Металлургические предприятия и экология

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

«Металлургические предприятия и экология»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2006

 

 

Содержание

 

Используемая литература

 

Введение

 

На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с  окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновимых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы - той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете.

Под загрязнением окружающей среды следует понимать изменение  свойств среды (химических, механических, физических, биологических и связанных с ними информационных), происходящие в результате естественных или искусственных процессов и приводящие к ухудшению функций среды по отношению к любому биологическому или технологическому объекту. Используя различные элементы окружающей среды в своей деятельности, человек изменяет её качество. Часто эти изменения выражаются в неблагоприятной форме.

Одним из наиболее масштабных и значительных является загрязнение окружающей среды выбросами металлургических предприятий. Загрязнение природной среды выбросами металлургических предприятий оказывает вредное действие на людей, животных, растения, почву, здания и сооружения, снижает прозрачность атмосферы, повышает влажность воздуха, увеличивает число дней с туманами, уменьшает видимость, вызывает коррозию металлических изделий.

 

 

1. Химическое загрязнение атмосферы

1.2 Основные  загрязняющие вещества

 

Человек загрязняет атмосферу уже  тысячелетиями, однако последствия употребления огня, которым он пользовался весь этот период, были незначительны. Приходилось мириться с тем, что дым мешал дыханию, и что сажа ложилась черным покровом на потолке и стенах жилища. Получаемое тепло было для человека важнее, чем чистый воздух и незаконченные стены пещеры. Это начальное загрязнение воздуха не представляло проблемы, ибо люди обитали тогда небольшими группами, занимая несоразмерно обширную нетронутую природную среду. И даже значительное сосредоточение людей на сравнительно небольшой территории, как это было в классической древности, не сопровождалось еще серьезными последствиями.

Так было вплоть до начала девятнадцатого века. Лишь за последние сто лет развитие промышленности "одарило" нас такими производственными процессами, последствия которых вначале человек еще не мог себе представить. Возникли города-миллионеры, рост которых остановить нельзя. Все это результат великих изобретений и завоеваний человека.

В основном существуют три основных источника загрязнения атмосферы: промышленность, бытовые котельные, транспорт. Доля каждого из этих источников в общем загрязнении воздуха сильно различается в зависимости от места. Сейчас общепризнанно, что наиболее сильно загрязняет воздух промышленное производство. Источники загрязнений - теплоэлектростанции, которые вместе с дымом выбрасывают в воздух сернистый и углекислый газ; металлургические предприятия, особенно цветной металлургии, которые выбрасывают в воздух оксиды азота, сероводород, хлор, фтор, аммиак, соединения фосфора, частицы и соединения ртути и мышьяка; химические и цементные заводы. Вредные газы попадают в воздух в результате сжигания топлива для нужд промышленности, отопления жилищ, работы транспорта, сжигания и переработки бытовых и промышленных отходов.

Предприятия металлургии ежегодно выбрасывают в воздух соответственно 35% всех загрязнений от стационарных источников, являясь главными загрязнителями воздуха. Металлургические предприятия оснащены очистительными сооружениями лишь на 30-50%, которое и вдобавок устаревшее или бездействует совсем.

Атмосферные загрязнители разделяют  на первичные, поступающие непосредственно в атмосферу, и вторичные, являющиеся результатом превращения последних. Так, поступающий в атмосферу сернистый газ окисляется до серного ангидрида, который взаимодействует с парами воды и образует капельки серной кислоты. При взаимодействии серного ангидрида с аммиаком образуются кристаллы сульфата аммония. Подобным образом, в результате химических, фотохимических, физико-химических реакций между загрязняющими веществами и компонентами атмосферы, образуются другие вторичные признаки. Основным источником пирогенного загрязнения на планете являются тепловые электростанции, металлургические и химические предприятия, котельные установки, потребляющие более 70% ежегодно добываемого твердого и жидкого топлива. Основными вредными примесями, пирогенного происхождения являются следующие:

а) Оксид углерода. Получается при неполном сгорании углеродистых веществ. В воздух он попадает в результате сжигания твердых отходов, с выхлопными газами и выбросами промышленных предприятий. Ежегодно этого газа поступает в атмосферу не менее 250 млн.т. Оксид углерода является соединением, активно реагирующим с составными частями атмосферы, и способствует повышению температуры на планете, и созданию парникового эффекта.

