея ние в биосфере, например в процессе коррозии. Можно говорить о “ме таллизации биосферы”. Начинают исчезать природные геохимические различия между отдельными регионами, происходит техногенное вырав нивание значений местных кларков. Таким образом, появление техноген ных месторождений вызывает серьезные изменения в биосфере и био сферных процессах, значение которых по-настоящему еще не оценено. Это в еще большей степени делает актуальной проблему использования техногенного сырья.
При разработке методов глобального рециклинга возникают две прин ципиально новые проблемы, которые не имеют значения для производст венного рециклинга.
Во-первых, это вторичные расходы энергии на переработку техногенно го сырья. Современный подход цивилизованного сообщества заключается в том, что стоимость переработки текущих или отложенных отходов должна быть включена в стоимость выпускаемой продукции. Поэтому вторичный расход энергии должен быть оценен при расчете “жизненного цикла изде лия” Эта концепция должна быть скорректирована, исходя из формирова ния глобального рециклинга в том смысле, что при изготовлении продукции часть материалов постоянно циркулирует в объеме народнохозяйственного производства, заменяя “свежее” природное сырье. Поэтому “дополнитель ный” (вторичный) расход энергии на переработку техногенного сырья явля ется кажущимся, так как при этом не расходуется энергия, предназначенная на переработку сэкономленного природного сырья. Между тем имеющийся мировой опыт переработки техногенного сырья убедительно показывает, что при замене природного сырья техногенным расход энергии снижается на 20-30%.
Во-вторых, возникают проблемы вторичных выбросов в атмосферу и гидросферу и формирования вторичных отходов. Вторичное техногенное сырье может быть переработано лишь в отраслях с внутренним производст венным рециклингом. Поэтому с большой долей надежности можно утвер ждать,что формирование значительных количеств техногенного сырья “третьего поколения” вряд ли будет иметь место.
Схемы производственного и глобального рециклингов приведены на рис. 5.1.