Производство каких цветных металлов является наиболее грязным
Обновлено: 15.05.2024
Металлургическая отрасль находится на втором месте среди всех других отраслей промышленности по атмосферным выбросам. Предприятия черной и цветной металлургии при извлечении металлов вынуждены использовать руду с очень низким содержанием полезных компонентов. Таким образом, на обогащение и плавку поступает огромный объем руды, а это, в свою очередь, порождает большие количества отходящих газов из неиспользуемых компонентов. Именно загрязнение атмосферы является главной причиной экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических гигантов. Выбросы из труб приводят к загрязнениям почв, уничтожению растительности и образованию техногенных пустошей вокруг крупных заводов. К тому же, экологические проблемы отечественной металлургии обостряются из-за высокого износа оборудования и устаревших технологий. По данным Минпромэнерго, до 70% всех мощностей в отечественной металлургической промышленности являются изношенными, устаревшими и убыточными.
Как следует из подготовленного Росстатом бюллетеня "Основные показатели охраны окружающей среды", на металлургию (черную и цветную) приходится примерно треть всех промышленных выбросов в атмосферу, в то время как продукция металлургических предприятий составляет лишь 17% от общего объема промпроизводства.
Предприятия черной металлургии "специализируются", прежде всего, на оксиде углерода, которого выбрасывают в воздух по 1,5 млн. тонн в год. Производители цветных металлов больше "предпочитают" диоксид серы, которым обогащают атмосферный воздух на 2,5 млн. тонн ежегодно. Всего металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу 5,5 млн. тонн загрязняющих веществ. Все это в итоге выпадает на головы жителей крупных металлургических центров. Существуют регионы, для которых присутствие металлургического комбината становится главной, если не единственной экологической проблемой. Крупные металлургические центры - Кемерово, Липецк, Магнитогорск и Новокузнецк - включены в список городов с наибольшим уровнем загрязнения атмосферного воздуха. Аэрогенная нагрузка загрязняющих веществ в городах Орске и Новотроицке составила 0,71т/жителя и 1,9т/м2, 0,83т/жителя и 1,7т/м2 соответственно. От деятельности металлургических предприятий страдают не только атмосферный воздух, но и поверхностные и подземные воды, и почва.
Цель курсовой работы: Выяснить какое негативное воздействие оказывает металлургическое производство на окружающую среду, и разработать план мероприятий по снижению этого воздействия.
Загрязнение окружающей среды предприятиями металлургической отрасли
В мире потребляются миллиарды тонн минерального сырья, топлива, воды, атмосферного кислорода, а в готовый продукт переходит около 1% затраченных природных ресурсов. При этом ежегодно в атмосферу выбрасывается ок. 1 млрд. т аэрозолей и газов (в т.ч. СО, SO2, NO, NO2), приблизительно столько же сажи; в природные водоемы поступает больше 500 млрд. т промышленных и бытовых стоков.
Отходы и выбросы истощают запасы невозобновляемых природных ресурсов и оказывают вредное, а порой и смертельное влияние на окружающую среду и на условия жизни человека.
Наиболее серьезное влияние на ОС оказывает металлургия, в частности черная. Металлургия является энерго- и ресурсоемкой отраслью. При ежегодном потреблении нескольких тысяч тонн минеральных ресурсов в конечную продукцию переходит не более 30%, остальное же количество образуют отходы производства.
Так, металлургический завод полного цикла с производительностью 10 млн. т стали в год, до введения строгого контроля выбрасывал ежегодно в атмосферу больше 200 тыс. т пыли, 50 тыс. т соединений серы, 250 тыс. т оксида углерода, оксидов азота и др. веществ. Концентрация пыли в выбросах достигала 50-120 кг/т получаемой стали. В усовершенствованных металлургических процессах эти выбросы снижаются до 10 кг/т стали.
Газообразные выбросы металлургических заводов составляют около 2500 м3/т стали. Источником сернистых соединений, выбрасываемых в атмосферу, являются, главным образом, кокс (40-60%) и руда (5-30%). Со шлаками из металлургических агрегатов удаляется 45-55% серы, а в стальные изделия переходит до 6% серы, остальное количество серы выбрасывается в атмосферу. Главным источником выброса SO2 является агломерирование (45-55% от общих выбросов SO2). Значительное количество SO2 или H2S выбрасывается в атмосферу во время остывания и переработки шлака (10-35%). Остальное количество SO2 поступает в окружающую среду из труб котельных установок, сталелитейных и прокатных цехов.
