Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ БЕЗУБЫТОЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ РЕЦИКЛИНГА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ

Черный С.А. Кудрявский Ю.П. Голев А.В.

Эколого-экономическая составляющая Концепции Устойчивого Развития, реализуемой в настоящее время во многих странах, подразумевает сохранение природно-ресурсного потенциала планеты [1]. Кроме вырабатываемых ограничений разумного потребления, несомненно, одним из наиболее эффективных инструментов для ресурсосбережения являются технологии рециклинга. Внедрение указанных технологических процессов актуально для промышленных предприятий, которые являются масштабными продуцентами отходов, которые не только загрязняют природную среду, но и, в то же время, содержат богатый набор ценных составляющих. Используемые сегодня технологии получения целевой продукции в горно-добывающей, химической, металлургической промышленности неэффективны, до 75÷95% перерабатываемого на предприятиях данных отраслей сырья переходит в отходы, что приводит к неоправданным экономическим потерям. При этом характерно, что продуцируемые на  таких производствах отходы, часто богаче по извлекаемым элементам, чем исходные руды и концентраты, а также практически не содержат пустой породы и находятся в удобном для повторной переработки измельченном виде, поэтому могут рассматриваться как вторичное техногенное сырье [2].

Из производственной практики известно, что полное извлечение полезных веществ и соединений из любого вида сырья бывает экономически нецелесообразно, поэтому перед технической реализацией той или иной технологической схемы целесообразно определить экономический оптимум процесса, используя математические модели [3]. С этих позиций представляет интерес возможность определения минимального количества отходов, которое необходимо переработать для обеспечения безубыточности рециклинга.

Для получения искомой границы будем рассуждать следующим образом. При организации схемы рекуперации отходов в общем случае их объем fбудет состоять из двух частей: перерабатываемого объема - f и неперерабатываемого - f, т.е.

f  (1)

С другой стороны этот же общий объем отходов есть сумма всех индивидуальных количеств компонентов f, входящих в его состав:

f,        (2)

где i -  вид компонента, i=1÷n, n- число ценных компонентов , содержащихся в отходах.

Поэтому в соответствии с (1) любое ценный компонент можно также представить как сумму перерабатываемой fи неперерабатываемой f частей. С позиций какого-либо индивидуального ценного компонента с учетом его коэффициента извлечения fпо существующей технологии его извлеченное количество fможно найти по следующей формуле:

f                              (3)

Возможная выручка Bi от продажи данного количества i-го ценного компонента c учетом его цены Цi будет тогда равна:

f               (4)

Прибыль от продажи f в этом случае рассчитаем как разность между выручкой f и затратами собственно на переработку количества f, извлечение количества fценного компонента и его сбыт - f, а также затратами экологического характера f, связанными с обезвреживанием неперерабатываемой части общего количества ценного компонента, рассматриваемого уже в качестве токсиканта:

     f              (5)

Очевидно, что затраты на переработку и сбыт продуктов из извлеченных ценных компонентов определяются технологией извлечения и организацией сбыта, а экологические затраты - технологией обезвреживания, экологическими нормативами и токсичностью отходов.

Для дальнейшего построения критерия перейдем к соответствующим удельным затратам, т.е. приходящимся на единицу массы отходов. Тогда можно записать:

f                                (6)

f                 (7)

где f и f - удельные затраты на обезвреживание и переработку ценного компонента i-го вида.

Исходя из этого, прибыль Пi будет определяться так:

f     (8)

Назовем удельной прибылью f разницу между ценой i-го ценного компонента Цi и затратами на его извлечение и сбыт f:

f                         (9)

Тогда выражение (8) примет вид:

f                      (10)

Как известно из экономики, условием безубыточности любого процесса производства будет неотрицательность прибыли от сбыта продукции, тогда для рассматриваемого i-го ценного компонента [4]:

f        (11)

Отсюда получаем критерий эффективности переработки отходов для извлечения i-го ценного компонента:

f                    (12)

Т.е. доля перерабатываемой части отходов f с позиций экономической эффективности для индивидуально извлекаемого i-го ценного компонента должна быть не менее значения правой части неравенства, в измененном более полном виде критерий выглядит следующим образом:

f                        (13)

Этот критерий носит комплексный характер - необходимое для переработки количество отходов определяется коммерческой ликвидностью извлекаемого продукта, совершенством технологии переработки отходов и их токсичностью. При этом малоприбыльные, но высокотоксичные отходы необходимо перерабатывать практически полностью при их вовлечении в процесс утилизации .

