Металлургия - Жлобин (здесь происходят выбросы ионов тяжелых металлов). По классификации Всемирной организации здравоохранения известно 5 тяжелых металлов - медь, кадмий, олово, свинец, ртуть. Они вылетают из труб в парообразном виде или газообразном.
Черная металлургия относится к наиболее природоемким отраслям. С загрязнением воздуха и воды, образованием твердых отходов связаны все технологии и стадии металлургического производства. Большие объемы выбросов связаны с традиционным способом получения стали - доменным производством чугуна, с последующим переделом его в сталь. Меньшее загрязнение приносит прямое восстановление железа непосредственно из руды в электропечах. Это позволяет избавиться от некоторых промежуточных стадий, вызывающих значительное загрязнение, и повысить качество продукции. Поэтому мировой тенденцией последних десятилетий является постепенное свертывание доменных и мартеновских производств, вытесняемых электросталеплавильными. Одновременно с этим, благодаря повышению качества изделий, сокращаются общие объемы выплавки металла и связанной с этим нагрузки на среду.
Высокая водоемкость металлургических производств связана с использованием воды, главным образом для охлаждения 70% в черной металлургии, 80% в цветной металлургии. Снижение водоемкости металлургических производств достигается благодаря использованию систем оборотного водоснабжения.
Доменный и сталеплавильный шлак широко используется в дорожном строительстве как заменитель щебня, разновидности шлака с низким содержанием микроэлементов могут также использоваться для известкования кислых почв.
Цветная металлургия отличается более высокой отходностью. Один из самых распространенных классов руд, используемых в цветной металлургии, - сульфиды. Переработка таких руд сопровождается выделением больших объемов кислотообразующих оксидов серы. Их утилизация путем переработки в серную кислоту с экологической точки зрения весьма желательна, но не всегда возможна по технико-экономическим причинам, особенно при размещении предприятий в отдаленных районах.Производство алюминия отличается высокой энергоемкостью, в процессе плавки (электролиза) для поддержания требуемого состава расплава используются фториды натрия и алюминия, которые частично испаряются и диссоциируют, выделяя фтор и его газообразные соединения.В зависимости от перерабатываемого сырья, выход шлака в цветной металлургии колеблется от 10 до 200 т на 1 т получаемого металла. Рудыцветных металлов, как правило, являются многокомпонентными. Из-за высокого содержания микроэлементов возможности использования шлаков цветной металлургии ограничены.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………………… 3
1. Экологические проблемы цветной металлургии,
состояние вопроса……………………………………………………….. .. 5
2. Применение комбинированных технологий для экологизации металлургических производств……………………………………………... 7
3. Практическое значение экологизации и снижение водопотребления
при переработки руд цветных металлов………………………………...12
4. Система оборотного водоснабжения…………………………………..
Литература………………………………………………………………………20
Введение
Цветная металлургия относится к числу отраслей с наибольшим выходом промышленных отходов на единицу продукции. При проектировании значительной части действующих предприятий не учитывались требования рационального природопользования и снижения негативного влияния производственной деятельности на среду обитания. Создание экологически безопасных производств, основанных на использовании современных безотходных технологий, связано с огромными капитальными затратами. Выходом из сложившейся ситуации является экологизация существующего промышленного производства путем проведения комплекса мероприятий, включающих совершенствование технологических процессов, повышение эффективности очистки сточных вод и утилизации твердых отходов, внедрение современных автоматизированных средств экомониторинга. В основе всех мероприятий по предотвращению загрязнения окружающей среды лежит контроль, обеспечивающий получение достоверной информации, необходимой для управления природоохранной деятельностью. Использующиеся для экомониторинга физико-химические методы должны отвечать критериям, предъявляемым в данной области анализа: высокая чувствительность, селективность, воспроизводимость, экспрессность, простота пробоподготовки, возможность широкой автоматизации, приемлемая стоимость и т.д. К числу наиболее актуальных и мало разработанных проблем экоаналитики относится приборное и методическое обеспечение контроля техногенных загрязнителей водного и воздушного бассейна. Перспективным направлением повышения эффективности очистки сточных вод является сочетание традиционных реагентных методов с сорбционными технологиями, обеспечивающими снижение концентрации загрязняющих веществ до уровня ПДК. Задача создания малозатратной глубокой очистки промстоков от экотоксикантов является очень сложной и ее решение во многом зависит от правильного выбора сорбента и создания необходимых условий для его эффективного и многократного использования.