Цианистый водород HCN присутствует, главным образом, в доменном газе. Концентрация его составляет, мг/м3: при производстве передельного чугуна 200-400, при производстве зеркального чугуна 300-400 и при производстве ферромарганца 1500-3500. Выбросы цианистого водорода агрегатами коксового завода могут достигать 0,5 кг/т кокса.
Окислы азота образуются в доменных, мартеновских и нагревательных печах, в печах коксохимического производства и в паровых котлах. В доменных печах источником выброса окислов азота являются доменные воздухонагреватели, в уходящих газах которых содержание NОx составляет (1,7ч6,6)·10-4%. Концентрация окислов азота в вертикальных каналах мартеновских печей при отоплении без интенсификаторов составляет в среднем 0,03%; при подаче кислорода она возрастает до 0,1% и в ряде случаев достигает 0,25%. Среднее количество выбросов окислов азота составляет 2,5 кг/т стали.
Содержание азота в уходящих газах металлургических газоиспользующих агрегатов различных производств приведено в таблице 1.1 .
Таблица 1.1 Содержание окислов азота в уходящих газах
Установки кипящего слоя
Окись углерода образуется в основном в агломерационных, коксохимических и доменных цехах, т.е. в технологических циклах, не являющихся основными потребителями газового топлива. Содержание СО в мартеновских печах с кислородной продувкой составляет 0,53 кг/т стали, а в уходящих газах печей прокатного производства невелико и при отработанном режиме работы не превышает 0,1%.
После предприятий ТЭК металлургия занимает второе место среди отраслей
промышленности по степени ущерба, наносимого ОС.
Черная металлургия включает предприятия, основная деятельность которых состоит в наполнении внутреннего рынка РФ. Кроме того, отрасль играет заметную роль на внешнем рынке страны. Наиболее крупные предприятия отрасли расположены в городах Липецкой, Свердловской, Челябинской областей, Красноярского края и ряде др. регионов.
За последнее десятилетие наблюдается заметное снижение производства основных видов продукции отрасли. Тем не менее, степень вредности влияния на ОС все еще высока.
Наиболее сильное воздействие черная металлургия оказывает на атмосферный воздух и
поверхностные воды, а также на уровень загрязненности подземных вод и почв.
Основные источники атмосферных выбросов в черной металлургии:
· в агломерационном производстве - агломерационные машины, машины для обжига окатышей;
· при производстве чугуна и стали - доменные, мартеновские и дуговые печи, установки непрерывной разливки стали, травильные отделения, ваграночные печи;
· дробильно-размольное оборудование, места разгрузки-погрузки и пересыпки материалов.
В городах, где расположены крупные предприятия отрасли, отмечаются высокие
уровни загрязнения воздуха несколькими примесями, в т.ч. высокого класса опасности. Максимальные концентрации примесей достигали 10-155 ПДК. Например, в Магнитогорске - этилбензола и диоксида азота NO2; в Новокузнецке - NO2. Снижение выбросов в последние годы происходит в основном за счет снижения объемов производства, а не за счет осуществления природоохранных мероприятий.
На долю черной металлургии приходится 1/7 всех атмосферных выбросов от промышленных стационарных источников. Особенно существенна доля 6-ти валентного хрома.
По объему сброса загрязненных стоков вклад отрасли оценивается на уровне 1/14 общего объема сброса сточных вод этой категории в целом по промышленности РФ. Тем не менее, ежегодно сбрасывается около 1 млн. м3 сточных вод, 85% из них - загрязненные.
Вместе со сточными водами сбрасываются значительные количества загрязняющих веществ, в т.ч. взвешенные частицы, сульфаты, хлориды, соединения железа, тяжелых металлов и т.п.
По данным аэрокосмической съемки снежного покрова, зона действия предприятий черной металлургии просматривается на расстоянии до 60 км от источника загрязнения.