Если переходить к рассмотрению отходов как к сумме ценных компонентов, то необходимо учитывать, что при извлечении различных компонентов fразличны для различных i. Для упрощения расчетов можно использовать среднее значение f для всех ценных компонентов, которое вычисляется так:

f             (14)

Также можно рассчитать средние удельные затраты на переработку f и обезвреживание отходов f, которые можно определить путем деления соответствующих суммарных затрат, произведенных за отчетный период на количество перерабатываемых или обезвреживаемых за это время отходов:

                                                                                  f f               (15)

Кроме того, для вычисления средней удельной прибыли f необходимо рассчитать среднюю цену f, как в (9):

f                     (16)

Тогда, учитывая, что:

f                          (17)

получим новый вид количественного критерия (13) уже для суммы ценных компонентов:

f                            (18)

Однако, при переработке отходов необходимо учитывать еще один важный фактор - неравномерный переход ценных компонентов из минерального сырья в металлургические отходы, при этом происходит не только концентрация вещества в отходах, но и концентрация стоимости в них. Ввиду этого переработка 1 т отходов дает другую выручку, нежели переработка 1 т первичного минерального сырья. С учетом этого, вместо рассчитанного выше f в формулах следует использовать средний коэффициент извлечения стоимости f, который можно рассчитать по формуле:

         f                   (19)

где f - коэффициент количественной концентрации ценных компонентов в отходах.

Тогда формула (19) переходит в окончательный комплексный количественный критерий, учитывающий возможную концентрацию стоимости в перерабатываемых производственных отходах:

f                        (20)

В чем же практический смысл данного критерия? В случае выработки решения о реализации тех или иных новых технологических схем рециклинга, в первую очередь, проводят анализ получаемых отходов на предмет содержания в них ценных компонентов. При этом обычно известны как среднерыночные цены на продукты из извлеченных ценных компонентов, так и прогнозируемые в соответствии с техническим решением объемы отходов. Кроме того, из существующей на предприятии технико-экономической и экологической практики можно дать предварительную оценку суммарным затратам на обезвреживание отходов и извлечение ценных компонентов. Этих данных достаточно, чтобы оценить долю перерабатываемых отходов, необходимую по данной технологии рециклинга для компенсации затрат на извлечение. Для альтернативной технологии утилизации отходов величина критерия (19)- (20) может оказаться другой, а стало быть возможен выбор более эффективного варианта ресурсо- и природосберегающей технологии [5]. Кроме того, зная порог безубыточности переработки отходов, возможно оценить будущие выгоды от внедрения схемы рециклинга.

В качестве демонстрации указанного критерия на практике, рассчитаем значения f по формулам (19) и (20) для редкометаллического производства, где в настоящее время внедряется усовершенствованная технологическая схема обезвреживания и утилизации отходов. Основная идея внедряемой технологии [6] заключается в сокращении за счет замены реагентов, используемых для нейтрализации и дезактивации стоков редкометалльного производства, массы получаемых отходов, которые предлагается после соответствующей сушки и прокалки возвращать на передел хлорирования основного минерального сырья - лопаритового концентрата. Подобная схема рециклинга может быть реализована вследствие схожести составов лопарита и осадка, получаемого после нейтрализации и дезактивации жидких отходов производства (см. табл. 1) [7]. Извлечению подлежат соединения тантала, ниобия, титана и редкоземельных элементов, они же и рассматриваются в расчетах как ценные компоненты.

