Касимов А.М. и др. Современные проблемы и решения в системе управления опасными отходами

Подождите немного. Документ загружается.

- 281 -

загрязнения окружающей среды. Тез. докл. Междунар. научн-

практ. конфер. Киев 26-28.03.96. Ч.2, С. 24-25.

Касимов А.М., Романовский А.А. Пути сокращения ущерба

окружающей среде при размещении шламонакопителей

промышленных предприятий//Зб.наук. пр. УкрНДИЕП „Проблеми

охорони навколишнього середовища та єкологічної безпеки”. –

Х.: Факт, 2004, С. 237-244.

Тетянчук Н.С. Перспектива развития минерально-сырьевой базы

редких и редкоземельных металлов Донецкой области//Редкие

металлы Украины – взгляд в будущее. – К.: ИГН НАНУ, – 2001,

С. 92-93.

10. Горовой А.Ф., Горовая Н.А. Твердые промышленные отходы

Донбасса – нетрадиционный источник минерального сырья//Тез.

докл. II Междунар. конфер. „Сотрудничество для решения

проблемы отходов”, 9-10 февраля 2005 г.- Х.: ИД „ИНЖЭК”,

2005,

С.142-146.

11.

Трофимчук О.М., Красовський Г.Я., Греков Д.Л. Ареали

забруднення техногенним пилом земель навколо міст України по

даних космічних зьомок//Екологія і ресурси. – К.: ІПНБ. 2006.

№13,С. 23-39.

12.

Касимов А.М. Технология утилизации ванадийсодержащих

отходов ЗТМК//Тез.докл. II Междунар. конфер. „Сотрудничество

для решения проблемы отходов”-Х.: ИД „ИНЖЭК”, 2005, С. 195-

199.

- 282 -

РАЗДЕЛ 6

ЧЕРНАЯ И ЦВЕТНАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ.

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ,

УТИЛИЗАЦИИ, ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ И

СКЛАДИРОВАНИЯ ОТХОДОВ

6.1. Крупнотоннажные отходы черной металлургии.

Перспективные процессы переработки и утилизаци

Металлургические предприятия создаются с полным и неполным

циклом производства. К первому типу относят заводы, в состав которых

входят аглодоменное, сталеплавильное, прокатное производства и

различные вспомогательные цеха (ТЭЦ, кислородный цех, цех

шлакопереработки, ремонтно-механический и др.), обслуживающие

основное производство.

Типичными представителями предприятий этого типа с широкой

номенклатурой производства продукции являются Мариупольский

металлургический комбинат им. Ильича, Украина, комбинат «Северсталь»,

Российская Федерация и др.

Металлургические предприятия с неполным циклом не имеют

аглодоменного производства. Выплавку стали осуществляют в

электропечах с использованием железорудного сырья и лома (завод

«ИСТИЛ», Украина) или твердого чугуна и лома «Тагмет», РФ, МолдМЗ,

Молдова, БелМЗ, Беларусь.

Основное количество предприятий Украины в составе ПХО

Металлургпром», за исключением завода «Истил», имеют полный цикл

производства. Некоторые из них (Днепропетровский, Макеевский,

Донецкий МК) не имеют аглофабрик, а агломерат для доменных печей

приобретают у других производителей.

Рис. 6.1.а. Мировое производство стали

Коксохимическое производство состоит из: углеподготовительного

- 283 -

цеха; коксовых цехов; цеха улавливания для получения сульфата аммония,

смолы, бензола; биохимической установки для очистки сточных вод

коксохимического производства от фенолов, роданидов и цианидов.

Аглодоменное и сталеплавильное производства называют первым

переделом. Продуктом первого передела является готовая сталь в виде

слитков (верхняя и сифонная разливка) или слябов (непрерывная

разливка), которые в дальнейшем передают в прокатные цехи с целью

придания им товарного вида. Прокатное производство называют вторым

переделом.

Прокатное производство – завершающий этап металлургического

цикла. В прокате – конечном продукте этого цикла, аккумулируются все

виды затрат предприятия. В зависимости от вида готовой продукции,

расход электрической энергии в нем составляет 100-120 кВт-ч (360-

432

МДж) на 1 т готовой стали.