В атмосферу, водоемы и почву в мире ежегодно выбрасывается больше 3 млрд. т твердых промышленных отходов, 500 км3 опасных стоков и около 1 млрд. т аэрозолей, разных по крупности частиц и химическому составу. Номенклатурный состав ядовитых загрязнений содержит более 800 веществ, в т.ч. мутагены, влияющие на наследственность;
канцерогены - на зарождение и развитие злокачественных новообразований; нервные и кровяные яды - на отдельные организмы и др. Содержание этих веществ в воздухе иногда в 3-10 раз превышает ПДК. Наиболее высокий уровень загрязнения в городских условиях характерен для тяжелых металлов, таких как, свинец, ртуть, хром и никель. Тяжелые металлы способны накапливаться в организме человека и приводить к тяжелым последствиям, так как они обладают мутагенными, канцерогенными и тератогенными (повреждающими зародыш действиями некоторых химических веществ и биологических агентов с возникновением аномалий и пороков развития) свойствами. Техногенная доля цинка и меди в атмосфере составляет примерно 75%, кадмия и ртути - 50, никеля - 30, кобальта - 10%. Наиболее высокой эмиссией отличается свинец; по различным оценкам она достигает 80%.
Таблица 1.2 Классификация промышленных отходов по гигиеническому принципу
§ 19. Металлургия
Металлургия состоит из двух отраслей: черная и цветная металлургия.
2. Что такое комбинат полного цикла?
Комбинат полного цикла — это предприятие чёрной металлургии, на котором осуществляются все технологические стадии производства чёрного металла: добыча руды — обогащение руды — выплавка чугуна — выплавка стали — прокат.
3. Какие существуют виды металлов?
Металлы делятся на черные и цветные. Цветные металлы делятся на редкие, легкие, тяжелые и благородные.
Как вы думаете
Как менялась роль металлургии в процессе развития человеческого общества?
Первые упоминания об использовании металлов появились в 5 тысячелетии до нашей эры. Тогда человек впервые смог расплавить металл, чтобы изготовить из него подручные инструменты. Изначально металл использовался для изготовления орудий труда и оружия. Металлическое оружие явно превосходило по характеристикам любое другое, которое существовало в то время. Со временем человек узнал о существовании золота и серебра, которые в дальнейшем стали основным денежным эквивалентом. Чем больше человек постигал новые технологии, тем больший спектр применения металлов он находил. За последние 500 лет люди научились обрабатывать и использовать в своих целях все известные металлы. Новые свойства металлов, которые потенциально можно использовать в промышленных целях открываются учеными постоянно.
Металлургический комплекс любой страны является одним из основных секторов промышленности этой страны. К основным подразделам металлургии относятся производство металлов и их добыча из природного сырья, сварка, обработка металлов и получение сплавов. Разные секторы металлургии занимаются изготовлением разных металлических изделий, которые включают в себя арматуру, трубы, металлические конструкции. Наиболее ценятся изделия, которые объединяют в себе надежность и легкость.
1. Какие отрасли входят в состав металлургии?
2. Какие виды ресурсов необходимы для работы предприятий чёрной металлургии?
Основным исходным сырьём для получения чёрных металлов являются железная руда, марганец, коксующиеся угли и руды легирующих металлов.
3. Какие факторы определяют размещение предприятий чёрной металлургии?
На размещение предприятий чёрной металлургии влияют несколько факторов:
— сырьевой (близость к месторождениям руды);
— топливный (близость источника коксующегося угля);
— транспортный (особенно важный для предприятий, работающих на привозном сырье, вдали от источников руды и угля);
— экологический (предприятия чёрной металлургии, особенно устаревшие и использующие доменный процесс, являются одними из самых «грязных» производств);
— потребительский (наличие потребителя стали — крупных машиностроительных центров).
4. Что отличает цветную металлургию от чёрной?
Особенностью руд цветных металлов является низкое содержание металла в руде. Поэтому производство этих металлов проходит в два этапа: обогащения руды, приводящего к повышению содержания металла в ней, и собственно выплавки металла.
5. Производство каких металлов является основой цветной металлургии?
Цветная металлургия обеспечивает потребности мирового хозяйства примерно в 70 металлах. Однако основная доля выплавки приходится на алюминий (более 45%), медь (более 25%), цинк (16%) и свинец (11%).
А теперь более сложные вопросы
1. Как вы объясните тот факт, что Япония долгие годы занимает одно из первых мест в мире по производству стали? За счёт чего это ей удаётся?
Стальная промышленность Японии развита традиционно, поскольку эта страна имеет высокоразвитые технологии и ресурсы для производства электроэнергии, необходимого для промышленности. Очень важную роль играет и местоположение страны, и торговый флот, способствующий скупке сырья и продажи готовых изделий. Высокое качество стали гарантируется высокими стандартами. Такой интерес к стальной промышленности вызвано тем, что страна занимает лидирующие позиция в автопромышленности и кораблестроения.
2. Каковы главные тенденции в изменении размещения современной металлургии?
