Металлургические предприятия и экология

г) Олефины (алкены) - (до 10% от общего состава) - ненасыщенные нециклические соединения с одним или двумя атомами водорода у каждого атома углерода в молекуле, имеющей прямую или разветвленную цепь.

Объем загрязнений из этого источника составляет 2,0 млн.т./год. Со стоками промышленности ежегодно попадает 0,5 млн.т. нефти. Попадая в морскую среду, нефть сначала растекается в виде пленки, образуя слои различной мощности. По цвету пленки можно определить ее толщину:

 

Таблица 2.2

Внешний вид	Толщина, мкм	Количество нефти, л/ кв.км
1. Едва заметна	0,038	44
2. Серебристый отблеск	0,076	88
3. Следы окраски	0,152	176
4. Ярко окрашенные разводы	0,305	352
5. Тускло окрашенные	1,016	1170
6. Темно окрашенные	2,032	2310

 

Нефтяная пленка изменяет состав спектра и интенсивность  проникновения в воду света. Пропускание света тонкими пленками сырой нефти составляет 1-10% (280 нм), 60-70% (400нм).

Пленка толщиной 30-40 мкм  полностью поглощает инфракрасное излучение. Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую - "нефть в воде" - и обратную - "вода в нефти". Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащих поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций, нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. [1]

 

2.4 Тепловое загрязнение

 

Тепловое загрязнение поверхности водоемов и прибрежных морских акваторий возникает в результате сброса нагретых сточных вод электростанциями и некоторыми промышленными производствами. Сброс нагретых вод во многих случаях обуславливает повышение температуры воды в водоемах на 6-8 градусов Цельсия. Площадь пятен нагретых вод в прибрежных районах может достигать 30 кв. км. Более устойчивая температурная стратификация препятствует водообмену поверхностным и донным слоям. Растворимость кислорода уменьшается, а потребление его возрастает, поскольку с ростом температуры усиливается активность аэробных бактерий, разлагающих органическое вещество. Усиливается видовое разнообразие фитопланктона и всей флоры водорослей.

На основании обобщения  материала, можно сделать вывод, что эффекты антропогенного воздействия на водную среду, проявляются на индивидуальном и популяционно-биоценотическом уровнях, а их длительное действие, приводит к упрощению экосистемы.

 

3. Организационные и технические мероприятия по сокращению загрязнения окружающей среды

3.1 Способы  сокращение загрязнения атмосферы

 

Доменный газ, содержащий до 35 % горючих компонентов и 50-60 г/м куб. пыли при работе печи с повышенным давлением на колошнике (и 15-20 г/м куб. - с нормальным давлением), должен быть очищен от пыли перед его отправкой потребителям - на коксовые батареи, на горелки доменных воздухонагревателей и др. - до достижения концентрации пыли не выше 10 мг/м куб. Для очистки газа до столь низких концентраций пыли на металлургических заводах применяют многоступенчатые комбинированные схемы.

Как правило, первоначально  очистку доменного газа проводят в сухих пылеуловителях диаметром 5-8 м, в которых осаждаются частички пыли размером 50 мкм и более. В этих аппаратах улавливается 70-90 % пыли, содержащейся в доменном газе, благодаря воздействию сил гравитации и инерционных сил, возникающих при повороте газового потока на 180 градусов. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи винтового конвейера, смачиваемого водой. Остаточное содержание пыли в доменном газе после грубой очистки не превышает 3-10 г/м куб.

Для второй ступени  очистки газа используют системы  мокрой очистки. Обычно доменный газ из системы грубой сухой очистки поступает на полутонкую очистку газа, в которой выделяются частички размером 20 мкм и более и газ очищается до остаточного содержания пыли на выходе 0.6-1.6 г/м куб. Полутонкую очистку осуществляют в аппаратах мокрого типа - форсуночных полых скрубберах и трубах Вентури. Газы в доменных скрубберах имеют скорость 1-2 м/с при удельном расходе воды, составляющем 3-6 кг/м куб. газа. Проходящий через скруббер доменный газ охлаждается с 250-300 до 40-50 градусов Цельсия и полностью насыщается влагой. Степень очистки газа от пыли в скруббере не превышает 60-70 %.