б) Сернистый ангидрид. Выделяется в процессе сгорания серосодержащего топлива или переработки сернистых руд (до 5 млн.т. в год). Часть соединений серы выделяется при горении органических остатков в горнорудных отвалах.

в) Серный ангидрид. Образуется при окислении сернистого ангидрида. Конечным продуктом реакции является аэрозоль или раствор серной кислоты в дождевой воде, который подкисляет почву, обостряет заболевания дыхательных путей человека. Выпадение аэрозоля серной кислоты из дымовых факелов химических предприятий отмечается при низкой облачности и высокой влажности воздуха. Листовые пластинки растений, произрастающих на расстоянии менее 11 км. от таких предприятий, обычно бывают густо усеяны мелкими некротическими пятнами, образовавшихся в местах оседания капель серной кислоты. Пирометаллургические предприятия цветной и черной металлургии ежегодно выбрасывают в атмосферу десятки миллионов тонн серного ангидрида.

1.2 Аэрозольное  загрязнение атмосферы

 

Аэрозоли - это твердые  или жидкие частицы, находящиеся  во взвешенном состоянии в воздухе. Твердые компоненты аэрозолей в ряде случаев особенно опасны для организмов, а у людей вызывают специфические заболевания. В атмосфере аэрозольные загрязнения воспринимаются в виде дыма, тумана, мглы или дымки. Значительная часть аэрозолей образуется в атмосфере при взаимодействии твердых и жидких частиц между собой или с водяным паром. Средний размер аэрозольных частиц составляет 1-5 мкм. В атмосферу Земли ежегодно поступает около 1 куб.км. пылевидных частиц искусственного происхождения. Большое количество пылевых частиц образуется также в ходе производственной деятельности людей. Сведения о некоторых источниках техногенной пыли приведены ниже в таблице:

 

Таблица 1.1 – Источники техногенной  пыли.

Производственный процесс	Выброс пали млн. т/год
1. Сжигание каменного  угля	93,600
2. Выплавка чугуна	20,210
3. Выплавка меди (без  очистки)	6,230
4. Выплавка цинка	0,180
5. Выплавка олова (без  очистки)	0,004
6. Выплавка свинца	0,130
7. Производство цемента	53,370

 

Основными источниками  искусственных аэрозольных загрязнений воздуха являются обогатительные фабрики, металлургические, магнезитовые и сажевые заводы которые потребляют уголь высокой зольности. Аэрозольные частицы от этих источников отличаются большим разнообразием химического состава. Чаще всего в их составе обнаруживаются соединения кремния, кальция и углерода, реже - оксиды металлов: железа, магния, марганца, цинка, меди, никеля, свинца, сурьмы, висмута, селена, мышьяка, бериллия, кадмия, хрома, кобальта, молибдена и асбеста.

Классификация отходов производства возможна по различным признакам, среди которых основными, можно считать следующие:

а) по отраслям промышленности - черная и цветная металлургия, рудо- и угледобывающая промышленность, нефтяная и газовая и т.д.;

б) по фазовому составу - твердые (пыли, шламы, шлаки),жидкие(растворы, эмульсии, суспензии),газообразные (оксиды углерода, азота, соединение серы и др.);

в) по производственным циклам - при добыче сырья (вскрышные и  овальные породы), при обогащении (хвосты, шламы, сливы), в пирометаллургии (шлаки, шламы, пыли, газы), в гидрометаллургии (растворы, осадки, газы).

На металлургическом комбинате с замкнутым циклом (чугун – сталь - прокат) твердые отходы могут быть двух видов - пыли и шлаки.

Довольно часто  применяется мокрая газоочистка, тогда  вместо пыли отходом является шлам. Наиболее ценными для черной металлургии являются железосодержащие отходы (пыль, шлам, окалина), в то время как шлаки в основном используются в других отраслях промышленности.

При работе основных металлургических агрегатов образуется большее количество тонкодисперсной пыли, состоящей из оксидов различных элементов. Последняя улавливается газоочистными сооружениями и затем либо подается в шламонакопитель, либо направляется на последующую переработку (в основном как компонент аглошихты).

Шламы можно разделить  на:

1)шламы агломерационных  фабрик;

2)шламы доменного производства:

а)газоочисток доменных печей;

б)подбункерных помещений  доменных печей;

3)шламы газоочисток мартеновских  печей;

4)шламы газоочисток конвертеров;

5)шламы газоочисток электросталеплавильных печей.