Из-за высоких тарифов на транспорт и электроэнергию производства размещают в непосредственной близости от добычи или от источников производства электроэнергии.
Современные, так называемые, мини-заводы либо приближены к потребителю, либо — к источникам металлолома. Это предприятия неполного металлургического цикла: электропечь — прокатный стан.
Электропечи используют металлолом для выплавки стали, а прокатные станы выпускают, как арматурный прокат, использующийся в строительстве.
3. Почему алюминий и медь составляют большую часть выплавки цветных металлов?
Алюминий и медь ценятся из-за своих физических свойств, таких как хорошая электропроводность, легкость (у алюминия), гибкость (у меди). Кроме того, их запасы (особенно бокситов, сырья, из которых делают алюминий) очень большие. Алюминий широко используется в таких отраслях, как авиационная, автомобильная, электротехническая промышленности, в строительстве. Медь широко используемый металл в электронной и электротехнической промышленности, в производстве боеприпасов.
4. Почему Канада и Норвегия занимают лидирующее положение по выплавке алюминия, хотя не имеют запасов алюминиевых руд?
Канада и Норвегия завозят алюминиевый концентрат из африканских и латиноамериканских стран. При этом эти страны имеют очень большие гидроэнергетические ресурсы, а алюминий используется потом в автомобилестроении и в самолетостроении. В выплавке алюминия важна не только энергия, но и огромное количество чистой воды.
5. Чем отличается размещение предприятий цветной и чёрной металлургии?
Для предприятий черной металлургии главные факторы — сырьевой (близость к сырью), и рынок сбыты (близость). Для предприятий цветной металлургии главный фактор — энергетический (близость к источникам дешевой электроэнергии — ГЭС).
От теории к практике
Нанесите на контурную карту страны, перечисленные в таблицах 17 и 18. Используя карты атласа, обозначьте в пределах данных стран месторождения руд, определяющих специализацию их металлургического производства.
Влияние объектов цветной металлургии
К факторам, составляют значительное влияние на состояние окружающей среды относятся газообразные, жидкие и твердые отходы производства.
Загрязнение атмосферы
Ежегодно предприятиями цветной металлургии выбрасывается в атмосферу до 3000 тыс. Тонн вредных веществ. Загрязнение атмосферы предприятиями цветной металлургии характеризуется преимущественно выбросами SO2 (75% от суммарного выброса в атмосферу), оксидов углерода (10,5%) и пыли (10,4%).
Источниками образования вредных выбросов в производстве глинозема, алюминия, меди, свинца, олова, цинка, никеля и драгоценных металлов являются различные виды печей. Следует отметить, что в процессе Пирометаллургические переработки руд и концентратов образуется значительное количество отходящих серосодержащих газов, для утилизации которых отсутствуют экономически оправданные технологии. В результате степень улавливания диоксида серы на предприятиях цветной металлургии составляет 22,6%.
В производстве алюминия в атмосферу выбрасывается большое количество сернистых соединений и значительное количество пыли. Печь спекания выбрасывает в час 45 тонн пыли. Причем эта пыль содержит в себе токсичные пылевидного вещества такие как мышьяк и свинец, а потому особенно опасным. Поскольку алюминий получают электролизным способом, ток, протекающий через электролит, приводит к нагреву среды в ванне до высоких температур. Развиваются многочисленные химические реакции, происходит бурное выделение анодных газов, обогащенных пылью и вредными составляющими. В процессе производства одной тонны алюминия в атмосферу попадает около 27 кг фтора.
Окись углерода образуется в результате сгорания анодов, которые изготавливают из нефтяного кокса и других материалов, содержащих углерод и смолистые вещества. Аноды взаимодействуют с кислородом, выделяется с образованием СО2 и СО. Кроме этого на аноде выделяется фтор, образует CF4 и HF. В атмосферу выделяется (мг / м3):
- Смолистые вещества - ЗО - 40.
Температура анодных газов от 50 до 150 ° С, поэтому имеет место также тепловое загрязнение атмосферы.
В аналогичном степени происходит загрязнение атмосферного воздуха на предприятиях цветной металлургии (табл.3.10), по изготовлению меди, цинка, свинца, никеля и других металлов.