После скруббера  газ в большинстве случаев  поступает в две- четыре низконапорные  трубы Вентури, скорость газов в  горловине которых равна 50-80 м/с  при удельном расходе воды 0.2 кг/м куб. Здесь завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую очистку  доменного газа, содержащего до 10 мг/м куб. пыли, осуществляют в аппаратах 1 класса. В связи с широким  внедрением на заводах черной металлургии  газорасширительных станций, использующих потенциальную энергию давления доменного газа для выработки электроэнергии в газовых утилизационных бескомпрессорных турбинах (ГУБТ), для тонкой очистки газа обычно применяют аппараты, работающие с малой потерей давления, например мокрый электрофильтр.

Таким образом, в зависимости от наличия или  отсутствия ГУБТ, на отечественных  заводах обычно применяют две  схемы очистки доменного газа:

1) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный  полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - дроссельная группа - каплеуловитель - чистый газ потребителю;

2) доменная печь - сухой пылеуловитель - форсуночный  полый скруббер - труба Вентури - каплеуловитель - мокрый электрофильтр - чистый газ на получение электроэнергии в ГУБТ.

Выбор системы очистки доменного газа зависит от требуемой степени его чистоты и экономических показателей пылеочистки. При применении трубы Вентури расходуется около 600-800кг воды и 10.8-14.4 МДж электроэнергии на 1000 м куб. газа.

За трубой Вентури  устанавливают каплеуловитель-сепаратор, которым может быть мокрый циклон, скруббер или канальный сепаратор.

В электрофильтрах  для промывки и охлаждения электродов расходуется 0.5-1.5 кг воды и 3.6-4.3 МДж электроэнергии на 1000 м куб. газа.

Затраты на устройства для очистки от пыли и газов всех основных источников загрязнения атмосферы доменного цеха, т.е. газов, отводимых при загрузке кокса в бункеры, транспортировании и сортировке руды и кокса перед загрузкой в печь, отводе доменного газа и воды из очистных сооружений и отстойников, составляет примерно 15-20 % суммы всех капиталовложений цеха, включая и все соответствующие вспомогательные службы.

Объем капиталовложений зависит от мощности предприятия  и его технической оснащенности. Некоторые устройства используют одновременно для нескольких пылегазоочистных агрегатов (газоходы, отстойники устройства для переработки шлама, вспомогательные агрегаты), благодаря чему объем капиталовложений снижается.

Эксплуатационные  затраты на очистные сооружения доменного  цеха зависят в основном от стоимости электроэнергии, водоснабжения и обслуживания.

 

Таблица 3.1 - Способы  переработки пылей и шламов

Способы	Схема технологического процесса	Особенности и преимущества
Классификация в гидроциклоне	Отделение частиц, содержащих свинец и цинк, изготовление миниокатышей – спекание на агломашине.	Продукт после удаления 60-80% цинка применяется как компонент  аглошихты. В процессе агломерации  используется углерод, содержащийся в пыли.
Получение окатышей:
а) миниокатышей	Обезвоживание – смешивание – окомкование – спекание на агломашине.	Использование миниокатышей предотвращает снижение газопроницаемости  шихты при производстве агломерата.
б) хлорированных неофлюсованных	Окислительный обжиг  исходного материала – смешивание – окомкование – обжиг.	Возможность использование пыли разного происхождения. Высокая степень очистки от цинка и других примесей.
в) металлизованных	Обезвоживание – смешивание – окомкование – восстановительный  обжиг – доменная (электросталеплавильная) печь.	Высокая степень очистки  от цинка, свинца, соединений щелочных металлов. Снижение расхода кокса в доменной печи. Создание бескоксовой металлургии.
г) безобжиговых	Обезвоживание – смешивание со связывающим – окомкование  – сушка – доменная печь или  конвертер	Низкие капитальные  затраты из-за отсутствия обжигового оборудования.

 

Таблица 3.2 - Валовые  выделения примесей на литейном дворе

Объем печи, м3	Производительность печи, т/сут.	Количество примесей кг/т чугуна
		Пыли	СО	SO2
1033	1720	0,7	1,1	0,165
1513	2520	0,6	0,95	0,15
2000	4350	0,5	0,85	0,13
2700	5500	0,4	0,7	0,115
5000	11500	0,4	0,7	0,11

 

В пыли доменного (в меньшей степени конвертерного  и электросталеплавильного) производства содержится довольно значительное количество цинка, свинца и солей щелочных металлов, вредно влияющих на процесс получения чугуна. Особенно нежелателен цинк, вызывающий образование настылей в доменной печи, разрушение ее футеровки, ухудшающий качество агломерата, изготовленного из сырья с большим содержанием цинка. При утилизации таких пылей присадкой их в агломерационную шихту происходит накопление цинка в получаемом агломерате. По существующим нормам содержание цинка в сырье, поступающем в доменную печь, не должно превышать 1.0 %, в то время как в пыли доменных газоочисток на заводах Украины его содержание может доходить до 15 %. Это свидетельствует о необходимости обесцинкования пылей (шламов), имеющих повышенное содержание цинка.