Применение комбинированных технологий для утилизации многотоннажных токсичных отходов обеспечивает создание производств, отвечающих принципам комплексного использования сырья и экологической безопасности. Разработка комбинированных технологий требует проведения специальных исследований по выбору оптимальных режимных параметров всех использующихся методов переработки отходов, включая производство изделий строительной индустрии. Экологизация флотационных методов обогащения руд направлена на сокращение расхода токсичных реагентов, уменьшение содержания тяжелых металлов в хвостах, снижение водопотребления. Научную и производственную проблему представляет разработка высокоэффективных способов оптимизации автоматического управления флотацией по алгоритмам, полученным при изучении взаимосвязей между параметрами ионного состава и технологическими показателями процесса. Поточное по своей сути гидрометаллургическое производство легко поддается автоматизации на основе контроля параметров ионного состава. Наиболее сложным и во многом не решенным является вопрос создания высокоизбирательных автоматических анализаторов микропримесей в процессе очистки растворов кислого и нейтрального выщелачивания.
Сложную и неизученную область в химической экологии представляет моделирование химических трансформаций техногенных загрязнителей в условиях реакционноспособной среды и экомониторинг продуктов химических превращений, связанных с комплексообразованием органических и неорганических веществ лигандной природы с ионами металлов, а также очистка сточных вод цветной металлургии от образующихся координационных соединений. Сочетание современных физико-химических методов с квантово-химическими расчетами позволяет решить перечисленные выше задачи.
1. Экологические проблемы цветной металлургии, состояние вопроса.
Цветная металлургия относится к числу отраслей с наибольшим выходом промышленных отходов на единицу продукции. При проектировании и строительстве значительной части ныне действующих предприятий цветной металлургии не учитывались требования рационального природопользования и снижения негативного воздействия производственной деятельности на среду обитания. В условиях формирования рыночных отношений возможности экологизации промышленного производства существенно сократились. При этом, несмотря на значительное уменьшение объема выпускаемой продукции, ущерб, наносимый предприятиями горно-металлургического комплекса среде обитания, ощутимо возрос.
Железо важнейший металл современной индустрии.
Черная металлургия является одной из ведущих отраслей мировой индустрии. В настоящее время в мире ежегодно добывается более 1 млрд тонн железной руды и производится около 800 млн тонн стали. Среди других отраслей материального производства черная металлургия занимает одно из первых мест по количеству используемых природных ресурсов.
Черная металлургия оказывает активное и пагубное воздействие на окружающую среду. Это в первую очередь связано с потреблением большого количества различных сырьевых материалов и образованием больших количеств самых разнообразных отходов. На долю предприятий черной металлургии приходится около 15% всех промышленных выбросов в атмосферу пыли, 8 10% выбросов диоксида серы, 35-40% монооксида углерода, около 15% оксидов азота, 10 15% общего объема потребления промышленностью свежей воды и примерно столько же сбрасываемых сточных вод .
13.1. ОСОБЕННОСТИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА
Металлургическое производство традиционно состоит из четырех основных стадий: агломерационного, доменного, сталеплавильного и прокатного производств. К ним следует добавить коксохимическое производство, производство огнеупоров и энергии, как правило, включаемые в промышленный комплекс черной металлургии. Принципиальная схема производства стали показана на рис. 13.1.
Основной агрегат в черной металлургии доменная печь. Схема доменного цеха представлена на рис. 13.2. Высота печи достигает 30 и более метров, а диаметр превышает 7,5 м. Измельченную железную руду или агломерат вводят в доменную печь сверху, послойно смешивая с коксом. Снизу в печь продувают предварительно нагретый воздух, в котором уголь сгорает до оксида углерода, восстанавливающего оксид железа:
Эта реакция обратима и преимущественно идет в верхней части доменной печи. Равновесие ее тем сильнее смещается вправо, чем ниже температура. Часть Fc^O:} восстанавливается лишь до FeO, который.
Рис. 13.1.