Выбросы в атмосферу в цветной металлургии (%)
Загрязнение гидросферы
Ежегодно в цветной металлургии используется в 1200 млн. М3 воды. Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены минеральными веществами, большинство из которых токсичность (цианиды, ксантогенаты, нефтепродукты и т.д.), солями тяжелых металлов (медь, цинк, свинец, никель), соединениями мышьяка, фторидами, меркурием, сурьмы, сульфатами, хлоридами и тому подобное. В производстве алюминия используется замкнутая система потребления воды, свежая вода необходима для подпитки системы. Значительное загрязнение воды происходит через поверхностный сток с территории предприятия. Алюминиевое производство относятся к тем производств, на которых по условиям технологии не в полной мер исключить поступление в сток специфических примесей с токсичными свойствами.
Производство цветных металлов потребляет большие количества воды, соответственно образуется большое количество отходов. Вода выполняет роль охлаждающей среды, растворителя реагентов,
транспортирует примеси. Сточные воды пирометаллургического производства нагретые и загрязненные механическими примесями. Сточные воды гидрометаллургического производства содержат реагенты выщелачивания, ионы металлов, мелкодисперсные примеси.
На производство 1 т металла затрачивается воды (м3):
А1 - 146 Рb и Zn - 360
Сu - 775 Те - 960
Ni - 2420 Mo - 2480
Загрязнение литосферы
Важной проблемой для предприятий цветной металлургии является загрязнение ландшафтов. На территориях заводов накапливается очень большое количество твердых отходов и шламов. Шламохранилища порой достигают по площади 200 га. Поверхность шламонакопителей со временем высыхает и ветер разносит пыль прилегающими к заводам территориями. Отходы также инфильтрируют в почву и попадают в подземные горизонты, загрязняя их.
На территории алюминиевых заводов накапливается особенно много промышленных отходов. Это красные шламы. Они хранятся под открытым небом в специальных шламонакопителях, которые занимают сотни гектаров. Например, площадь шламонакопителя Николаевского глиноземного завода занимает 188 га из общей площади завода 480 га. В настоящее время в шламонакопители находится 15 - 17 млн. Тонн красного шлама, причем ежегодно добавляется около 1 млн. Тонн. Очень важной проблемой является транспортировка глинозема и бокситов. Бокситы доставляют водой и в процессе выгрузки они сильно пылящих и загрязняют берега и воды водоемов. Глинозем везут вагонами, и поскольку он борошноподибний, то очень большое количество его высыпается и распыляется в атмосферу.
Шлаки является вторым продуктом металлургических процессов, которые образуются в технологиях производства цветных металлов - в процессах ошлакования (вывод в шлак) оксидов пустой породы и флюсов. Хотя шлаки могут быть и достаточно ценным сырьем, однако в большинстве случаев они отвальным продуктом, то есть
отходами металлургического производства. Выход шлаков в процессах плавки руд цветных металлов обычно большой и составляет 60 - 120% от массы рудной части шихты. Основными компонентами шлаков является SiO2, FeO, СаО, а также А12О3, MgO, ZnO.
В табл. 3.11 приведены данные по загрязнению почв у предприятий производства цветных металлов.
Содержание загрязнителей в почве у предприятий производства цветных металлов (мг / кг):
Глава 5. Экологическая характеристика производств
О.А. Федяева
Промышленная экология
Конспект лекций. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007. — 145 c.
5.20. Экологическая характеристика предприятий цветной металлургии
Предприятия цветной металлургии добывают, обогащают, перерабатывают полиметаллические руды, содержащие цветные металлы: свинец, цинк, медь, мышьяк, теллур, селен, кадмий, вольфрам, молибден, никель, олово и другие. При добыче, обогащении в металлургических производствах и сопутствующих цехах образуется большое количество твердых и жидких отходов, часть из которых утилизируется, а большая часть складируется в отвалах, шламо- и хвостохранилищах, накопителях.
Источниками загрязнения окружающей среды являются:
— вскрышные породы, как правило, нигде не используются. Лишь на единичных предприятиях они помещаются в отработанные пространства или используются для засыпки отвалов;
— отвальные шлаки металлургических производств после грануляции вывозятся в отвалы, которые не рекультивируются и нарушают природный ландшафт;
— шламы глиноземного, криолитового производства, суперфосфатного производства по системе гидротранспорта направляются для осаждения в шламонакопители;
— пылегазовые выбросы, которые рассеиваются в атмосферном воздухе, оседают на почву, на растения, открытые водоемы и загрязняют свинцом, медью, цинком, ртутью, никелем, сурьмой, мышьяком и другими веществами, что наносит ущерб плодородию почв, качеству растений, открытым водоёмам;
— токсичные отходы мышьяка образуются при очистке стоков сернокислотных производств или являются сопутствующими рудными загрязнителями.
