9.2.4. Литейное производство

Газопылевой поток, выходящий из вагранок, содержит, %: СО 5-28; СО₂ 2-18; О₂ 12-16; Н₂ 1; SО₂ до 0,1; азот 37-52; различные углеводороды и другие вещества, состав и количество которых зависят от состава шихты и её загрязнения. Так, на 1 т выплавляемого в закрытых вагранках чугуна образуется 193кг оксида углерода; 0,4кг диоксида серы; 0,7кг углеводородов; 8-12кг пыли. Содержащаяся в газах пыль содержит диоксид кремния 30-60%; железо и его оксиды до 25% оксиды алюминия и кальция до 20% оксид марганца до 9; оксид магния до 5%, оксиды цинка, свинца, олова. При выпуске 1т чугуна из вагранки в ковш выделяется 126-130кг оксида углерода, 18-22г графитой пыли и другие вещества.

Для обеспыливания ваграночных газов применяют сухие и мокрые газоочистные аппараты. При двухступенчатой очистке газов на первой ступени устанавливаются искрогасители и установки для дожигания СО, что позволяет уменьшить в 8-10 раз выброс пыли и в 40-100 раз СО. На второй ступени для вагранок с холодным дутьем используют циклоны различных конструкций, а с горячим дутьем – пенные аппараты или скрубберы Вентури.

Эффективность мокрых искрогасителей составляет 50-85%. Эффективность очистки газов в циклонах около 85%. Наиболее эффективны скрубберы Вентури с фильтрами, которые обеспечивают степень очистки газов 95-99%.

Сточная вода процесса очистки газов загрязнена такими химическими соединениями, как хлориды, сульфиды, аммонийные соли, масла, смолы, фенол, а также взвешенными частицами, состоящими из чугуна, оксидов железа, известняка, доломита, графита, глинозема. Сначала вода очищается в заглубленных отстойниках, далее в гидроциклонах, а затем в фильтрах различной конструкции. Для окончательной очистки (четвертая ступень) применяется один из физико-химических методов: экстракция, сорбция, электрохимический способ. Отходы литейного производства утилизируются следующим образом. Шлаки, образующиеся при выплавке чугуна, после грануляции используются в строительстве, в производстве строительных материалов. Шлам, обезвоженный после газоочистки и подсушенный в специальной камере, возвращается в вагранку. Осадки сточных вод (шламы) используются в качестве раскислительной лигатуры в металлургическом производстве, так как они содержат до 22% железа, до 6% хрома, до 27% оксида кальция, до 17% оксида магния, до 18% кремния, до 5% никеля.

9.2.5. Производство цветных металлов

Очень важной проблемой является устранение или, по крайней мере, существенное снижение выбросов SO₂ в атмосферу. На долю цетной металлургии приходится около 18% выбросов SO₂ в атмосферу. Однако концентрация SO₂ в выбрасываемых газах большинства агрегатов цветной металлургии составляет около 3,5%, что значительно ниже того предела, при котором возможна более или менее эффективная переработка их в серную кислоту.

Для снижения концентрации SO₂ в таких сбросных газах до допустимых величин предложен ряд методов, основанных на орошении потока газа в скрубберах растворами аммиака, соды или эмульсией оксида магния. При последующей регенерации получаемых сернокислых соединений возможно получение SO₂ в значительно более концентрированном виде, что позволяет применять его для получения серной кислоты

В отрасли разработаны различные варианты так называемых автогенных процессов, к которым относится и кислородная взвешенная циклонная электротермическая плавка (КИВЦЭТ). Особенность плавки заключается в совмещении основных пределов, в том числе обжига, плавки, конвертирования штейнов в одном металлургическом агрегате. Для плавки используют технический кислород, в результате чего объем газов, которые можно перерабатывать в серную кислоту, примерно в 20 раз сокращается. При этом концентрация SO₂ в газах возрастает до 70-80%, что позволяет использовать их полностью для сернокислотного производства и снизить выбросы в окружающую среду в 4 раза. Положительным достоинством КИВЦЭТ является полное исключение применения углеродсодержащего топлива и, как следствие, отсутствие пылеуноса.

Состав пылей и возгонов, получаемых при переработке полиметаллических руд, чрезвычайно разнообразен. Однако, как правило, превалируют основные летучие соединения цинка и свинца (60-80%). Обычно присутствуют также медь, кадмий, индий, селен, сурьма, теллур, хлор, мышьяк, фтор. Пыли и возгоны улавливают с целью их дальнейшего разделения и использования.

Существующий промышленный способ получения алюминия включает две основные стадии производства: получение чистого оксида алюминия- глинозема из природного сырья (бокситы, глины, нефелин) и электрическое восстановление глинозема до металла в расплаве криолита (3NaF·AℓF₃).

В процессе дробления руды содержание пыли в дробилках и мельницах составляет 5-10г/м³, в сушилках – до 80г/м³, в печах кальцинации – 20-30г/м³.

Для осаждения пыли применяют циклоны, пенные скрубберы и электрофильтры. При производстве анодных материалов концентрация пыли достигает 15г/м³. По химическому составу пыль – это преимущественно оксид алюминия и криолит. Для очистки применяют мультициклоны.

При электролизе глинозема выделяются газы, содержащие твердые фториды, гидрофторид, фтор, а также другие газообразные соединения фтора.

Количество выбрасываемых в атмосферу соединений фтора зависит от типов электролизера и анодов. Удельный выброс соединений фтора на предприятиях, не принимающих мер к снижению выбросов, может достигать 15-20кг на 1 т товарного алюмининя. При наличии наиболее современных мероприятий выбросы соединений фтора можно снизить до 1-2кг на 1т алюминия. Очистка от соединений фтора осуществляется в пенных скрубберах.

Главным отходом глиноземного производства при пользовании бокситового сырья – так называемый красный шлам, представляющий нерастворимый остаток при выщелачивании боксидов. Выход красного шлама изменяется в пределах 1,0-0,2 т на 1т получаемого глинозема. Практически в мировой практике красные шламы пока не утилизируются.

Несомненным достижением в деле утилизации отходов производства является осуществленная на ряде глиноземных заводов комплексная безотходная схема переработки “нефелиновых хвостов”, получаемых при обогащении апатитов. Комплексная переработка нефелина разработана в СССР и не имеет аналогов в мировой практике. Процесс предусматривает обработку нефелина с получением глинозема для алюминиевого производства, соды, поташа и силикатно-кальциевого остатка, перерабатываемого на цемент. На таких предприятиях осуществлен замкнутый водооборот глиноземного и содового производства, что позволило исключить сброс промышленных стоков в водоемы.

Химический состав шлаков цветной металлургии включает ценные металлические компоненты, содержание которых в ряде шлаков выше, чем в добываемых в настоящее время рудах. В связи с этим наиболее перспективным направлением использования шлаков является комплексная переработка, включающая три основные стадии:

1. предварительное извлечение цветных и редких металлов (цинк, свинец, олово);

2. выделение железа;

3. использование силикатного остатка шлака для производства строительных материалов.

Основная часть текущей выработки шлаков, не говоря уже о шлаках из старых отвалов, сегодня не используется. В странах СНГ содержится в отвалах около 450млн.т неиспользованных шлаков и ежегодно образуется ещё более 30млн.т твердых отходов.