WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 |
ХИМИЯ ХИМИЯ ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ А. К. ЗАЙЦЕВ, Ю. В. ПОХВИСНЕВ Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) ВВЕДЕНИЕ ECOLOGY AND RECYCLING В сознании людей металлургия ассоциируется с большим экологическим злом. Колоссальные объемы переIN FERROUS METALLURGY рабатываемого сырья, широчайшее использование высокотемпературных технологий и процессов горения A. K. ZAYTSEV, Yu. V. POKHVISNEV предопределяют соответствующее воздействие на окружающую среду. Влияние металлургии на природу и чеMajor sources of iron-containing waste from ловека особенно велико в регионах расположения меferrous metallurgy and methods of its utilizaталлургических комбинатов большой мощности. Это tion are described. New Romelt technology to дополнительная плата за получение металлов – основы process waste and recover useful components is современной цивилизации. Жизнь человека невозможно представить без металлов, что находит отражение featured. The role of thermodynamic modeling даже в классификации эпох (бронзовый, железный веas a theoretical basis for solving recycling and ка). Так чт, металлургия действительно неизбежное ecological problems is discussed.

экологическое зло Еще 30–40 лет назад были прогнозы, согласно коРассмотрены основные источники образоторым объем произведенных к концу ХХ века металлов вания и способы утилизации накапливае(металлофонд) будет вполне достаточен для дальнеймых техногенных отходов в черной метал- шего существования и развития цивилизации. Поэтому задача металлургии свелась бы к многократному ислургии. Показаны возможности процесса пользованию (переплаву) имеющегося металлофонда.

Ромелт для переработки отходов и извлеПри таком развитии многие экологические и сырьевые чения полезных компонентов. Обсуждена проблемы металлургии должны были исчезнуть. Однароль термодинамического моделирования ко время показало несостоятельность этих прогнозов.

как теоретической основы решения ресур- Мировое производство чугуна и стали на рубеже веков достигло примерно 550 млн и почти 800 млн т соответсоэкологических задач.

ственно, то есть только треть производства стали обеспечивается переработкой вторичных ресурсов. Хотя использование металлофонда возросло, это не привело к существенному снижению производства “первородных” металлов из руд, что обусловлено двумя причинами. Основная – это возрастающие потребности в металлах. Кроме того, опыт многократного переплава металлолома выявил значительные проблемы: необходимость сортировки, накопление вредных примесей, трудности переработки крупногабаритных изделий.

Неснижающиеся объемы производства остро треwww.issep.rssi.ru буют решения сопутствующих экологических проблем, прежде всего утилизации накапливаемых отходов.

СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №3, Зайцев А.К., Похвиснев Ю.В., © ХИМИЯ Одновременно из-за истощения запасов минерального Основной путь получения металлов – пирометалсырья возникают задачи ресурсосбережения [1]. Эти лургия, использующая высокотемпературные процеспроблемы и задачи взаимосвязаны. Для экологии иде- сы. Выплавке металла предшествуют обогащение и альная организация технологии предполагает исполь- подготовка руд: агломерация (спекание железорудного зование побочных продуктов и отходов одного произ- сырья) в черной металлургии, плавка на штейн (расводства в других. Одновременно это идеальная схема плав сульфидов металлов) в цветной металлургии. На ресурсосберегающей технологии, то есть задачи эколо- каждой операции образуются отходы. Их можно раздегии и ресурсосбережения во многом совпадают и объе- лить на предшествующие металлургическому переделу диняются в единую глобальную ресурсоэкологическую и сопутствующие ему.

задачу. Таким образом, утилизация техногенных отхоОбогащение руд приводит к образованию хвостов – дов является комплексной ресурсоэкологической про- дисперсной фракции с низким содержанием основного блемой. Как решается эта проблема и какие пути ее компонента. Другой пример – красные шламы, отходы реализации возможны в черной металлургии переработки бокситов на глинозем Al2O3. Они содержат до 50–60% Fe2O3, а их запасы превышают 150 млн т.