попадая в нижнюю часть домны зону высокой температуры, восстанавливается непосредственно углем:
FeO + С -> Fe + СО.
Температура в нижней части доменной печи доходит до 1600 °С. Железо при этом плавится (температура плавления железа 1539° С) и стекает в горн, откуда его периодически выливают в формы.
Рис. 13.2. 1 приемная воронка; 2 малый конус; 3 распределитель шихты; 4 воронка большого конуса; 5 - наклонный мост; б скип; 7 воздушная фурма; 8 защитные сегменты колошника; 9 шлаковая летка; 10 чугунная летка; 11 большой конус
Железные руды, содержащие кислые породы (диоксид кремния или оксид алюминия), предварительно смешивают с основными добавками, называемыми флюсами, обычно это известняк. В настоящее время флюсы вводят на стадии агломерации. Руды, содержащие основную пород)", смешивают с кислыми добавками (песком, гранитом). Флюсы образуют с пустой породой легкоплавкие шлаки, которые собирают на поверхности расплавленного чугуна (доменные шлаки) и периодически удаляются из печи.
Расплавленное железо растворяет углерод, кремний, фосфор, серу и марганец, образуя чугун , используемый непосредственно для отливки изделий либо перерабатываемый на сталь.
Сталь получают путем удаления углерода и остальных примесей до нужной степени чистоты в конверторах (рис. 13.3) или мартеновских печах (рис. 13.4). Специальные стали получают в электропечах.
Рис. 13.3. Положения конвертера при заливке чугуна (а), продувке (б) и сливе
стали в ковш (в)
Мартеновская печь, обогреваемая газообразным топливом или мазутом, работает следующим образом. Газ и воздух проходят через предварительно разогретые до температуры около 1200° С камеры- рекуператоры 8 и 9, выложенные внутри огнеупорным кирпичом, где нагреваются до 800 900°С. При сжигании разогретого газа в атмосфере разогретого воздуха в горелке 1 образуется факел пламени, поднимающий температуру в рабочем пространстве печи до 1700° С и выше. Твердые шихтовые материалы, загружаемые через окна 2. плавятся на поду 3, откуда сливаются в ковши. Продукты сгорания при температуре около 1600 °С поступают в камеры 4 и 5 и разогревают их керамическую кладку до температуры 1200 °С, после чего уходят в дымовую трубу. К этому времени камеры 8 и 9 уже достаточно охладились, отдавая свое тепло нагреваемым газу и воздуху. Поэтому, при изменении
Рис. 13.4. 1 горелка; 2 окна для загрузки шихты; 3 под печи; 6’, 7 клапаны для изменения направления газа и воздуха; 2, 5, 8, 9
камеры-рекуператоры
положения клапанов 6 и 7 направление газа и воздуха меняется, и они поступают в камеры 4 и 5, разогретые отходящими газами. Процесс повторяется в течение всей плавки в той же последовательности после очередной перекидки клапанов 6 и 7.
В доменном производстве основным источником загрязнения воздушного бассейна являются агломерационные фабрики. На долю выделяемой ими пыли приходится до 17% от общих выбросов предприятий черной металлургии, диоксида серы 46%, оксидов азота 20%, монооксида углерода 55%.
Главный отход доменного производства это доменные шлаки, образующиеся в количестве от 0,4 до 0,65 т на тонну выплавляемого чугуна. Это самые многотоннажные отходы металлургического производства. Общее количество доменных шлаков, получаемых на отечественных предприятиях, составляет около 50 млн тонн в год. Доменное производство связано также с выделением больших количеств пыли и газов , включая монооксид углерода, диоксид серы и оксиды азота.
При мокрой очистке доменного газа образуется большое количество загрязненных сточных вод.
Производство стали, в свою очередь, связано с образованием значительных количеств шлаков и отходящих газов. Очистка конверторных газов очень сложна и сопровождается образованием сильно загрязненных сточных вод. Еще большей запыленностью и высоким содержанием оксидов азота характеризуются отходящие газы мартеновских печей.
В производстве проката наибольшую трудность вызывает очистка газов от травильных ванн, в которых наряду с оксидами азота и парами кислот содержатся такие высокотоксичные примеси, как соединения мышьяка. Сложную проблему представляет также переработка сбросных травильных растворов.
