Утилизация отходов производства

Утилизация  

отходов производства

Учебное пособие

2-е издание, переработанное и дополненное

УДК 658.567(075.8)
ББК 30.69
У84

ISBN 978-5-7038-4793-0

 
 
   Утилизация отходов производства : учебное пособие / [Ю. Ф. Абакумов  
и др.]. — 2-е изд., перераб. и доп. — Москва : Издательство МГТУ 
им. Н. Э. Баумана, 2018. — 107, [3] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4793-0

Рассмотрены технологические основы утилизации металлических отходов производства, позволяющие получить переплавным методом качественные вторичные металлы 
и сплавы, способы переработки металлической стружки, а также основные технологии 
утилизации изношенных автомобильных покрышек, смазочно-охлаждающих жидкостей, 
боеприпасов, энергетических отходов, твердых бытовых отходов, формовочной смеси, 
отходов травильного производства.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки 
«Машиностроение» специальности «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении».

УДК 658.567(075.8)
ББК 30.69

© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2018
© Оформление. Издательство 
 
МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2018

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/40/book637.html

Факультет «Машиностроительные технологии»
Кафедра «Технологии обработки материалов»

Авторы:
Ю.Ф. Абакумов, Е.Д. Демьянов, С.С. Зуйков, 
А.В. Козлов, В.П. Ступников, Э.Л. Мельников

Рецензенты: 
д-р техн. наук профессор И.А. Дибров,
канд. техн. наук доцент А.Ю. Коротченко

Рекомендовано Редакционно-издательским советом  
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия

У84

Предисловие

Издание предназначено для студентов, обучающихся в МГТУ им. Н.Э. Баумана по направлению подготовки «Машиностроение» специальности «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении». 
Программой подготовки предусмотрено изучение дисциплины «Утилизация 
отходов производства» и выполнение домашнего задания «Разработка технологической схемы переработки отходов машиностроительного производства» 
в форме аналитических обзоров. Данная дисциплина относится к вариативной части профессионального цикла. 
Первое издание учебного пособия «Утилизация отходов производства» 
под редакцией В.Д. Винокурова вышло в Издательстве МГТУ им. Н.Э. Баумана в 2008 г.
Цель данного пособия — приобретение студентами теоретических знаний 
в области обоснованного выбора рациональных технологий переработки отходов производства и потребления, профессиональных знаний по специальности «Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении».
После изучения учебного пособия студент будет знать:

•• роль вторичных материалов в решении проблем экологии и ресурсосбережения;

•• существующие технологические возможности и методы переработки отходов для получения вторичных материалов и продукции;

•• основные типы оборудования и приспособлений, используемых для переработки отходов;
уметь:

•• выбирать рациональные способы и технологические маршруты переработки отходов производства и потребления;

•• выбирать необходимые средства технологического оснащения и переработки отходов;

•• представлять результаты работы с информацией в виде аналитических 
обзоров и презентаций;
владеть навыками:

•• теоретического обоснования выбора технологических схем переработки 
отходов производства;

•• составления аналитических обзоров по переработке отходов машиностроительного производства.
В издании рассмотрены вопросы рационального ресурсопользования, 
описаны технологии переработки промышленных отходов и получения из 

них ценного сырья и материалов. Изложены механические, физико-механические, химические и биохимические процессы, используемые при различных методах переработки отходов. Приведены новые технологические схемы 
и характеристики оборудования, применяемого при переработке отходов. 
Рассмотрены и уточнены технологические основы утилизации металлических 
отходов производства, позволяющие получить переплавным методом качественные вторичные металлы и сплавы, способы переработки металлической 
стружки, а также основные технологии утилизации изношенных автомобильных покрышек, смазочно-охлаждающих жидкостей и боеприпасов. 
Второе издание дополнено сведениями о взаимодействии промышленного предприятия с окружающей средой, об утилизации энергетических отходов, твердых бытовых отходов, формовочной смеси и отходов травильного 
производства. В конце каждой темы приведены вопросы для контроля усвоения материала. Также в пособие включен словарь специальных терминов и 
определений.

