Тема 9. Вторичные материальные ресурсы. Цели и желаемый

Тема 9. Вторичные материальные ресурсы.
Цели и желаемый результат. Рассмотреть принципы вторичного использования
материальных ресурсов.
Учебные вопросы.
1 Вторичные материальные ресурсы (ВМР). Источники ВМР. Отходы как ВМР.
2 Разработка и реализация региональных программ использования отходов.
3 Специализированный банк данных ВМР (СБД ВМР).
4 Порошковая металлургия.
1 Вторичные материальные ресурсы (ВМР). Источники ВМР. Отходы как
ВМР.
Отходы как объект управления и государственного регулирования, с одной стороны,
загрязняют окружающую среду, а с другой – являются вторичными материальными
ресурсами (ВМР). При этом главное свойство отходов как ВМР – постоянное «воспроизводство», что дает основания классифицировать их как одну из разновидностей возобновляемых материально-сырьевых и топливно-энергетических ресурсов.
По оценкам ФГУ НИЦПУРО, ресурсы многотоннажных видов ВМР в виде промышленных отходов были воспроизведены в расчете на 2005 г. в количестве 2,7–3,4
млрд т. Более 90% из них составляют отходы добычи и обогащения полезных ископаемых.
Использование ВМР в Российской Федерации осуществляется практически во всех
отраслях промышленности. Однако масштабы и уровень использования характеризуются значительной неравномерностью и зависят от ресурсной ценности отходов,
от экологической ситуации, возникающей в связи с обращением с ними как с загрязнителями окружающей среды, и, самое главное, от складывающихся экономических условий, определяющих рентабельность каждого конкретного вида производства, использующего отходы.
Традиционные виды вторичного сырья, такие как лом и отходы металлов, высококачественные отходы полимеров, текстиля, макулатуры, характеризуются высоким
уровнем переработки. Сложные многокомпонентные отходы, а также загрязненные
отходы, практически не перерабатываются (смешанные и загрязненные нефтепродукты, изношенные шины, отходы упаковки из ламинированной бумаги, осадки и
шламы очистных сооружений, гальваношламы и т.д.).
Наиболее высокими показателями использования отходов в качестве вторичного
сырья в промышленных масштабах характеризуется черная и цветная металлургия,
целлюлозно-бумажная промышленность, промышленность строительных материалов. Полностью или почти полностью из вторичного сырья изготавливаются отдельные виды бумаги и картона, изделия широкого хозяйственного потребления из
полиэтилена (ящики, ведра, поливочные шланги, пленка и т.д.).
2 Разработка и реализация региональных программ использования отходов.
В России средний уровень использования вторичного сырья можно оценить примерно в 1/3, что в 2–2,5 раза ниже, чем в более развитых странах. При этом уровень
переработки ТБО в качестве вторичного сырья в среднем не превышает 4–5%. В результате имеют место значительные потери материально-сырьевых и топливноэнергетических ресурсов (ТЭР), содержащихся в отходах, и одновременно продолжается интенсивное накопление неиспользуемых отходов в окружающей среде со
скоростью 2–2,5 млрд т/год, что составляет примерно 60–70% от количества их образования за год. В конечном итоге, несмотря на принимаемые Правительством РФ
меры по обеспечению экологической безопасности, экологическая обстановка во
многих регионах России в связи с воздействием неиспользуемых отходов не улучшается.
Проблема осложняется тем, что в обозримом будущем не существует предпосылок
для существенного сокращения образования отходов. Количество отходов производства будет увеличиваться и далее из-за роста объема промышленного производства на фоне сохранения и даже снижения концентрации полезных ископаемых в
извлекаемом из недр сырье. Отходы потребления будут расти еще более высокими
темпами из-за опережающего роста уровня конечного потребления, в том числе бы-
2
товой, компьютерной и радиоэлектронной техники, предметов домашнего обихода,
одежды, автомобилей и т.д.
Основными факторами недостаточного в среднем уровня хозяйственного использования отходов как ВМР являются:
- отсутствие в сложившихся экономических условиях необходимых стимулов для
организации сбора и переработки большей массы ВМР (в общей массе для 2/3 от
ежегодно образующихся ресурсов);
- отсутствие нормативно-правовой базы обращения с отходами как с ВМР;
- несовершенство инструментов государственного регулирования предпринимательской и природоохранной деятельности применительно к сфере использования отходов в хозяйственных целях;
- несовершенство организационного обеспечения сбора отходов для использования
в качестве ВМР;
- ограниченность информационного обеспечения органов государственного управления и субъектов рынка вторичного сырья по показателям образования и использования ВМР, а также по технологиям их переработки и использования.