По содержанию железа их подразделяют следующим образом:

а) богатые (55-67%)-пыль и шлам газоочисток мартеновских печей  и конвертеров;

б) относительно богатые (40-55%)-шламы  и пыли аглодоменного производства;

в) бедные (30-40%)-шлам и пыль газоочисток электросталеплавильного производства.

Основными характеристиками шламов являются химический и гранулометрический состав, однако при подготовке шламов к утилизации необходимо знать параметры, как плотность, влажность, удельный выход и др. Следует отметить, что пыли (шламы) металлургических предприятий по химическому (и отчасти по гранулометрическому) составу отличаются друг от друга, поэтому эти характеристики представлены далее в усредненном виде.

Шламы пылеулавливающих устройств  доменной печи образуются при очистке газов, выходящих из нее, обычно в скрубберах или трубах Вентури. Перед ними устанавливаются радиальные или тангенциальные сухие пылеуловители, в которых улавливается наиболее крупная, так называемая колошниковая, пыль, которая возвращается в аглопроизводство как компонент шихты. Химический состав шламов по основным компонентам, %:

 

Fe_общ – 30-50; CaO – 5.0-8.5; SiO₂ – 6.0-12; Al₂O₃ – 1.2-3.0; MgO – 1.5-2.0; P 0.015-0.05; S_общ – 0.2-0.9; C_общ – 2.5-30.0; Zn – 0.05-5.3.

 

Плотность их колеблется в пределах 2.7-3.8 г/см ,удельный выход в среднем составляет 84%. Коэффициент использования этих шламов изменяется (для разных предприятий) довольно значительно – от 0.1 до 0.8. Это довольно тонкодисперсный материал: фракции >0.063 мм до 10-13%, 0.016-0.032 мм от 16 до 50% и < 0.008 мм от 10 до 18%. В настоящее время эти шламы используются как добавка к агломерационной шихте. Сравнительно низкий уровень их использования объясняется относительно невысокой долей железа в них (Fe_общ<50%), а также повышенным содержанием цинка (>1%), что требует предварительного обесцинкования шламов.

Шламы подбункерных помещений  доменных печей образуется при гидравлической уборке просыпи с полов подбункерных помещений, их составной частью является также пыль аспирационных установок этих помещений. По химическому составу эти шламы подобны шламам аглофабрик - в них имеются почти все компоненты аглошихты, %:

 

Fe_общ 33-35; SiO₂ – 7-11; Al₂O₃ – 1-3; CaO – 8-28; MgO – 1-3; MnO – 0.1-1.5; P₂O₅ – 0.01-0.2; S_общ – 0.15-0.40; C_общ < 15.0; Zn – 0.0-0.02.

 

Шламы подбункерных помещений  по гранулометрическому составу  являются материалами средней крупности (частиц размером 0.1-0.063 мм 20-40%). Плотность  шламов подбункерных помещений колеблется в пределах 3.5-4.5 г/см . Эти шламы обычно используются как добавка к агломерационной шихте.

Основным продуктом  доменной плавки является чугун, а побочными - шлак и доменный (колошниковый) газ. В среднем при сгорании 1 т сухого кокса образуется 3400 м куб. доменного газа со средней теплотой сгорания 3.96 МДж/м куб. Пыль и газообразные выбросы из доменных печей образуются в результате сложных физических и химических процессов. Считают, что с доменным газом из печи выносятся пыль, внесенная с шихтой (образовавшаяся при дроблении шихтовых материалов, в основном кокса), и пыль, появившаяся при трении столба шихты в самой доменной печи.

Масса пыли, вносимой доменными газами, составляет 20-100 кг/т  чугуна. Средняя запыленность доменных газов равна 9-55 г/м куб., апри неполадках или мелкой шихте может достигать 200 г/м куб.

Количество  образующегося доменного газа составляет 3880 м куб./т влажного кокса, или 4000 м куб./т сухого кокса, или 2000-2500 м  куб. на 1 т чугуна.

Удельные технологические  выбросы с колошниковыми газами при выплавке передельного чугуна составляют, кг на 1 т чугуна: пыли-100;СО-640; О₂ - 0.08-0.45.

 

Таблица 1.2 - Примерный  состав колошникового газа: