5.6 Утилизация вторичных ресурсов

В отвалах металлургических предприятий накоплено огромное количество твердых технологических отходов: пылей, шламов, шлаков, являющихся потенциальным сырьем для получения цветных и редких металлов, строительных материалов, другой продукции производственно-технического назначения. Например, на 1 т выплавленного металла образуется 270 кг доменных, 120 кг конвертерных и 45 кг электросталеплавильных шламов, а также 13–18 кг пылей. На территории России накоплено свыше 200 млн. т отходов, в том числе для использования в металлургических переделах – 26 млн. т.

В настоящее время утилизируется около 80% железосодержащих отходов крупных предприятий черной металлургии. Практически полностью в агломерационном производстве используют колошниковую пыль, отсевы агломерата и окатышей, осваиваются технологии производства окатышей из конвертерных шламов. Степень переработки высокодисперсных отходов доменного и сталеплавильного переделов составляет 53%, и их полное использование является одной из наиболее важных проблем ресурсосбережения. Утилизация отходов в цементной промышленности ведется при производстве безобжиговых окатышей, где без дополнительной подготовки можно использовать ежегодно более 1 млн. т пылей и шламов в качестве обязательного железосодержащего компонента цементной сырьевой смеси (3–5% от ее массы).

Технологии безобжигового окускования пылей и шламов с использованием окатышей в доменном и сталеплавильном переделах внедрены на японских предприятиях.

Когда в пылях и шламах присутствуют цветные металлы (цинк, свинец и др.) необходимы специальные технологии утилизации, предусматривающие предварительное удаление примесей, которые, например, в доменную печь не должны попадать в количестве более 0,2–0,4 кг на 1т жидкого чугуна.

Остро стоит проблема утилизации цинк- и свинецсодержащих железорудных материалов. Одним из перспективных методов переработки цинк- и свинецсодержащих пылей является их окускование с последующей плавкой в дуговой сталеплавильной печи. Содержание цинка в пыли повышается до 20%, свинца – до 2–3%, что превращает ее в исходное сырье для цинковых заводов. В настоящее время из пылей извлекают 8% мирового производства цинка (порядка 160 тыс. т/год).

Металлургические шлаки являются наиболее массовым отходом, выход которого сопоставим с выплавкой металлов.

Основным потребителем шлаков черной металлургии является цементная промышленность, используется свыше 75% доменных гранулированных шламов при получении цементного клинкера и шлакопорт-кандцемента. Добавка 30% шлака снижает энергозатраты на производство вяжущего более чем на 20%.

Значительное количество шлаков черной металлургии утилизируют в строительные материалы. В их число входят шлаковая пемза (заполнитель легких бетонов), тяжелый заполнитель бетонов, литые изделия и минеральная вата, щебень, песок для дорожного и железнодорожного строительства, закладка горных выработок.

Высокоосновные шлаки сталеплавильных производств находят применение в качестве удобрений в сельском хозяйстве (известковых и фосфат - шлаковых), а высокоосновные конвертерные шлаки используют как железофлюс при доменной плавке.

Ферросплавные шлаки пригодны как красители в стекольной промышленности, в качестве шлакообразующих при выплавке стали, для ее раскисления и легирования, получения синтетических шлаков.

В цветной металлургии складировано более 300 млн. т шлаков, утилизируется лишь 34% шлаков текущего выпуска. Половина из них приходится на шлаки никель - кобальтовых предприятий, так как они являются отвальными и могут быть переработаны на шлаковату, цемент, стеновые материалы, литые изделия (плитку, трубы), материал для дорожного строительства.

Необходимо подчеркнуть важную роль переработки в цветной металлургии шлаков и всех других отходов (пылей, возгонов и т.п.), повышающих комплексность использования сырья. Большинство редких и рассеянных металлов извлекается как попутная продукция при получении тяжелых и легких металлов. Например, кобальт, селен, теллур, германий, рений и т.д. Сырьевая база полупроводниковых материалов радиоэлектронных и других отраслей промышленности основывается на утилизации отходов предприятий цветной металлургии, где доля продукции из сопутствующих компонентов составляет около 25%.

В металлургии используют отходящие технологические газы и их тепло. Обжиговые и конвертерные газы медеплавильных заводов, содержащие сернистый ангидрит (SO₃), перерабатываются в серную кислоту и серу.

С газами уносится значительное количество тепла, которое можно использовать в качестве вторичных энергетических ресурсов, суммарный выход которых в черной металлургии России оценивается в 30 млн. т/г условного топлива, пригоден для использования 21 млн. т, утилизируется всего 4,2 млн. т/г, т.е. менее 15%.

Для утилизации вторичных ресурсов в данном случае целесообразно их применение в различных рекуперативных и регенеративных теплообменниках, в которых дымовые газы нагревают печное дутье или технологические материалы. Регенераторы работают на отходящих газах с температурой до 1500–1600°C. Они внедрены на доменных и мартеновских печах. Рекуператоры имеют более низкие рабочие температуры, используются, например, в огнеупорном производстве для подогрева исходного кускового сырья (известняка). Предварительный нагрев шихты отходящими высокотемпературными газами практикуют в электросталеплавильном и конвертерном производствах.

