59. Современные энерго-, ресурсосберегающие технологии на предприятиях.

Основные принципы создания малоотходных, энерго- и ресурсосберегающих технологий.

*Комплексная переработка сырья.

Большие сложности возникают при решении вопроса ком-плексной переработки руд цветных металлов. Оценивая пути вне-дрения малоотходной технологии в цветную металлургию, следует иметь в виду, что объемы ее твердых отходов, приходящиеся на единицу готовой продукции, в десятки и даже сотни раз выше, чем в черной металлургии, и в тысячи раз больше, чем в других отраслях. Отходы чрезвычайно токсичны и трудно утилизируемы. С другой стороны, сложность организации малоотходной технологии в цветной металлургии заключается в том, что почти каждое ее предприятие требует собственной технологии. Даже получение  одного металла может быть связано с различными технологиями; например, медь получают из медных, медно-цинковых, свинцово-медно-молибденовых руд, и каждое исходное сырье требует своей технологии.

*Сокращение энергетических затрат.

В промышленности энергозатраты резко снижаются при использовании каталитических процессов, которым в создании новых технологий, бесспорно, принадлежит одно из ведущих мест. С точки зрения комплексного использования энергетических ресурсов, особый интерес представляет разработка сопряженных каталитических процессов, когда энергия, выделяемая в одном технологическом процессе, используется для стимулирования другого. Еще большего эффекта можно ожидать от микробиометаллургии - извлечения металлов из руд с помощью некоторых микроорганизмов

*Замкнутые водооборотные циклы.

Даже самая глубокая очистка сточных вод, связанная с большими затратами средств, материалов и человеческого труда, не гарантирует полного восстановления качества воды, а потребности в воде в большинстве производств возрастают. Например, на изготовление 1 т синтетического волокна расходуется 2500-5000 м3 воды, 1 т пластмассы - 500-1000 м3, 1 т бумаги - 400-800 м3, 1 т стали и чугуна - 160-200 м3. Поэтому перевод предприятий на бессточный режим обеспечивает сохранность окружающей среды.

В случае замкнутых водооборотных циклов отработанные технологические воды не отводятся в поверхностные и подземные водоемы, а после частичной очистки возвращаются в производственный цикл. Такая очистка не предполагает достижения санитарно-гигиенических норм и поэтому достигается существенно меньшими усилиями; сброс промышленных вод минимален, а в идеале может быть сведен к нулю, что обеспечивает сохранность природных объектов окружающей среды, и в первую очередь гидросферы.

*Внедрение новых технологических процессов получения традиционных материалов.

Новые технологии, исключающие или значительно сокращающие стадии, которые связаны с образованием наибольшего количества отходов, обеспечивают переход производства на малоотходный режим. Например, выплавка стали в электропечах позволяет значительно уменьшить загрязнение окружающей среды.

*Внедрение технологических процессов переработки отходов.

В производственном процессе компоненты сырья последовательно перерабатываются в полезный продукт, а образующиеся отходы переходят в разряд вторичных ресурсов, которые в большинстве случаев на других производствах могли бы превратиться в другой полезный продукт. В связи с этим большое значение приобретает межотраслевое кооперирование, позволяющее организовать малоотходную технологию не на одном конкретном предприятии, а в рамках определенного региона.

*Рациональное размещение промышленных предприятий.

Кооперирование различных производств с целью комплексной переработки сырья и утилизации отходов способствует созданию малоотходного производства. Например, при условии радиационной безопасности ядерную энергетику целесообразно совмещать с различными технологическими процессами, использующими вторичные энергетические ресурсы, - получением аммиака, метанола, стали, цемента и других энергоемких продуктов. Таким образом, мы подходим к реализации идеи малоотходной технологии не в рамках одного отдельного предприятия, а всего территориально-производственного комплекса (ТПК)..

Сплавы железа с углеродом, имеющие промышленное применение, называются чугунами и сталями. Наибольшее количество углерода в этих сплавах достигает 6,67%.