В настоящее время на Украине имеются 14 металлургических

предприятий, частично дублирующих друг друга по ассортименту. Однако

сложившийся сортамент их продукции представляет оптимальный вариант

функционирования на внешнем и внутреннем рынке. Предприятия не

настолько близки по сортаменту, чтобы стать прямыми конкурентами, но

всегда чувствуют общий темп развития отрасли.

При коксовании угля образуются дорогостоящие товарные

продукты: кокс, коксовый газ, широкая гамма химических соединений

(

около 200 кг/т исходной угольной шихты). Кокс широко применяется в

качестве восстановителя в металлургии и химической промышленности,

кокс и коксовый газ – высококалорийное промышленное топливо,

коксохимическая продукция включает такие ценные вещества, как бензол,

фенолы, каменноугольная и др. смолы (рис. 6.1.б).

В процессе деятельности коксохимической промышленности

образуется значительное количество пастообразных и твердых ПО. Самые

крупнотоннажные из них – кислые смолы, фусы, пек, мелкодисперсные

отсевы кокса, шлаки. Основная часть этих ПО складируется на

промышленных полигонах и в хвостохранилищах на территории

коксохимических предприятий или в районах их расположения.

Определенная часть жидких смол утилизируется сжиганием с

получением товарной продукции в виде тепла и дегтя, часть используется

вместе с каменноугольной смолой для получения гидроизоляционных

смесей и при приготовлении асфальта, рубероида и т.п.

Коксование – разложение при высокой температуре без доступа

воздуха твердых и жидких горючих полезных ископаемых – различных

пород углей, нефтей с образованием летучих веществ и твердого остатка –

кокса. Сырье для получения кокса – в основном каменный уголь; в

значительно меньших масштабах перерабатывают др. горючие

ископаемые, а также высококипящие остаточные продукты дистилляции

- 284 -

нефти – каменноугольный пек и т.д. Для производства кокса из каменного

угля – его перерабатывают при 900-1100°С с параллельным получением

коксового газа, каменноугольной смолы и др. продуктов.

Предварительно обогащенные (отделенные от минеральных

примесей), измельченные до зерен размером менее 3 мм и перемешанные

угли (шихту) направляют в башню, из которой с помощью загрузочных

вагонов подают в коксовые печи – горизонтальные аппараты щелевидного

типа (рис. 6.1.в.).

Несколько десятков печей (обычно 60-70) компонуют в коксовую

батарею, обслуживаемую общим комплектом машин и механизмов

(

загрузочные и тушильные вагоны, коксовыталкиватель, двересъемная

машина). В зависимости от ширины камеры, влажности шихты и ее

насыпной массы, а также температуры в простенках (обычно 1300-1370°С)

нагревание шихты длится 14-18 ч.

Кокс формуется в виде монолита (коксового «пирога»), который

затем растрескивается на куски разной величины. После завершения

коксования дверь камеры открывается с помощью специальных

механизмов и раскаленный «пирог» подается коксовыталкивателем в

тушильный вагон, перемещающийся по рельсам вдоль коксовой батареи.

Кокс тушат в вагоне мокрым способом – орошают водой.

Охлажденный кокс выгружается равномерным слоем на наклонную

коксовую площадку (рампу), на грохотах с квадратными отверстиями

разделяется по классам крупности (>40, 40-25, 25-10, <10 мм) и

направляется потребителям.

Все большее распространение получает сухой способ тушения. Из

форкамеры специальной установки кокс постепенно перемещается в

камеру тушения, где с помощью азота или др. инертных газов охлаждается

до 200-220°С. Газ движется снизу вверх навстречу кускам кокса и,

охлаждая его, нагревается до 800-900°С и направляется в котельную

установку, где отдает теплоту для образования водяного пара.

Охлажденный газ нагнетателем возвращается на тушение раскаленного

кокса.

При коксовании происходит уплотнение высокомолекулярных

соединений с образованием сплошного коксового «пирога».