Разработаны два  типа процессов извлечения цинка  из исходного материала (окисленные цинковые руды, цинковые шлаки и кеки, пыли, шламы) - пиро- и гидрометаллургический. Первый применяется в основном в черной металлургии, второй - в цветной. Основой пирометаллургического процесса извлечения цинка (и свинца) является восстановительный обжиг сырья чаще всего во вращающихся (трубчатых) печах, восстановитель кокс, а в последние годы энергетический уголь. Можно утверждать, что все процессы получения металлизованных окатышей так или иначе связаны с отгонкой цинка из исходной шихты и последующим улавливанием его в виде оксида либо металлического цинка. Взаимодействие углерода с оксидом цинка протекает по реакциям:

 

ZnO + C = Zn(пар) + CO;

ZnO + C = 2 Zn(пар) + CO2.

 

Первая реакция  протекает при температуре 950 С, вторая – при 1070 С и выше, причем возгонка цинка наиболее интенсивно идет при 980-1000 С. Установлена линейная зависимость  между количеством получаемого цинка и степенью металлизации шихты. В частности, в конце трубчатой печи степень возгонки цинка возрастает до 96-98 %, свинца- до 99%, а степень металлизации - до 94 %.При температуре выше 1100 С существенно ускоряется процесс возгонки всех цветных металлов, содержащихся в сырье. В возгонках восстановительного обжига пылей доменных газоочисток может находиться значительное количество редко земельных элементов (например, теллура и индия до 0.15 кг/т пыли). Предварительная подготовка пыли (кека) обычно заключается в их грануляции с получением окатышей диаметром 5-15 мм.

В последние  годы разрабатываются новые способы  извлечения цинка и других цветных  металлов из дисперсных отходов металлургического  производства. В частности, был предложен процесс их обесцинкования путем электроплавки окатышей, полученных из пыли, в дуговой электропечи. Принципиально этот метод заключается в следующем. При получении окатышей в них "накатывался" углеродосодержащий материал (например, молотый кокс) с тем, чтобы при плавке их в дуговой печи образовывалась восстановительная атмосфера. Оксиды кремния, кальция, марганца, имеющиеся в окатышах, представляют собой по существу пустую породу; при плавке они образуют шлаковый расплав, который периодически выпускается из печи. Цветные металлы возгоняются и образующийся пылегазовый поток направляется в газоочистные сооружения через окислительную камеру. Цветные металлы превращаются в оксиды, которые затем и улавливаются. Уловленная пыль содержит до 50 % цинка. Кроме того, газовым потоком выносятся и такие металлы, как индий, таллий, кадмий.

Возможно проведение процесса обесцинкования с использованием плазмы. В способе "Плазмадаст" (Швеция) восстановительным агрегатом  является шахтная печь, в которую загружаются исходный материал (пыль) и коксовая мелочь. В нижней части ее располагаются плазматроны. В восстановительной атмосфере печи оксид цинка восстанавливается до чистого цинка, который, находясь в парообразном состоянии, вместе с отходящими газами поступает в конденсатор, где конденсируется до жидкого металла. [2]

3.2 Способы  сокращение загрязнения гидросферы

Сокращение расхода воды

Высокие нормы удельного  водопотребления и большие объемы сбросов в водоемы есть результат несовершенства технологических процессов и схем, на которых построено промышленное производство. Большое количество отходов при современных методах промышленного производства не является неизбежным, оно может быть сокращено путем создания новых, более современных технологических методов. Важнейшей составной частью перестройки технологических процессов на безотходный режим является сокращение водопотребления, направленное в конечном счете на создание производства без сброса сточных вод в водоемы.

Значительное сокращение расходов воды может быть достигнуто за счет усовершенствования охлаждения оборудования, в первую очередь прокатного. Так, путем замены системы перфорированных труб, через которые подается охлаждающая вода на валки стана и рольганги, на систему с применением спрейеров за счет улучшения теплосъема удается сократить расход воды на 25% . С целью снижения расхода воды разработан и может быть рекомендован технический прием охлаждения роликов рольганга в специальных ваннах, позволяющий уменьшить расход воды в 2-3 раза. При применении этого способа можно использовать воду любого качества.