 

Введение

Целью всякого производства является получение продукции требуемого 
качества и в нужном количестве. При этом современное производство сопровождается образованием разного рода отходов, так как не все материальные и энергетические потоки, поступающие в производственные системы, 
реализуются непосредственно в готовый продукт. Это оказывает разрушительное воздействие на окружающую среду и грозит экологической катастрофой. 
Поэтому перед человечеством стоит задача рационального природопользования в сочетании со снижением отрицательного воздействия промышленного 
производства на окружающую природную среду.
В связи с этим актуальной задачей является изучение следующих вопросов, изложенных в данном учебном пособии:

•• источники образования промышленных отходов и способы их предотвращения или уменьшения;

•• технологические схемы переработки отходов производства и потребления;

•• технологическое оснащение процессов переработки отходов производства 
и потребления;

•• организационно-технические мероприятия по сбору, хранению и транспортировке отходов производства и потребления.
В соответствии с ГОСТ 25916–83 «Ресурсы материальные вторичные. Термины и определения» и ГОСТ 30772–2001 «Ресурсосбережение. Обращение 
с отходами. Термины и определения» отходы производства и потребления 
понимают как вторичное сырье, пригодное для повторного изготовления 
продукции, в том числе попутной и побочной.
 

1. ОТХОДЫ, ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

В результате бурного развития промышленности и сельского хозяйства 
остро встала проблема утилизации отходов. Образование отходов производства происходит на всех стадиях движения сырья: от момента его добычи, 
когда оно еще является природным ресурсом, до завершения эксплуатации 
изготовленного из него изделия. Отходы производства являются мощным 
фактором, воздействующим на окружающую природную среду и в итоге отрицательно влияющим на качество жизни человека.
Однако отходы, загрязняющие окружающую среду, во многих случаях 
можно не только использовать, но и получать от них экономическую выгоду.
Применение отходов в качестве вторичных материальных ресурсов решает ряд важных хозяйственных задач, таких как экономия основного сырья, 
предотвращение загрязнения водоемов, почвы и воздушного бассейна, расширение производства деталей и изделий из искусственных материалов, производство новых видов товаров народного потребления.
19 сентября 1997 г. Государственной думой РФ был принят Федеральный 
закон «Об отходах производства и потребления», определяющий правовые 
основы обращения с отходами в целях предотвращения вредного воздействия 
их на здоровье человека и окружающую среду, а также вовлечения отходов в 
хозяйственный оборот в качестве дополнительных источников сырья. В соответствии с законом «отходы производства и потребления — вещества или 
предметы, которые образованы в процессе производства, выполнения работ 
или в процессе потребления, которые удаляются, предназначены для удаления или подлежат удалению».

1.1. Классификация отходов

Большая номенклатура отходов, образующихся на предприятиях различных отраслей экономики, затрудняет их классификацию, учет, сбор и переработку.
Вследствие многих причин в настоящее время и в России, и за рубежом 
отсутствует общепринятая научная классификация твердых отходов промышленности, охватывающая все их многообразие. Начавшаяся у нас в стране в 
середине 1980-х гг. работа по составлению кадастров отходов по предприятиям, подотраслям, отраслям и министерствам осталась незаконченной. Существует множество классификаций твердых отходов.