Отсутствие достаточных стимулов для организации сбора и переработки ВМР определяется, главным образом, высоким уровнем затрат на сбор и подготовку многих
видов отходов к использованию в качестве вторичного сырья, что не обеспечивает
приемлемой для предпринимателей рентабельности их переработки. В особой мере
это относится к отходам потребления в виде потерявшей потребительские свойства
конечной продукции и ее упаковке, содержащих такие хорошо рециркулируемые
материалы, как черные и цветные металлы, термопласты, резина, волокнистое сырье
из макулатурообразующих видов картонно-бумажной продукции. Высокий уровень
затрат на сбор и переработку значительной части отходов потребления обусловлен:
необходимостью создания специальной производственной инфраструктуры из пунктов сбора вторичного сырья и производственно-заготовительных предприятий;
3
необходимостью сортировки и дезагрегации сложных отходов потребления на отдельные компоненты по видам материала, а также их чистки, мойки и дезинфекции,
проверки на наличие радиоактивных и других опасных материалов;
значительными затратами энергии на дробление отходов и выпуск из них вторичного сырья или полуфабрикатов, пригодных для использования в промышленности в
качестве основного сырья или добавки;
снижением в ряде случаев производительности производственного оборудования
из-за наличия в перерабатываемых отходах примесей и мусора (в особой мере это
относится к пере- работке полимерных отходов).
Отсутствие стимулов для организации сбора и переработки ряда видов ВМР связано
также с низкой конкурентоспособностью продукции с использованием отходов, поскольку снижение ее цены в сравнении с продукцией, изготовленной только из природного сырья, не всегда адекватно снижению качества такой продукции. В особой
мере это относится к широкому ассортименту продукции из отходов термопластов и
резины (таре, поливочным шлангам, полимерной пленке, изделиям технического назначения из термопластов и резины), регенерированным моторным маслам, туалетной бумаге из макулатуры и т.д. Спрос на такую продукцию часто остается довольно низким даже при существенном снижении цены на нее до 50% и более.
Определенное сдерживающее воздействие на использование отходов как ВМР оказывает также высокая обеспеченность промышленности России сырьевыми ресурсами и их доступность на фоне высоких мировых цен на основные виды сырья и топливно-энергетические ресурсы.
Следует отметить также, что из-за несовершенства законодательства имеют место
значительные экономические потери сборщиков и переработчиков отходов России,
обусловленные отсутствием возможности использования для этих целей ресурсов
зарубежных поставщиков в Россию тех видов продукции, на которые в странахимпортерах введена ответственность производителей за сбор и переработку после
утраты продукцией потребительских свойств.
4
Несовершенство нормативно-правовой базы в сфере обращения с отходами как с
ВМР выражается прежде всего в отсутствии законодательных положений, регламентирующих:
- понятия ВМР и вторичного сырья;
- правовые основы государственной политики в области ВМР;
- систему ответственности хозяйствующих субъектов и всего общества в целом за
сбор и использование отходов как ВМР.
Система сертификации вторичного сырья из отходов производства и потребления,
по существу, отсутствует. В особой мере это актуально применительно к полимерному сырью, поскольку наличие в нем даже небольших примесей и мусора значительно снижает качество продукции и производительность оборудования. Отсутствует государственная система маркировки полимерных материалов на деталях промышленной продукции, изготовленных из различных пластмасс, что затрудняет
идентификацию полимерных отходов при их сортировке.
Природоохранные инструменты государственного регулирования обращения с отходами предназначены для применения лишь в целях обеспечения предотвращения
загрязнения окружающей среды и не предусматривают регулирования обращения с
отходами как с ВМР.
Разрешительная система размещения отходов с установлением лимитов не устанавливает ограничения на захоронение и депонирование отходов, характеризующихся
высокими сырьевыми свойствами.
Сложившиеся механизмы начисления платежей за размещение отходов во многих
регионах России позволяют органам экологического контроля облагать такими платежами и те отходы, которые предназначены для использования в качестве вторичного сырья. Это противоречит нормам, установленным постановлением Правительства РФ от 12.06.2003 № 344 «О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы
загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение
отходов производства и потребления» (с изм. от 01.07.2005). В соответствии с этим
5
постановлением нормативы платы за размещение отходов не распространяются
(применяются с коэффициентом 0) при размещении отходов, подлежащих временному накоплению и фактически использованных (утилизированных) в течение 3 лет
с момента размещения в собственном производстве в соответствии с технологическим регламентом или переданных другой организации (для использования в течение этого срока). Однако доказательство того, что определенные виды отходов
удовлетворяют этим условиям, представляет собой непростую задачу.
Необходимо отметить также, что нормативы платежей потеряли свое первоначальное значение (возмещать общественно необходимые затраты на создание мест захоронения и депонирования отходов) из-за отставания их индексации в сравнении с
темпами инфляции. Снижение нормативов платежей по этой причине составляет
сейчас около 6–7 раз в сравнении с 1992 г. (в сопоставимых ценах). Вместе с тем и
эти нормативы считаются обременительными для многих предприятий, в особой
мере для предприятий, в производственной деятельности которых образуются многотоннажные отходы 3-го и 4-го классов опасности (отходы производства минеральных удобрений, металлургические шлаки и др.).
Важным недостатком нормативно-правового обеспечения сбора и использования
ВМР является также несовершенство традиционных инструментов экономического
стимулирования предпринимательской деятельности. К числу таких инструментов
принято относить кредитную, налоговую и тарифную политику. Использование этих
инструментов применительно к сбору и переработке ВМР пока не получило развития в России.
Налоговые льготы применительно к сбору и переработке отходов действующим налоговым законодательством не предусмотрены. Некоторым исключением из этого
является вывод вторичного сырья (если оно является продукцией черной и цветной
металлургии) «из перечня товаров, при производстве и (или) реализации которых
организации не подлежат освобождению от уплаты земельного налога (в отношении
земельных участков, используемых для производства и (или) реализации этих товаров)».
6
Практика субсидирования мероприятий в области сбора и переработки отходов в
рамках специальных региональных и местных природоохранных программ характеризуется пока незначительными масштабами, а на федеральном уровне с 2005 г. упразднена полностью.
Государственная тарифная политика в области железнодорожных перевозок не предусматривает никаких льгот применительно к транспортировке ВМР.
Несовершенство организационного обеспечения сбора отходов для использования в
качестве ВМР заключается:
в отсутствии федерального органа, в функции которого входила бы задача координации деятельности по сбору и использованию ВМР в промышленности, что сдерживает разработку и принятие более совершенных мер государственного регулирования в этой области;
в отсутствии в системе жилкоммунхоза, осуществляющей сбор и удаление твердых
коммунальных отходов, производственной инфраструктуры по селективному сбору
отходов для использования в качестве вторичного сырья;
в несовершенстве системы ответственности субъектов хозяйственной деятельности
и органов административного управления за сбор и переработку ВМР.
В соответствии с российским законодательством (федеральные законы «Об общих
принципах местного самоуправления в Российской Федерации», «Об отходах производства и потребления»), ответственность за организацию сбора и переработки
отходов для использования в качестве вторичного сырья возлагается на органы местного самоуправления. Однако пока они обладают очень ограниченными ресурсами на эти цели. Исключение составляют крупные мегаполисы, такие как Москва,
Санкт-Петербург, Московская область и др. Однако и в них реализуются лишь пилотные проекты.
Недостатки информационного обеспечения управления сбором и переработкой ВМР
выражаются в несовершенстве государственной статистической отчетности, а также
в неразвитости информационной инфраструктуры обслуживания предпринимательской деятельности в этой области и в целом рынка вторичного сырья.
7
Государственная статистическая отчетность по форме 2ТП (отходы), введенная с
2002 г., имеет пока ограниченный и недоступный характер для широкого круга потребителей. Имеющиеся данные сосредоточены в Ростехнадзоре и в полной мере не
публикуются. Используемая при этом классификация отходов плохо стыкуется с
принятыми в отраслях промышленности наименованиями вторичного сырья.
В целом недостаточный уровень использования ВМР обусловлен главным образом
не технологическими факторами, а несовершенством институциональных основ в
этой области, в частности несовершенством нормативно-правового обеспечения
сбора и переработки отходов.
3 Специализированный банк данных ВМР (СБД ВМР).
Департамент государственной политики и регулирования в сфере охраны окружающей среды и экологической безопасности Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации, Федеральное государственное учреждение «Центральное бюро информации Минприроды России» проводят работу по сбору и учету
данных о применяемых на производствах и разработанных организациями технологиях использования и обезвреживания отходов.
В целях технического обеспечения работ по письму Министерства природных ресурсов и экологии Российской Федерации от 21 января 2010 г., №12-44/272, Федеральное государственное учреждение «Центральное бюро информации Минприроды России» создало на портале «Твердые бытовые отходы» специализированный
интерфейс общедоступного «Справочного банка данных технологий использования
и обезвреживания отходов», предназначенного для сбора и учета сведений о применяемых на производствах и разработанных организациями технологиях использования и обезвреживания отходов.
4
Порошковая металлургия.
Порошковая металлургия – это область техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов и металлоподобных соединений, полуфабрикатов и изделий из них (или их смесей с неметаллическими порошками) без расплавления основного компонента. Технология П. м. включает следующие операции:
8
получение исходных металлических порошков и приготовление из них шихты (смеси) с заданными химическим составом и технологическими характеристиками; формование порошков или их смесей в заготовки с заданными формой и размерами
(главным образом прессованием); спекание, т. е. термическую обработку заготовок
при температуре ниже точки плавления всего металла или основной его части. После спекания изделия обычно имеют некоторую пористость (от нескольких процентов до 30-40%, а в отдельных случаях до 60%). С целью уменьшения пористости
(или даже полного устранения её), повышения механических свойств и доводки до
точных размеров применяется дополнительная обработка давлением (холодная или
горячая) спечённых изделий; иногда применяют также дополнительную термическую, термохимическую или термомеханическую обработку. В некоторых вариантах технологии отпадает операция формования: спекают порошки, засыпанные в соответствующие формы. В ряде случаев прессование и спекание объединяют в одну
операцию т. н. горячего прессования - обжатия порошков при нагреве.
Получение порошков. Механическое измельчение металлов производят в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах. Другой, более совершенный метод получения порошков - распыление жидких металлов: его достоинства - возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и
экономичность процесса. Распространено получение порошков железа, меди,
вольфрама, молибдена высокотемпературным восстановлением металла (обычно из
окислов) углеродом или водородом. Находят применение гидрометаллургические
методы восстановления растворов соединений этих металлов водородом. Для получения медных порошков наиболее часто используют электролиз водных растворов.
Имеются и другие, менее распространённые методы приготовления порошков различных металлов, например электролиз расплавов и термическая диссоциация летучих соединений (карбонильный метод).
Формование порошков. Основной метод формования металлических порошков прессование в пресс-формах из закалённой стали под давлением 200-1000 Мн/м2
(20-100 кгс/мм2) на быстроходных автоматических прессах (до 20 прессовок в 1
9
мин). Прессовки имеют форму, размеры и плотность, заданные с учётом изменения
этих характеристик при спекании и последующих операциях. Возрастает значение
таких новых методов холодного формования, как изостатическое прессование порошков под всесторонним давлением, прокатка и экструзия порошков.
Спекание проводят в защитной среде (водород; атмосфера, содержащая соединения углерода; вакуум; защитные засыпки) при температуре около 70-85% от абсолютной точки плавления, а для многокомпонентных сплавов - несколько выше температуры плавления наиболее легкоплавкого компонента. Защитная среда должна
обеспечивать восстановление окислов, не допускать образования нежелательных загрязнений продукции (копоти, карбидов, нитридов и т.д.), предотвращать выгорание
отдельных компонентов (например, углерода в твёрдых сплавах), обеспечивать
безопасность процесса спекания. Конструкция печей для спекания должна предусматривать проведение не только нагрева, но и охлаждения продукции в защитной
среде. Цель спекания - получение готовых изделий с заданными плотностью, размерами и свойствами или полупродуктов с характеристиками, необходимыми для последующей обработки. Расширяется применение горячего прессования (спекания
под давлением), в частности изостатического.