Массивным источником загрязнения окружающей среды являются рудничные сточные воды. Нейтрализация и осаждение цветных металлов в шламохранилищах известковым молоком достигается КПД до 80 – 89 %. Сточные воды обогатительных фабрик подвергаются локальной очистке от цианидов (активным хлором), роданидов, ксантогенатов, дитиофосфатов (жидким хлором, хлорной известью, гипохлоридом кальция и натрия, реже озоном). Вместе с тем полной нейтрализации и осаждения не достигается и значительные количества мышьяка, меди, цинка, вольфрама, свинца, фтора, молибдена попадают в шламонакопители. После отстаивания в шламонакопителях осветленные сточные воды используются частично для оборотного водоснабжения, а часть их в период паводков и ливневых дождей попадает в открытые водоемы. Донные отложения, обогащённые цветными металлами, являются вторичным массивным источником загрязнения водоемов. Дамбы шламонакопителей, сухие отвалы, отработанные шламовые поля подвергаются ветровой и водной эрозии, что обусловливает вторичное загрязнение окружающей среды. Кардинальное решение вопросов очистки сточных вод и полная утилизация твердых отходов, осевших в шламонакопителях, являются гарантией рациональной защиты окружающей среды от загрязнения токсичными металлами от предприятий цветной металлургии.
Специфическими загрязнителями для предприятий цветной металлургии являются по производствам: медеплавильное — мышьяк, медь, свинец, цинк, железо; суперфосфатный цех — фтор, мышьяк, фосфор; никелевое — хлориды, сульфаты, аммиак, никель, кобальт; вольфрамо-молибденовое — хлориды, сульфаты, аммиак, вольфрам, молибден, медь, мышьяк; свинцово-цинковое — свинец, цинк, медь, мышьяк, кадмий; сурьмяное — сурьма, ртуть, никель, цинк; ртутное — ртуть, сурьма, никель, цинк; алюминиевое — фтор, алюминий, смолистые вещества, бенз/а/пирен.
Для цветной металлургии характерна организация замкнутых технологических схем с многократной переработкой промежуточных продуктов и утилизацией различных отходов. В перспективе эта тенденция усилится. Одновременно расширяются пределы производственного комбинирования, что даёт возможность кроме цветных металлов получать дополнительную продукцию — серную кислоту, минеральные удобрения, цемент др.
Цветная металлургия России, занимая по общему количеству пылевых выбросов в атмосферу четвертое место после теплоэнергетики, промышленности строительных материалов и черной металлургии, является лидером по разнообразию пылегазовых смесей, подлежащих очистке. Наиболее пылящими являются предприятия, производящие никель и медь.
Одним из основных факторов, определяющих состав аппаратов, входящих в технологические системы пылеулавливания, как по конструкции, так и по принципу действия является высокая точка росы (210-250 о С). Это связано с высоким содержанием сернистого (3–30 %) и серного (1-3 %) ангидридов, что практически исключает применение аппаратов фильтрационного принципа действия, таких, как тканевые (рукавные) фильтры. Кроме того, склонность к зарастанию вследствие высокой влажности исходного концентрата и низкая степень пылеулавливания (60-70 %) предопределили полную замену таких устройств на агломерационной фабрике ОАО «Норильская горная компания» системами мокрого пылеулавливания. В системах мокрого пылеулавливания были использованы средненапорные скрубберы Вентури (ΔР = 3000 Па) с форсуночной подачей орошающей жидкости, скоростью газов в горловине 70-75 м/с и диаметром горловины не более 600 мм. Они хорошо вписываются в технологические схемы производства, так как технологическое сырьё на предприятия поступает в виде сгущенной пульпы и уловленные продукты обрабатываются в технологических сгустителях совместно с сырьем. Однако при этом применение систем мокрого пылеулавливания сопровождается выбросом значительного количества (3-6 г/м 3 ) аэрозолей кислоты, разрушающей газоходы, поверхности зданий и кровли. Таким образом, для повышения степени пылеулавливания необходимо снижать каплеунос и интенсифицировать процесс каплеулавливания.
Одним из основных способов подготовки газов к очистке является коагуляция частиц с помощью различных устройств. Необходимость проведения коагуляции становится очевидной при сравнении удельных энергозатрат, потребных для улавливания аэрозолей различной дисперсности. Известно, что для улавливания азрозолей размером 0,1 мкм требуется затратить в 50 раз больше энергии, чем для удаления частиц размером 10 мкм.