Различные подходы к классификации отходов базируются на следующих 
классификационных признаках: место образования отходов (отрасль промышленности); стадия производственного цикла; вид отхода; степень вредного воздействия на окружающую среду и здоровье человека; направление 
использования; эффективность использования; запас и объемы образования; 
степень изученности и разработанности технологий утилизации.
По состоянию различают отходы твердые, жидкие и газообразные. По 
месту возникновения — бытовые, промышленные и сельскохозяйственные. 
Основным показателем классификации по составу можно считать происхождение отходов — органическое и неорганическое, а также сжигаемы отходы 
или нет. Особую группу представляют собой отходы в виде энергии, называемые энергетическими (теплота, шум, радиоактивное излучение и т. п.).
Отходы возникают как в результате производственной деятельности, так 
и при потреблении. В соответствии с этим они подразделяются на отходы 
производства и отходы потребления.
При физико-химической переработке сырья наряду с основными продуктами производства образуются побочные. Они не являются целью производственного процесса, но в большинстве случаев бывают товарными, на 
них имеются ГОСТы, ТУ, их производство планируется предприятием.
Отходы производства (техногенные отходы) являются следствием несовершенных технологических процессов, в большей части неудовлетворительно организованного производства, а также несовершенного экономического 
механизма. К ним относят: отходы, образующиеся при механической и  
физико-химической переработке сырья и материалов; отходы, образующиеся при добыче и обогащении полезных ископаемых; вещества, улавливаемые 
при очистке отходящих технологических газов и сточных вод.
Отходы потребления (антропогенные отходы) — различные бывшие в употреблении изделия и вещества, восстановление которых экономически нецелесообразно. Например, изношенные или морально устаревшие машины, 
изделия производственного назначения (отходы производственного потребления), а также пришедшие в негодность или устаревшие предметы домашнего обихода и личного потребления (отходы бытового потребления).
Совокупность отходов производства и потребления, которые могут быть 
использованы в качестве сырья для выпуска полезной продукции, называют 
вторичными материальными ресурсами (ВМР).
Исходя из возможностей применения, ВМР можно подразделить на реальные и потенциальные. К реальным следует отнести ВМР, для использования которых созданы эффективные методы и мощности для переработки, а 
также обеспечен рынок сбыта; к потенциальным — все виды ВМР, не входящие в группу реальных. К потенциальным ВМР относятся также побочные 
продукты, которые в настоящее время используются недостаточно полно и 
представляют собой резерв материальных ресурсов для промышленности.
При проектировании новых предприятий обязательным условием является разработка систем переработки производственных отходов для получения вторичных материалов и изготовления из них полезной продукции. Это 
обусловлено тем, что, во-первых, ресурсы многих материалов на Земле ограничены и не могут быть восполнены в сроки, сопоставимые со временем су

ществования человеческой цивилизации. Во-вторых, попав в окружающую 
среду, материалы обычно становятся загрязнителями. В-третьих, отходы и 
закончившие свой жизненный цикл изделия часто (но не всегда) являются 
более дешевым источником многих веществ и материалов, чем природные 
источники.
Существуют соответствующие технологии и оборудование для переработки как текущих отходов производства (ОП 1), так и изношенных средств 
производства и потребления продукции (ОП 2). Использование ВМР позволяет снизить потребность в постоянно дорожающих первичных материалах, 
необходимых для работы производственных систем (ПС) (рис. 1).

Современный подход к организации производственных систем предусматривает рециклинг (повторное использование) материалов и изделий, отслуживших свой срок, для изготовления полезной продукции по следующей 
схеме: материал — изделие — вторичные материалы — вторичная продукция. 
Рециклинг (по ГОСТ 30772–2001) — процесс возвращения отходов, сбросов 
и выбросов в процессы техногенеза. Возможны два варианта рециклинга (рециклизации):

•• повторное использование отходов по тому же назначению, например стеклянных бутылок после их соответствующей безопасной обработки и маркировки (этикетирования);

•• возврат отходов после соответствующей обработки в производственный 
цикл, например жестяных банок — в производство стали, макулатуры —  
 в производство бумаги и картона.
Для совокупности отходов и сбросов операцию рециклинга называют рекуперацией, для сбросов и порошкообразных, пастообразных отходов — регенерацией, для сбросов и выбросов — рециркуляцией.
Утилизируемые отходы перерабатываются на месте их образования или 
на предприятиях, имеющих соответствующие оборудование и технологию. 
Неутилизируемые отходы в силу потери потребительских свойств в настоящее время не могут найти применения в современном производстве. Они захораниваются, если не представляют опасности для окружающей среды (ОС).

Рис. 1. Рациональный цикл «Производство — потребление — 
переработка»

С санитарно-гигиенической точки зрения отходы могут быть захоронены 
только после предварительного обезвреживания.
Машиностроительный комплекс является крупнейшим промышленным 
образованием, включающим в себя тяжелое, энергетическое, автомобильное, 
тракторное, сельскохозяйственное, химическое, нефтяное, строительное, дорожное, коммунальное машиностроение и другие отрасли промышленности.
Предприятия машиностроения располагаются чаще всего в крупных городах, и их вредные выбросы в окружающую среду неблагоприятно влияют на 
здоровье населения. Машиностроение загрязняет водный бассейн сточными 
водами травильных и гальванических цехов. Основными источниками загрязнения атмосферы на машиностроительных предприятиях является литейное 
производство, цеха механической обработки, сварочные и окрасочные цеха.
Одним из наиболее многотоннажных отходов машиностроительных предприятий является металлолом (75 % всего количества образующихся отходов). 
Это готовое вторичное сырье, переработка которого налажена либо на этих 
же заводах, если они обладают своим литейным производством, либо на металлургических или соседних машиностроительных предприятиях. Кроме 
металлолома, образуются отходы бумаги, древесины, минеральных масел, 
резины, пластмасс, а также шлам.
Значительные объемы производства и определяющее положение в социаль- 
ной жизни городов ставят предприятия машиностроительного комплекса в 
разряд приоритетных в части комплексного решения природоохранных  
проблем.

1.2. Отходы основных переделов  
заготовительного производства

Рассмотрим виды отходов, которые образуются на основных переделах 
заготовительного производства.

Металлургическое и литейное производство

Массовое использование отходов производства в металлургии началось с 
изобретением во второй половине XIX в. мартеновских печей, а затем — конвертеров, позволяющих наряду с чугуном переплавлять лом черных металлов. 
В современных электросталеплавильных печах используют до 100 % лома.
При выплавке слитков в металлургии и отливок в литейном производстве 
происходит взаимодействие сплавов с печными газами и воздухом. Это приводит к потерям металла в виде невосстанавливаемых в условиях плавильного производства соединений: оксидов, нитридов и т. п. Некоторое количество 
сплавов остается в шлаках, формовочных смесях, впитывается футеровкой 
печи и ковша, рассеивается в виде мелких брызг при разливке, мелких частиц при обрубке и др. Эта часть сплавов теряется безвозвратно. Металл из 
шлаков извлекают посредством применения соответствующих технологий их 
вторичной переработки.

Основную массу отходов составляют литниковые системы, прибыли, изложницы, поддоны для изложниц (до 21 %), а также брак слитков и отливок 
(до 5 %).

Кузнечное и прокатное производство

В процессе обработки слитков из деформируемых сплавов на прокатных 
станах, прессах, молотах и другом оборудовании образуется значительное 
количество отходов в виде кромок, концов, обрезков, заусенцев, обдирочной 
стружки и т. п. Некоторое количество сплавов теряется в виде мелкой стружки и опилок при резке заготовок ножницами и пилами. Примерно треть всех 
отходов образуется из-за дефектов слитка. Основную массу отходов составляет некачественная часть слитка — прибыль. Снизить массу прибыли можно улучшением теплоизоляции прибыльной части слитка.
При нагреве заготовок образуется окалина. Ее можно пускать во вторичное производство (доменный передел). Количество окалины зависит от температуры нагрева и времени выдержки металла при высокой температуре. 
При увеличении скорости нагрева, применении защитной атмосферы, при 
иных способах нагрева (например, индукционного) можно снизить количество окалины.
При горячей объемной штамповке поковок образуется облой, который 
можно уменьшить применением заготовок и штампов рациональных конфигураций. Облой наряду с другими отходами и браком продукции (в среднем 
0,5 %) поступает на переплав.

Сварочное производство и механическая обработка

Отходы при сварке конструкций образуются в виде сварочных шлаков, 
остатков электродов и материалов свариваемых заготовок.
При обработке резанием основным видом отходов является стружка, которую после удаления из рабочей зоны станков транспортируют для дальнейшей переработки, а также некоторое количество бракованной продукции.
Отходы при абразивной обработке содержат до 60 % металлических частиц, смешанных с абразивными частицами и смазочно-охлаждающими жидкостями (СОЖ). Эти отходы также подвергают вторичной переработке для 
получения порошковых материалов.

1.3. Текущие и отложенные отходы

Отходы образуются не только в процессе изготовления машиностроительной продукции — текущие отходы (металлическая стружка, облой, литники, металлургический шлак, брак и т. п.), но и по истечении срока ее службы — отложенные отходы. В последнем случае особое значение в процессах 
утилизации приобретают способы разделки габаритных конструкций на фрагменты для последующей переработки.