П. м. имеет следующие достоинства, обусловившие её развитие. 1) Возможность
получения таких материалов, которые трудно или невозможно получать др. методами. К ним относятся: некоторые тугоплавкие металлы (вольфрам, тантал); сплавы и
композиции на основе тугоплавких соединений (твёрдые сплавы на основе карбидов
вольфрама, титана и др.): композиции и т. н. псевдосплавы металлов, не смешивающихся в расплавленном виде, в особенности при значительной разнице в температурах плавления (например, вольфрам - медь); композиции из металлов и неметаллов
(медь - графит, железо - пластмасса, алюминий - окись алюминия и т.д.); пористые
материалы (для подшипников, фильтров, уплотнений, теплообменников) и др. 2)
Возможность получения некоторых материалов и изделий с более высокими технико-экономическими показателями. П. м. позволяет экономить металл и значительно
снижать себестоимость продукции (например, при изготовлении деталей литьём и
10
обработкой резанием иногда до 60-80% металла теряется в литники, идёт в стружку
и т.п.). 3) При использовании чистых исходных порошков можно получить спечённые материалы с меньшим содержанием примесей и с более точным соответствием
заданному составу, чем у обычных литых сплавов. 4) При одинаковом составе и
плотности у спечённых материалов в связи с особенностью их структуры в ряде
случаев свойства выше, чем у плавленых, в частности меньше сказывается неблагоприятное влияние предпочтительной ориентировки (текстуры), которая встречается
у ряда литых металлов (например, бериллия) вследствие специфических условий затвердевания расплава. Большой недостаток некоторых литых сплавов (например,
быстрорежущих сталей и некоторых жаропрочных сталей) - резкая неоднородность
локального состава, вызванная ликвацией при затвердевании. Размеры и форму
структурных элементов спечённых материалов легче регулировать, и главное, можно получать такие типы взаимного расположения и формы зёрен, которые недостижимы для плавленого металла. Благодаря этим структурным особенностям спечённые металлы более термостойки, лучше переносят воздействие циклических колебаний температуры и напряжений, а также ядерного облучения, что очень важно для
материалов новой техники.
П. м. имеет и недостатки, тормозящие её развитие: сравнительно высокая стоимость металлических порошков; необходимость спекания в защитной атмосфере,
что также увеличивает себестоимость изделий П. м.; трудность изготовления в некоторых случаях изделий и заготовок больших размеров; сложность получения металлов и сплавов в компактном беспористом состоянии; необходимость применения
чистых исходных порошков для получения чистых металлов.
Недостатки П. м. и некоторые её достоинства нельзя рассматривать как постоянно действующие факторы: в значительной степени они зависят от состояния и развития как самой П. м., так и др. отраслей промышленности. По мере развития техники П. м. может вытесняться из одних областей и, наоборот, завоёвывать другие.
Впервые методы П. м. разработали в 1826 П. Г. Соболевский и В. В. Любарский для
изготовления платиновых монет. Необходимость использования для этой цели П. м.
11
была обусловлена невозможностью достижения в то время температуры плавления
платины (1769 °С). В середине 19 в. в связи с развитием техники получения высоких
температур промышленное использование методов П. м. прекратилось. П. м. возродилась на рубеже 20 в. как способ производства из тугоплавких металлов нитей накала для электрических ламп. Однако развивавшиеся в дальнейшем методы дугового, электроннолучевого, плазменного плавления и электроимпульсного нагрева позволили получать не достижимые ранее температуры, вследствие чего удельный вес
П. м. в производстве этих металлов несколько снизился. Вместе с тем прогресс техники высоких температур ликвидировал такие недостатки П. м., ограничивавшие её
развитие, как, например, трудность приготовления порошков чистых металлов и
сплавов: метод распыления даёт возможность с достаточной полнотой и эффективностью удалить в шлак примеси и загрязнения, содержавшиеся в металле до расплавления. Благодаря созданию методов всестороннего обжатия порошков при высоких температурах в основном преодолены и трудности изготовления беспористых
заготовок крупных размеров.
В то же время ряд основных достоинств П. м. - постоянно действующий фактор,
который, вероятно, сохранит своё значение и при дальнейшем развитии техники.
Резюме по теме.
Использование вторичных материальных ресурсов позволяет достичь существенной
экономии ресурсов, однако на пути их внедрения стоит ряд организационнотехнических и социальных проблем, которые, вероятнее всего, будут разрешены в
будущем с развитием науки и техники.
Вопросы для самопроверки.
1 Вторичные материальные ресурсы (ВМР). Источники ВМР.
2 Отходы как ВМР.
3Разработка и реализация региональных программ использования отходов.
4 Специализированный банк данных ВМР (СБД ВМР).
5 Порошковая металлургия.
12
Литература
1.
Собинов Л.А. Вторичные материальные ресурсы промышленности. М.
1996.
2.
Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 года. Под ред. Старши-
нова Ю.Н. М. 1980.
3.
Красин А.К. Развитие энергетики и ее сырьевые ресурсы. Мн. 1982.
4.
Азаматов Р.А., Дажин В.Г., Кулаков А.Т., Модин А.И. Восстановление
деталей автомобилей КамАЗ /Под ред. В.Г. Дажина. – Наб. Челны: КамАЗ,1994.-215
с.;
13