Сырье, предварительно нагретое в теплообменнике, контактирует в

реакторе с нагретым и находящимся во взвешенном состоянии инертным

теплоносителем (порошкообразный кокс с размером частиц до 0,3 мм) и

коксуется на его поверхности. Образовавшийся кокс и теплоноситель

выводят из зоны реакции и подают в регенератор (коксонагреватель).

Благодаря теплоте, выделившейся при выжигании части кокса,

теплоноситель нагревается и возвращается в реактор. Для перемещения

теплоносителя используется пневмотранспорт частиц кокса,

захватываемых потоком пара или газа.

- 285 -

Рис. 6.1.б. Принципиальная схема коксового производства

- 286 -

Рис. 6.1.в. Современная коксовая батарея

Далее выделяют дистилляты, кокс подсушивают и прокаливают.

Затем температуру в топке под кубом постепенно снижают и охлаждают

куб водяным паром и воздухом. Когда температура кокса понизится до

150-200°С, его выгружают. Параметры процесса: температура в паровой

фазе 360-400°С, давление атмосферное. Из 1 т угольной шихты получают

650-750

кг кокса, 340-350 м

коксового газа, 30-40 кг смолы, 10-12 кг

сырого бензола, 2,5-3,4 кг NH

. Количество каменного угля,

перерабатываемого в мире методом коксования, составляет более

800

млн. т/год.

В среднем расход металлургического кокса на типичном для

Украины Енакиевском металлургическом комбинате соответствует

средним показателям по отрасли и имеет тенденцию к снижению. Он

составил, кг/т чугуна: в 2000 г. – 569, в 2002 г. – 553, в 2003 г. – 528 и в

2004

г. – 518. Наиболее ощутимая экономия кокса в количестве 25 кг/т

чугуна была достигнута в 2003 г. в результате модернизации доменной

печи и увеличения ее полезного объема до 2 тыс. м

. В 2004 г экономия

кокса составила 10 кг/т чугуна и обеспечивалась за счет увеличения

температуры дутья и повышения качества агломерата.

Следует отметить, что на предприятиях Украины расход кокса

нестабилен, колеблется в довольно широких пределах 467-626 кг/т чугуна

и значительно выше, чем в странах Западной Европы и России,

производители которых расходуют соответственно 320-360 и 415-440 кг

кокса на 1 т чугуна. К основным причинам высокого расхода кокса в

доменном процессе отечественных предприятий следует отнести

моральный и технический износ оборудования доменных печей, отличную

от Европейского уровня технологию загрузки и плавления шихты, более

низкое качество шихты и кокса.

Черная металлургия относится к числу базовых отраслей

промышленности и, наряду с топливно-энергетическим комплексом,

определяет конкурентоспособность экономики страны. Металлургическое

производство на Украине сопровождается образованием огромного

количества ПО, достигающего 30% объема выпуска стали. Около 80% из

них составляют шлаки, около 20% приходится на пыли и шламы

- 287 -

газоочисток. Всего на металлургических предприятиях Украины

накоплено более 70 млн. т шламов, из которых 21 млн. т пригоден для

повторного использования.

На долю металлургии приходится 38% общих выбросов

промышленности Украины, из них на долю черной металлургии – 16%.

Основным потребителем энергии и источником эмиссии вредных веществ

в ОПС является аглодоменный комплекс (более 70% выбросов и отходов).

Поэтому принципиальный подход к сокращению потерь сырья и

переработке накопленных ПО может дать ощутимый экономический и

эколого-социальный эффект.

Появится предпосылка для конструктивного решения проблемы

снабжения предприятий металлургического комплекса Украины

импортзаменяющей товарной продукцией, вторичного использования

отсевов кокса, как восстановителя и энергетического топлива, которые в

настоящее время не используются и загрязняют ОПС.

Ниже приведено описание существующей технологии производства

продукции черной металлургии на типичном предприятии

металлургической промышленности Украины – Алчевском

металлургическом комбинате («АлМК»), где проблемы утилизации

крупнотоннажных отходов стоят так же остро, как и на других

металлургических комбинатах страны.

Производство агломерата

Агломерация

– термический процесс окускования мелких

материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и

др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их

спекания с целью придания формы и свойств (химического состава,

структуры), необходимых для плавки. Тепло, необходимое для спекания,

получают при сжигании топлива. Агломерация чаще всего осуществляется

на колосниковых решетках, с просасыванием воздуха сверху вниз сквозь

лежащую на решетке шихту.