Коксохимическое производство сопряжено с выделением больших количеств пыли, газов и сточных вод. Стоки коксохимического производства содержат такие опасные (и в то же время ценные) вещества, как аммиак, фенолы, цианиды, сероводород, смолистые вещества и другие канцерогенные соединения.
В ближайшие десятилетия в производстве стали и сплавов на основе железа будет использоваться преимущественно традиционная технология. Поэтому в настоящее время задача создания безотходного металлургического производства решается главным образом путем его последовательного усовершенствования за счет снижения материало- и энергоемкости, а также использования образующихся отходов.
Металлургия - крупный загрязнитель окружающей среды. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод. Ежегодно металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу 10 млн. т вредных веществ, среди которых гигантское количество разнообразных металлов.
Влияние металлургии на природу и человека особенно велико в регионах расположения металлургических комбинатов большой мощности. Это дополнительная плата за получение металлов -- основы современной цивилизации. Жизнь человека невозможно представить без металлов, что находит отражение даже в классификации эпох (бронзовый, железный века). Так что, металлургия действительно неизбежное экологическое зло.
Еще 30 - 40 лет назад были прогнозы, согласно которым объем произведенных к концу XX века металлов (металлофонд) будет вполне достаточен для дальнейшего существования и развития цивилизации. Поэтому задача металлургии свелась бы к многократному использованию (переплаву) имеющегося металлофонда. При таком развитии многие экологические и сырьевые проблемы металлургии должны были исчезнуть. Однако время показало несостоятельность этих прогнозов. Мировое производство чугуна и стали на рубеже веков достигло примерно 550 млн.т и почти 800 млн. т соответственно, 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 причина -- это возрастающие потребности в металлах. Кроме того, опыт многократного переплава металлолома выявил значительные проблемы: необходимость сортировки, накопление вредных примесей, трудности переработки крупногабаритных изделий.
Не снижающиеся объемы производства остро требуют решения сопутствующих экологических проблем, прежде всего утилизации накапливаемых отходов.
Одновременно из-за истощения запасов минерального сырья возникают задачи ресурсосбережения.
Металлургические предприятия являются крупными загрязнителями атмосферы, водоемов, лесных массивов, земель. Чем выше уровень загрязнения окружающей среды, тем больше затрат на предотвращение загрязнения. Рост этих затрат может привести к убыточности любого производства.
Является источником таких опасных загрязнителей как: пыль, диоксид серы, оксид углерода, оксиды железа, марганец, кальций, алюминий, кремний, титан, ванадий, фосфор, натрий, калий и др.
При производстве кокса образуются высокотоксичные вредные выбросы, соляная и серная кислота, фториды водорода, сероводород, фенолы, цианиды.
На долю предприятий черной металлургии приходится 20-25% выбросов пыли, 25-30% окиси углерода, более половины окислов серы от их общего объема в стране. Эти выбросы содержат сероводород, фториды, углеводороды, соединения марганца, ванадия, хрома и др. (более 60 ингредиентов). Предприятия черной металлургии, кроме того, забирают до 20-25% воды общего ее потребления в промышленности и сильно загрязняют поверхностные воды. По уровню выбросов вредных веществ в атмосферу и водоемы, образованию твердых отходов металлургия превосходит все сырьевые отрасли промышленности, создавая высокую экологическую опасность ее производства и повышенную социальную напряженность в районах действия металлургических предприятий. Защита окружающей среды в отраслях металлургического комплекса требует огромных затрат. Различие их существенно влияет на выбор основного технологического процесса. Иногда более целесообразным оказывается применение технологического процесса, менее загрязняющего окружающую среду, чем контроль (с огромными затратами) уровня загрязненности и организации борьбы с этими загрязнениями при использовании традиционных технологий. Огромнейшие резервы и возможности решения экологических проблем заключены в комплексности переработки сырья, в полном использовании полезных компонентов в его составе и месторождениях.
Черная металлургия остается одной из наиболее экологически неблагополучных отраслей российской промышленности.