Если в сплаве содержится 93,33% Fe и 6,67% С, то при кристаллизации образуется химическое соединение, называемое карбидом железа или цементитом (Fe3C).

Сплавы Fe — Fe3C с содержанием углерода до 6,67% (имеют большое практическое значение).

На рис. 30 показана диаграмма состояния сплавов Fe—Fe3C. По оси ординат отложены температура, а по оси абсцисс — концентрация углерода в процентах. Левая ордината соответствует содержанию 100% Fe, а правая ордината —содержанию 6,67% С или 100% цементита Fe3C.

Температура плавления железа — 1535° С (точка А на диаграмме); температура плавления цементита Fe3C — 1550° С (точка D на диаграмме); температура 910° С (точка G) соответствует аллотропическому превращению железа α ↔ γ; точка Е характеризует максимальную растворимость углерода в γ железе при 1130° С (2,0% С); линия ACD —линия начала кристаллизации сплавов (линия ликвидуса); линия AECF —линия конца кристаллизации сплавов (линия солидуса); линия GSE —линия начала перекристаллизации сплавов в твердом состоянии; линия PSK (температура 723° С) —линия конца превращений структурных составляющих в твердом состоянии.

При затвердевании железоуглеродистых сплавов образуются следующие структурные составляющие:

1) Аустенит — твердый раствор углерода в Feγ Он имеет кристаллическую решетку гранецентрированного куба и под микроскопом представляется в виде светлых зерен с характерными двойными линиями. Твердость аустенита НВ 220; он немагнитен и при охлаждении сплавов существует только до температуры 723° С.

2) Феррит — твердый раствор углерода в Feα; он имеет кристаллическую решетку объемноцентрированного куба, его свойства близки к свойствам чистого железа: пластичен ( δ=50%); мягок (НВ 80); предел прочности σв= 250 Мн/м2 (25 кГ/мм2); до температуры 768° С он обладает магнитными свойствами.

3) Цементит или карбид железа Fe3C обладает высокими твердостью (НВ 800) и хрупкостью; различают три формы цементита:

а) первичный цементит (Ц1), выделяющийся при первичной кристаллизации из жидкого сплава;

б) вторичный цементит (Ц2), выделяющийся из твердого раствора аустенита;

в) третичный цементит (Ц3), выделяющийся из твердого раствора феррита.

Все формы цементита имеют одинаковое кристаллическое строение и свойства, но различную величину частиц-пластинок или зерен. Наиболее крупными являются частицы первичного цементита, а наиболее мелкими —частицы третичного.

До температуры 210° С цементит обладает магнитными свойствами.

Перлит — эвтектоидная смесь феррита и цементита. Образуется из аустенита при перекристаллизации сплава в твердом состоянии и содержит 0,8% С. Перлит имеет пластинчатое или зернистое строение, в зависимости от этого его механические свойства колеблются в следующих пределах: НВ 160—230; σв = 630 ÷ 820 Мн/м2 (63—82 кГ/мм2); δ = 15 ÷ 20%.

Ледебурит— эвтектическая смесь аустенита и первичного цементита образуется при температуре 1130° С (точка С на диаграмме) и содержит 4,3% С; он твердый (НВ 700) и хрупкий.

Ледебурит является структурной составляющей белых чугунов.

В зависимости от концентрации углерода и структуры стали и чугуны подразделяют на следующие структурные группы: доэвтектоидные стали (до 0,8% С); структура —феррит и перлит; эвтектоидная сталь (0,8% С); структура —перлит; заэвтектоидные стали (от 0,8 до 2,0%); структура —перлит и вторичный цементит; доэвтектические (белые) чугуны (от 2 до 4,3%); структура —ледебурит (распавшийся), перлит и вторичный цементит; эвтектический белый чугун (4,3% С); структура—ледебурит; заэвтектические белые чугуны (от 4,3 до 6,67% С); структура —ледебурит (распавшийся) и первичный цементит.