Основные исходные материалы агломерации: сырая руда и ее

концентрат, топливо (коксовая и антрацитовая мелочь), флюсы (известняк

и доломит), мелкие отходы (колошниковая пыль, окалина и др.). Конечный

продукт – агломерат. Более 95% агломерата используется в черной

металлургии; в цветной металлургии агломерат применяют в

алюминиевом, никелевом и свинцовом производствах.

Агломерация включает подготовку шихты (дозировка компонентов,

смешивание, увлажнение и окомкование), спекание ее на

агломерационных машинах, обработку горячего спека (дробление, рассев с

удалением кусков до 5-10 мм, охлаждение до 100°С, сортировка).

Агломерацию ведут на агломерационных фабриках (рис. 6.2), включающих

склады усреднения и хранения шихтовых материалов, приемные бункера,

- 288 -

отделения измельчения кокса и известняка, шихтовое, спекательное,

обработки готового агломерата. Прием сырья, дозировка и подготовка

шихты, укладка ее на агломашины, обработка готового агломерата

автоматизированы.

Рис. 6.2. Общий вид аглофабрики

Из шихтовых бункеров заданные объемы компонентов шихты

питателями выдают на конвейер и далее в барабаны первичного

смешивания и в бункера агломерационных машин. Перед загрузкой на

агломерационную машину шихту подвергают вторичному смешиванию,

увлажнению и частичному окатыванию в окомковательных барабанах.

При разгрузке с машины агломерат дробят и сортируют с удалением

мелочи, вновь используемой в шихте. Затем агломерат охлаждают и

сортируют. Отходящие газы через газоочистное устройство отводят

эксгаустером и через дымовую трубу удаляют в атмосферу. В зоне горения

топлива при Т=1200-1500°С часть шихты плавится. По мере перемещения

зоны горения вниз полурасплавленная масса застывает, образуя спекшийся

пирог» агломерата. Газы, отходящие из зоны горения, подсушивают и

нагревают нижележащие слои шихты, из которой удаляют

гигроскопическую и гидратную воду, СО

, летучие – S, As, P и др. вредные

примеси.

Доменный цех

состав доменного цеха входят доменные печи, разливочные

машины; склады холодного чугуна; установка переработки шлака. В

большегрузных доменных печах объемом до 3000 м

выплавляют чугун

(рис. 6.3 и 6.4). Низкое содержание серы обеспечивают десульфурацией

чугуна в ковшах магнием со скачиванием шлака.

- 289 -

Рис.6.3. Принципиальная аппаратурно-технологическая схема доменного производства

А – шихтовый бункер; В – цех подготовки сырья; С – бункер угольной пыли; D – доменная печь; Е – летка слива чугуна (шлака);

F – выход колошниковых газов; H – пылеуловитель; I – воздухоподогреватель; X – коксовая батарея; Y – агломерационный цех

- 290 -

Рис. 6.4. Выпуск чугуна из доменной печи

Сталеплавильное производство

мартеновских печах выплавляют сталь скрап-рудным процессом

на жидком чугуне. Садка печей – 300 и 600 т. В двухванной печи с

использованием кислородных фурм и топливно-кислородных горелок

выплавляют качественную углеродистую сталь. Из углеродистых и

низколегированных сталей изготовляют оборудование для химической

промышленности.

На рис. 6.5 и 6.6 показаны современные мощная дуговая

электросталеплавильная печь. 100-тонный конвертер для выплавки

высококачественных сталей и машина непрерывного литья заготовок.

Рис. 6.5,а. Дуговая электросталеплавильная печь

Прокатное производство

Около

80% выплавляемой стали поступает на производство проката.

Прокатка – это деформация металла вращающимися прокатными валками

для придания металлу заданной формы: рельсов балок полос, проволоки и

др. Основными источниками образования отходов являются

нагревательные печи и колодцы (рис. 6.7), станы горячей прокатки,

машины огневой зачистки и резки металла, травильные агрегаты.