Тем не менее, в отечественной металлургии заметны благоприятные тенденции в решении экологических проблем. Снижению объемов загрязнений способствуют постепенное улучшение структуры производственных мощностей: согласно данным ФСГС РФ, удельный вес производства электростали и кислородно-конвертерной стали в общем объеме выплавки стали в России к 2003 году возрос до 78% с 47% в 1990 году. Глубина переработки отходов производства, достигнутая предприятиями-лидерами отрасли, вполне соответствует западному уровню.
Для осуществления планомерного снижения влияния на окружающую среду предприятия разрабатывают экологические программы, которые согласовываются с инспектирующими природоохранными органами. Металлургические компании активно взаимодействуют с неправительственными экологическими организациями.
Рациональное и повторное использование цветных металлов веление времени.
14.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ
К цветным металлам относятся все металлы и их сплавы, кроме железа. Цветные металлы делятся на благородные (золото, платина, серебро, палладий, иридий, рутений, родий, осмий), тяжелые (медь, свинец, цинк, никель, кобальт, марганец, сурьма, олово, хром, висмут, ртуть, мышьяк), легкие (литий, калий, натрий, рубидий, цезий, кальций, магний, бериллий, алюминий, титан) и редкие металлы (вольфрам, молибден, тантал, ванадий, селен, теллур, индий, германий, цирконий, таллий и др.). Современное общество не может существовать без таких металлов, как медь, свинец, цинк, никель, хром, алюминий и т. д. Использование многих других компонентов рудного сырья цветной металлургии обеспечило создание целого ряда областей новейшей техники, таких как полупроводниковая, радиоэлектроника, производство сверхтвердых, жаропрочных и других материалов. Вопросу рационального, бережного использования цветных металлов во всем мире уделяется особое внимание .
Цветная металлургия по сравнению с черной металлургией является значительно более сложным и трудным объектом с точки зрения организации экологически обоснованного, малоотходного и безотходного производства в силу исторически сложившихся присущих ей особенностей технологии. Она относится к числу отраслей индустрии, характеризуемых чрезвычайным разнообразием принципиально различных производств, методов, процессов, аппаратурного оформления при самом широком разнообразии видов исходного минерального сырья.
В цветной металлургии, как правило, очень велик выход отходов на единицу продукции, что связано с характером используемого сырья. Исключение составляет только сырье для алюминиевой промышленности: содержание основного вещества в бокситах и нефелинах находится на уровне 20-30%. В большинстве случаев для получения 1 т металла надо переработать в среднем 100-200 и более тонн руды, а в отдельных случаях даже тысячи тонн. При этом балластная, практически неиспользуемая, часть сырья переходит в твердые, жидкие и газообразные отходы. Кроме того, в цветной металлургии более явно выражена тенденция вовлечения в переработку все более и более бедного природного сырья, что неизбежно резко увеличивает относительный и абсолютный выход газообразных, твердых и жидких отходов.
Руды цветных металлов часто оцениваются ио так называемому геохимическому коэффициенту (ГК) отношению среднего содержания металла в руде к его кларковому содержанию. Этот коэффициент неуклонно снижается. Например, для медных руд в 1900 г. он составлял величину 2600, тогда как теперь не превышает 300. Соответственно содержание меди в перерабатываемой руде снизилось с 4 до 0,5%.
Другой особенностью цветной металлургии, связанной с технологически сложным характером сырья, является большое количество токсичных веществ , содержащихся в сырье и загрязняющих отходы. Это, в первую очередь, соединения серы, мышьяка, сурьмы, селена, теллура и др. Токсичными являются и сами остаточные цветные металлы (свинец, цинк, медь, кадмий, ртуть и т. и.).
К сожалению, прогнозы развития производства цветных металлов в мире не дают оснований надеяться, что в ближайшие годы будут найдены радикальные способы устранения отмеченных выше объективных причин образования большого количества отходов. Создание безотходного и даже малоотходного производства цветных металлов сталкивается с большими трудностями. 1 Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется частичному решению вопросов безотходной технологии и внедрению ее принципов. Имеются в виду отдельные процессы, отдельные предприятия и отдельные подотрасли, где уже имеются частично реализованные возможности значительного уменьшения выхода ряда отходов, утилизация которых очень важна с точки зрения охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. В нашей стране имеются предприятия цветной металлургии, где устойчиво освоено постоянное извлечение в готовую товарную продукцию до двух и более десятков ценных элементов перерабатываемого рудного сырья.