Таблица 1. Химический состав кека от нейтрализации и дезактивации цеховых обмывочных вод в условном пересчете на прокаленное вещество

Среднее содержание компонента, в масс. %

Соединения

Ta2O5

Nb2O5

TiO2

РЗЭ

Fe2O3

Al2O3

ThO2

SiO2

Получаемый кек

1,26±

0,26

11,12±

2,22

28,29±

7,30

17,79±

3,12

18,78±

3,44

5,81±

1,64

2,23±

0,70

2,32±

0,89

Лопаритовый концентрат

0,58±

0,04

7,71±

0,50

36,81±

1,86

31,60±

1,31

1,05±

0,17

1,0±

0,50

0,62±

0,03

2,01±

0,19

В таблице 2 приведены некоторые технико-экономические показатели, которые рассчитаны по данным завода и будут использоваться для определения критерия (19)-(20) по внедряемой технологии, а также, собственно, и итоговые значения f, рассчитанные как по количеству отходов, так и с учетом концентрации стоимости в перерабатываемых кеках. Из таблицы 2 видно, что доля переработки отходов для обеспечения безубыточности технологии рециклинга составляет около ~ 20%, причем f по выручке меньше данного показателя по количеству ввиду возрастающей концентрации стоимости в продуцируемых отходах.

Данный примерный расчет выполнен по целевым ценным компонентам - соединениям Ta, Nb, Ti и редкоземельных элементов (РЗЭ) - извлекаемым на сегодняшний день. В дальнейшем спектр целевой продукции может быть расширен, например, за счет извлечения тория в связи с новыми направлениями развития ядерной энергетики, тогда порог безубыточности может сдвинуться в сторону уменьшения.

Таким образом, предлагаемый критерий позволяет получать укрупненную оценку эколого-экономической эффективности реализуемых технологий рециклинга производственных отходов без детализированных технико-экономических расчетов, в том числе еще на стадии разработки и внедрения проектируемого технологического процесса.

Таблица 2. Технико-экономические характеристики технологии утилизации отходов редкометалльного производства

Средние удельные экологические затраты на обезвреживание неперерабатываемых отходов

≈ 23,1 тыс.руб./т

Возможная выручка от продажи извлекаемых из отходов ценных компонентов, млн.руб./ год

≈ 26,4

Средний коэффициент извлечения ценных компонентов

≈ 0,98

Средний коэффициент извлечения стоимости при переработке отходов

≈ 1,59

Средние удельные издержки на извлечение ценных компонентов

≈ 84,8 тыс.руб./т

Средняя удельная прибыль от продажи ценных компонентов, извлеченных из отходов, тыс. руб./т

≈ 69,2

Расчетный критерий безубыточности f.%

 

количественный

≈ 23

стоимостной

≈ 16

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

  1. The World Bank. Johannesburg 2002. World Summit on Sustainable Development, 26 August to 4 September, 2002 / Материалы Мирового Банка. Базы данных РРЭЦ на сайте http://lib.rusrec.ru
  2. Лотош В.Е. Переработка отходов природопользования. - Екатеринбург, Изд-во УрГУПС, 2002. - 463 с.
  3. Холина В.Н. Основы экономики природопользования - СПб.: Питер, 2005. - 672 с.
  4. Папенов К.В. Экономика природопользования - М.: ТЭИС, 2006. - 928 с.
  5. Выварец А.Д., Дистергефт Л.В., Набойченко Е.С. Оценка эколого-экономической эффективности альтернативных технологий производства цветных металлов // Цветные металлы. 2004. № 7. с. 9-12
  6. Кудрявский Ю.П., Черный С.А., Рахимова О.В. Анализ экономической эффективности технологии обезвреживания и дезактивации сточных вод редкометалльного производства // Фундаментальные исследования. 2005. № 10. с. 19-22
  7. Кудрявский Ю.П., Рахимова О.В., Черный С.А. Особенности формирования жидких и твердых радиоактивных отходов при переработке лопаритовых концентратов // Цветные металлы.2007. №4. с.111-116

Библиографическая ссылка

Черный С.А., Кудрявский Ю.П., Голев А.В. КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ БЕЗУБЫТОЧНОСТИ ТЕХНОЛОГИЙ РЕЦИКЛИНГА ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ОТХОДОВ // Успехи современного естествознания. – 2007. – № 11. – С. 72-76;
URL: https://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=11792 (дата обращения: 29.11.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074