Капли аэрозоля, получаемые в результате конденсации мокрых газоочисток агломашин и электродуговых печей никелевого производства, имеют размер 0,2-5 мкм. Капли такого размера можно эффективно улавливать с помощью высоконапорного скруббера Вентури, однако энергозатраты при этом настолько велики, что это устройство практически не применяют. Использование мокрого электрофильтра ограничено сравнительно низкой производительностью по газу и высокими капитальными затратами.
Предварительная электризация капельного аэрозоля в поле коронного разряда за счет коагуляции позволяет значительно укрупнить капли и применить простой и экономичный инерционный жалюзийный каплеуловитель.
С помощью разработанного мокрого инерционного электростатического фильтра (МИЭФ), в котором процессы предварительной коагуляции в неоднородном электрическом поле коронного разряда и инерционного каплеулавливания происходят одновременно, можно эффективно улавливать капельные аэрозоли указанного размера.
Промышленные испытания показали высокую эффективность применения данной установки. При длине зарядного поля всего 0,5 м и скорости 6,3 м/с степень пылеулавливания составляет 88 %. В результате применения МИЭФ выбросы капельного аэрозоля серной кислоты сократятся на 11170 т в год, а выбросы пыли — на 250 т в год, что позволит заметно улучшить экологическую обстановку в промышленном районе.
Согласно химическому составу, шлаки цветной металлургии могут быть условно объединены в три группы. В одну из них можно объединить шлаки никелевых заводов и определенную часть шлаков медных заводов, отличающихся малым содержанием цветных металлов и железа. Извлечение ценных компонентов из таких шлаков экономически нецелесообразно, поэтому наиболее приемлемым путем их использования является переработка в строительные материалы и изделия. Вторую группу составляют медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием железа, малым содержанием меди и присутствием до 5 % цинка и свинца. Такие шлаки целесообразно перерабатывать лишь при комплексном извлечении из них цинка, свинца и железа с одновременной утилизацией силикатной части. Наконец, в третью группу следует объединить оловянные и свинцовые шлаки, а также некоторые медные шлаки, отличающиеся значительным содержанием цинка, свинца и олова, что делает экономически целесообразным их извлечение из шлаков даже без комплексной переработки последних.
Технология переработки шлаков цветной металлургии выбирается в зависимости от их состава и физико-химических свойств (вязкость, плавкость, фазовый состав, структура, энтальпия, электропроводность и др.). В промышленности для переработки шлаков с целью извлечения их ценных компонентов используются способы фъюмингования, вельцевания и электротермической обработки.
Процесс фъюмингованяя широко используется для переработки цинксодержащих свинцовых шлаков. Суть процесса заключается в том, что через слой расплавленного шлака, находящегося в шахтной печи, продувают под давлением воздух с угольной пылью. При этом воздух подают в количествах, недостаточных для полного сжигания угля, что приводит к образованию оксида углерода, восстанавливающего содержащиеся в шлаке оксиды металлов. Образующиеся пары металлов окисляются над расплавом воздухом до оксидов, уносимых газовым потоком из печи и отделяемых затем в пылеуловителях.
Работа шлаковозгоночной фъюминг-печи является периодической. Заливка жидкого шлака продолжается обычно 10-15 минут и с её началом производится подача в печь воздушной пылеугольной смеси, продолжающаяся 1,5-2 часа. В расплав можно вводить добавки твердых шлаков. По окончании продувки в течение примерно 10 минут производится выпуск шлака из печи, после чего шлак гранулируют непосредственно или после отстаивания с целью выделения бедного штейна при наличии в шлаке меди и серебра. Шахтные фъюминг-печи позволяют перерабатывать 250-700 т шлаков в сутки.
Переработка шлаков вельцеванием проводится в горизонтальных наклонных трубчатых вращающихся печах в присутствии восстановителя при температурах 1100-1200 °С. В таких условиях при непрерывном перемешивании реакционной массы протекают реакции восстановления цинка, свинца и редких элементов до металлов. Возогнанные пары металлов окисляются над шихтой до оксидов, уносимых из печи и улавливаемых в системах очистки газов. При вельцевавании переработке подвергают сырье с зернением 3-5 мм и кокс (50-55 % от массы шихты) с размером зерен до 15 мм. Приготовленную из этих компонентов шихту непрерывно загружают в печь, через которую она проходит в течение 2-3 часов. При недостатке тепла в разгрузочном конце печи устанавливают газовую (мазутную) горелку. В этом случае к технологическим газам добавляются топочные.