Часть низкопотенциальных (низкотемпературных) вторичных отходов поступает в установки по выработке пара и горячей воды.

В металлургии используются и применяются системы оборотного водоснабжения, подпиточная вода в них составляет 2,5 – 4,0% (Германия, Южная Корея), а в России – 6, 3%.

Использование современных научно-технических достижений существенно улучшает показатели работы металлургических заводов и экологическую обстановку в прилегающих районах. Например, непрерывная разливка стали на полосу, передел тонких слябов, использование газотурбинных установок для утилизации вторичной энергии, переработка отходов позволяют снизить энергетические затраты при производстве 1 т стали с 17–36 до 10 ГДж. Энергозатраты в черной металлургии на производство стали в 2 раза выше, чем за рубежом, выбросы в атмосферу твердых частиц, газообразных загрязнителей (SO₂, NOx, CO) доменного, коксохимического, сталеплавильного переделов и потребление воды выше в несколько раз.

Основная причина отставания предопределена критическим положением экономики страны. Технологическая и структурная реконструкция металлургии России требуют совершенствования 55% основных производств, при этом 35% мощностей устарели, подлежат ликвидации и замене. Общий объем капитальных вложений в реконструкцию металлургического комплекса оценивается в 15 млрд. долл. США.

Вопросы для самопроверки

1. Охарактеризуйте роль металлов в истории человеческого общества.

2. По каким признакам классифицируются металлы?

3. Чем обусловлено более широкое использование сплавов металлов по сравнению с их применением без добавок?

4. Приведите примеры наиболее распространенных сплавов черных и цветных металлов.

5. В чем состоят основные различия пиро- и гидрометаллургии?

6. Какие циклы включает гидрометаллургическая схема получения металлов?

7. В чем состоит сущность процессов выщелачивания?

8. В чем заключается селективное действие растворителя в процессе выщелачивания?

9. Назовите технологические варианты выщелачивания и их основные характеристики.

10. В чем заключается сущность биогидрометаллургии?

11. Назовите основные составляющие доменной шихты.

12. Как подготавливают железную руду к доменной плавке?

13. Основные элементы доменной печи, формирующие ее профиль.

14. Объясните причины поэлементного изменения профиля доменной печи.

15. В чем заключается роль кокса в доменном процессе? Требования, предъявляемые к коксу.

16. Основные реакции, протекающие в доменной печи.

17. Назовите факторы, способствующие переходу в чугун кремния, марганца, фосфора, серы и некоторых других элементов.

18. Основные процессы, протекающие в доменной печи.

19. Перечислите продукты доменной плавки, дайте им краткую характеристику и области применения.

20. Пути повышения производительности доменных печей.

21. Пути снижения расхода кокса в доменном производстве. Почему нельзя полностью заменить его другими видами твердого и газообразного топлива?

22. Перечислите стадии очистки колошниковых газов от пыли.

23. По каким признакам классифицируются стали?

24. Сущность сталеплавильных процессов и основные задачи, решаемые при их осуществлении.

25. Сущность кислородно-конвертерного процесса.

26. Основные технологические варианты производства стали.

27. Основные периоды конвертерной плавки.

28. Основные особенности электросталеплавильного производства.

29. Варианты электросталеплавильных процессов.

30. Сущность и варианты мартеновского процесса производства стали.

31. Задачи, решаемые при внепечной обработке стали.

32. В ходе какой операции производства стали, она получает название: спокойная, кипящая и полуспокойная? На какой операции визуально можно определить тип полученной стали?

33. По каким признакам и свойствам отличаются спокойные, кипящие и полуспокойные стали?

34. Назовите основные способы внепечной обработки стали.

35. Основные варианты разливки стали.

36. Охарактеризуйте достоинства непрерывной разливки стали.

37. Назовите причины актуальности проблемы внедоменных способов получения железа.

38. Назовите и охарактеризуйте способы прямого получения железа.

39. Какова роль ферросплавов в производстве металлов и сплавов?

40. Сформулируйте основные особенности восстановительных процессов.

41. Какими свойствами должны обладать восстановители?

42. Народно-хозяйственное значение цветных металлов и их применение в технологиях и продукции черной металлургии.

43. По каким причинам себестоимость производства цветных металлов намного превосходит себестоимость получения черных металлов?

44. Назовите основные стадии производства меди.

45. Какие побочные продукты получают при производстве меди?

46. С какими целями осуществляют электролитическое рафинирование меди?

47. Назовите основные операции производства глинозема.

48. Объясните сущность процесса электролиза глинозема.

49. Назовите основные источники твердых технологических отходов на предприятиях черной и цветной металлургии.

50. Укажите наиболее рациональные способы утилизации технологических отходов.

51. Чем обусловлена особо важная роль дальнейшей переработки отходов цветной металлургии?

52. Укажите источники и способы использования вторичных энергетических ресурсов на предприятиях черной и цветной металлургии.