Отходы, сопутствующие металлургическим передеОБРАЗОВАНИЕ ОТХОДОВ В МЕТАЛЛУРГИИ лам, включают несколько видов. При выплавке металУхудшение экологической обстановки металлургией лов формируются шлаки, основу которых составляют небезосновательно связано с загрязнением атмосферы, оксиды. Это наиболее массовый вид отходов. Работа но его не следует и и преувеличивать. В выбросах оксида металлургических агрегатов сопровождается выносом серы мировой вклад металлургии составляет 15% (более пыли с отходящими газами. При мокрой газоочистке половины из них дает цветная металлургия), столько эта пыль в отстойниках превращается в кашеобразную же – химия, а лидирует энергетика (70%). Аналогичное массу (шлам). При последующих переделах (разливка соотношение характерно и для оксидов азота. Методы стали, прокатка) образуются окалина и обрезь (скрап).

очистки газов хорошо разработаны и одинаковы для Основным полезным компонентом отходов металлурвсех отраслей промышленности, поэтому мы не затра- гии, включая цветную, является железо, и решение региваем эти вопросы. Однако металлургия является ис- сурсоэкологической задачи их утилизации может быть точником и огромной массы твердых отходов (рис. 1). получено в черной металлургии.



Металлургия – источник техногенных отходов Хвосты Красные обогащения шламы Шлаки черной Шлаки цветной Шламы Окалина Скрап металлургии металлургии и пыли Доменные Сталеплавильные шлаки шлаки Нетрадиционный состав примесей, дисперсность, влажность Агломерация, Новые окомкование технологии Токсичные Отходы Производство отходы Домна Ромелт машиностали и материалы строения Металлургия – потребитель техногенных отходов Рис. 1. Образование и использование отходов металлургии ЗАЙЦЕВ А.К., ПОХВИСНЕВ Ю.В. ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Дорожное Цементная строительство строительство промышленность, ХИМИЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ в черной металлургии, которая становится их потребиОПАСНОСТИ ОТХОДОВ телем (см. рис. 1).

Прямое использование отходов. Прямое использоЭкологическая опасность отходов определяется сочетавание – наиболее простой и эффективный путь утилинием многих факторов. Прежде всего это их физическое зации отходов, предполагающий минимальные затрасостояние, химический состав и наличие экотоксиканты на их переработку. Оно возможно и рационально, тов. Техногенные отходы металлургии часто содержат если отходы экологически безопасны и не содержат изэлементы, опасные для человека и экосистемы. Это влекаемых компонентов. Или, наоборот, в них преобмышьяк, сера, фосфор, тяжелые цветные металлы – ладает полезный компонент, как в скрапе. Без какойцинк, свинец, кадмий. Экологическая опасность таких либо подготовки, кроме сортировки по составу, его исотходов резко возрастает из-за их дисперсности.

пользуют при выплавке стали. Аналогично утилизируют Наибольшую угрозу представляют пыли и шламы, отходы машиностроения, армейскую технику и любой которые рассеиваются ветром при хранении. Малые металлолом, то есть перерабатывают несобственные отразмеры частиц способствуют переходу элементов в ходы металлургии. Другим примером прямого испольводорастворимые соединения, так называемому выще- зования является окалина (добавка при выплавке сталачиванию. Из-за амфотерности многих металлов вы- ли, производстве агломерата).

щелачивание происходит при любом рН. Вредные ве- Типичный пример отходов первого типа – доменщества и ионы тяжелых металлов попадают в воду и ный шлак. Он не содержит извлекаемых компонентов почву. Очень токсичны пыли электросталеплавильных и экологически безопасен. Его выход составляет более печей, в которых также содержатся хлор и фтор (в США 150 млн т в год. Однако существующие технологии пеплата за их хранение составляет десятки долларов за реработки позволяют утверждать, что доменный шлак – 1 т). Концентрация вредных компонентов в пылях и это не отход, а промышленное сырье, которое в индусшламах в десятки и сотни раз больше, чем в шлаках, что триально развитых странах используется практически связано с летучестью многих примесей. Поэтому уже полностью. Его наиболее крупными потребителями явпростой перевод пыли в компактное состояние (спе- ляются цементная промышленность (в Японии – 70% кание, сплавление) дает значительный экологический доменного шлака, в ФРГ – 55%) и дорожное строиэффект. Вредные примеси содержатся и в шлаках цвет- тельство (в Японии – 20%, в ФРГ – 40%). Применение ной металлургии, однако здесь они находятся в ком- шлака при производстве цемента дает дополнительный пактном состоянии шлакового монолита, что сущест- ресурсоэкологический эффект, так как снижает энервенно снижает экологическую опасность. Еще инертнее гозатраты на 40% и уменьшает выбросы CO2.

шлаки черной металлургии.

Основу шлака составляют CaO и SiO2. При кристаллизации расплава образуется двухкальциевый силиТаким образом, отходы металлургии включают и кат 2CaO SiO2, который при охлаждении претерпевает высокотоксичные материалы (пыли), и относительно полиморфное превращение, сопровождающееся увелиинертные (доменные шлаки). Но даже складирование чением объема. Это вызывает саморассыпаемость шласотен миллионов тонн отходов требует отторжения ка. Предотвращение саморассыпаемости достигается больших площадей.

увеличением скорости охлаждения расплава при его грануляции, например распылением в воду. ГранулироУТИЛИЗАЦИЯ ОТХОДОВ В МЕТАЛЛУРГИИ ванный шлак имеет много преимуществ, и его производство непрерывно увеличивается (в странах ЕС граГлавными факторами, определяющими возможность нулируют 70% шлака). При определенных составах и экологически безопасной утилизации отходов, вновь становятся их физическое состояние и химический со- большой скорости охлаждения шлак затвердевает без кристаллизации и приобретает стекловидную аморфстав. На это накладываются технические возможности существующих технологий и экономическая целесооб- ную структуру. Из шлака делают отливки (каменное литье), производят техническое стекло и стекловату.

разность с учетом экологической перспективы. Можно выделить три подхода к утилизации отходов: прямое ис- Большое содержание железа в сталеплавильных пользование, переработка с извлечением полезных ком- шлаках (до 20%) затрудняет их использование в цепонентов, уничтожение. Наиболее рациональны первые ментной промышленности. Основное применение – два, но не все отходы можно переработать. Несмотря на изготовление щебня для дорог. Шлак надо стабилизиналичие полезных компонентов, на настоящем этапе ровать, чтобы связать избыток CaO и перевести железо может не существовать эффективных технологий их в трехвалентное состояние. Это повышает химическую извлечения. Такие отходы дешевле и безопаснее унич- стойкость и уменьшает выщелачивание. Шлаки с вытожить. Рассмотрим направления утилизации отходов соким содержанием фосфора и CaO используют как СОРОСОВСКИЙ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЖУРНАЛ, ТОМ 7, №3, ХИМИЯ удобрение и при известковании почв. Но при большом туры по ее высоте. Циркуляция увеличивает расход содержании железа это неэффективно, и часть шлака кокса – дефицитного и дорогого топлива. Кроме того, подвергают вторичной металлургической переработке примеси конденсируются на стенках доменной печи.





(в Японии и ФРГ до 20%). Щелочные металлы растворяются в огнеупорной футеПереработка отходов с извлечением полезных ком- ровке, подвергая ее химической эрозии. Цинк и его окпонентов. Переработке с извлечением полезных компо- сид образуют наросты (настыли), которые механически разрушают футеровку.

нентов могут подвергнуться различные отходы, но их состав, дисперсность, влажность затрудняют применеТаким образом, даже при использовании окатыние существующих технологий. Рассмотрим отходы, кошей из высокожелезистых окомкованных пылей и торые постоянно накапливаются и требуют новых плошламов происходит перерасход кокса и возникает взаищадей для хранения. Это хвосты обогащения, пыли и модействие примесей с футеровкой. При переработке шламы, шлаки цветной металлургии. Концентрация отходов цветной металлургии это усугубляется дополжелеза в этих шлаках достигает 25% и более, а в пылях нительным расходом кокса из-за более низкого содери шламах черной металлургии до 60%, что превышает жания железа. Окатыши из чистых по примесям хвоспоказатели необогащенных руд. Но все они содержат тов обогащения приводят к перерасходу кокса по этой примеси летучих металлов, прежде всего Zn (3–7% в же причине. Поэтому переработка указанных материашлаках медных заводов, 6–10% в свинцовых). В отвалов очень ограниченна.

лах цветной металлургии содержатся Cu, Co, Ni, Ag.

Огромные запасы отходов привели к возникновению Шламовые отвалы пытались ликвидировать, иссвоеобразных техногенных месторождений [2].

пользуя их для засыпки отработанных карьеров и оврагов Возникает закономерный вопрос: почему бы не ис- с последующей рекультивацией плодородной землей.

пользовать отходы, заменяя уменьшающиеся запасы Однако полученные “плоды” содержали токсичные веруд Так решались бы и задачи ресурсосбережения и щества, и эта практика была прекращена. Аналогичный экологии. Ответ прост: нет промышленных техноло- пример: отсыпка искусственных островов из шламов гий переработки отходов. Их использование затрудне- приводила к появлению токсинов в морепродуктах. Поно дисперсностью и присутствием летучих металлов.

мимо неэкологичности таких решений они сводятся к Хвосты обогащения дисперсны, но не содержат летузакапыванию железа в землю, из которой его извлекали.

чих примесей. Шлаки – компактный продукт, но содержат много примесей. Пылям и шламам присущи оба недостатка.

Zn Окисленная форма железа в отходах определяет необходимость их переработки восстановительными процессами, например доменным. Однако дисперсные материалы нарушают газодинамику печи и увеличивают Na Na пылевынос. Применение агломерации не решает проблемы, так как процесс связан с интенсивным прососом газов через слой шихтовых материалов. Поэтому такие отходы должны быть предварительно окомкованы (получаемый продукт называют окатышами). Но этим не исчерпываются трудности переработки отходов с летучими примесями.

Рассмотрим влияние цинка и щелочных металлов на ход доменной плавки. Эти элементы не только летучи (имеют высокое давление насыщенного пара), но и легко восстанавливаются уже на средних горизонтах Фурмы Фурмы печи в виде паров. Поднимаясь с газовым потоком, пары окисляются и конденсируются на поверхности шихтовых материалов. Со столбом шихты оксиды опускаются, опять попадают в зону высоких температур, восстанавливаются, и возникает круговорот металлов (рис. 2). Причина циркуляции лежит в самом принципе шахтной печи, где всегда существуют градиенты Рис. 2. Циркуляция цинка и щелочных металлов в окислительно-восстановительных условий и темпера- доменной печи ЗАЙЦЕВ А.К., ПОХВИСНЕВ Ю.В. ЭКОЛОГИЯ И РЕСУРСОСБЕРЕЖЕНИЕ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ ХИМИЯ Комплексная утилизация многих отходов с извлеОтходящие газы чением полезных компонентов требует создания новых Руда Уголь процессов, к которым предъявляются следующие основные требования: возможность переработки дисперсного сырья, восстановления железа и извлечения других полезных элементов. В этих процессах надо от- Верхние фурмы казаться от конструкции шахтной печи и использования кокса. Последнее связано с его дефицитностью, высокой стоимостью и вредными выбросами при про- Нижние фурмы изводстве. Поэтому в мире активно развиваются так называемые процессы жидкофазного восстановления.

Основными являются Ромелт (Россия, 1979), HIsmelt (Германия, 1984), DIOS (Япония, 1988), AusIron (Австралия, 1994). По времени появления и степени освоения первым является процесс Ромелт. Опытная установка построена в 1984 году на Новолипецком металлургичес- Шлак Чугун ком комбинате (НЛМК).

Pages:     || 2 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.