Присутствующий в шихте сульфид свинца сплавляется с сульфидами других металлов и образует штейн, стекающий к разгрузочному концу печи. Содержащиеся в шихте благородные металлы и медь в условиях процесса вельцевания не возгоняются и практически нацело остаются в твердом остатке вельцевания — клинкере, который при значительном содержании этих металлов затем перерабатывают с целью их извлечения. Степень извлечения свинца и цинка в возгоны при вельцевании составляет ≥ 90 %.
При электротермической переработке можно обрабатывать как жидкие (в отличие от вельцевания), так и твердые (в отличие от фъюмингования) шлаки. При переработке отвальных шлаков плавку ведут в руднотермических печах. Электроды печи погружаются в шлак, служащий телом сопротивления. Электротермическая переработка шлаков представляет собой восстановительный процесс взаимодействия расплава с находящимся на его поверхности коксом. В результате протекания при 1250-1500 °С ряда окислительно-восстановительных процессов происходит восстановление цинка, возогнанные пары которого направляются в конденсатор, где цинк превращается в жидкий металл, подвергаемый ликвации с последующим рафинированием или отливкой в чушки для отправки потребителям. Несконденсированный в металл цинк улавливается в виде пыли в пылеуловителях.
После возгонки цинка шлак сливают из печи и передают в отвал или на извлечение железа с одновременным использованием его силикатной части. Отделяемый штейн с достаточной концентрацией меди передается в медеплавильное производство. Свинец, отделяемый от цинка при ликвации, вместе с черновым металлом, образующимся в электропечи, передается на рафинирование.
Следует отметить, что перечисленные шлаковозгоночные процессы не обеспечивают полного извлечения всех ценных компонентов из перерабатываемых шлаков. Фьюмингование и вельцевание, в частности, позволяют извлекать из шлаков цинк и свинец, однако не обеспечивают необходимого их удаления, а также извлечения меди, благородных металлов и железа. Поэтому прошедшие переработку шлаки не являются отвальными. На практике эти процессы используют для переработки шлаков, образующихся при плавках медно-цинковых и свинцовых концентратов, так как значительное содержание в таких шлаках цинка и свинца обеспечивает рентабельность их извлечения.
Помимо перечисленных способов переработки шлаков цветной металлургии разработаны и продолжают разрабатываться другие способы, направленные на комплексное использование металлургического сырья: карбидотермический (осуществляемый в электропечах с использованием в качестве флюса известняка и коксика), цементационный (основанный на восстановлении оксидов металлов из шлаковых расплавов высокоативным углеродом, растворённым в специально добавляемом науглероженном чугуне, а также образующимся при разложения метастабильной фазы цементита Fe3C жидкого чугуна под слоем шлака), газоэлектротермический (обработка шлакового расплава в электропечи природным газом), флотация (для медленно охлажденных шлаков после их тонкого измельчения), магнитная сепарация (для клинкера процесса вельцевания) и др. Эти способы ещё не получили широкого промышленного применения, хотя ряд из них обеспечивает получение отвальных шлаков и, следовательно, возможность использования их силикатной части в качестве сырья для производства шлаковых плит и фасонных изделий (для полов и футеровки), минеральной ваты, металлошлаковых труб, шлакоситаллов, заполнителей бетонов и других строительных материалов. Технология соответствующих производств на основе шлаков цветной металлургии аналогична таковой, используемой при переработке шлаков чёрной металлургии. Некоторые шлаки цветной металлургии непосредственно могут перерабатываться в щебень, песок и другие строительные материалы, а в гранулированном виде — использоваться в цементном производстве.
Наряду с вышеизложенным разработка мало- и безотходной ресурсосберегающей технологии в цветной металлургии связана с совершенствованием, модернизацией и заменой пирометаллургических производств — внедрением в практику автогенных (плавка в жидкой ванне, взвешенная кислороднофакельная плавка, плавка в кивцэтных агрегатах — кислородно-взвешенная циклонная электротермическая плавка и др.) и гидрометаллургических процессов.
Перечисленные автогенные процессы в своем большинстве не обеспечивают получения отвальных шлаков, однако значительно сокращают вредное влияние пирометаллургических производств цветной металлургии на окружающую среду: некоторые из них позволяют существенно повысить содержание SO2 в отходящих газах и обеспечить таким образом возможность производства на базе последних серной кислоты, серы или жидкого диоксида серы.
Читайте также: