Управление твердыми отходами на металлургических предприятиях

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Утилизация отходов металлургической промышленности

В настоящее время особенно актуальной становится задача утилизации отходов металлургической промышленности, степень использования которых до сих пор остается крайне недостаточной. Шлаки чугунолитейного и сталеплавильного производства давно используются для получения эффективных строительных материалов. Дело в том, что в отличие от природных силикатов шлаковые расплавы имеют относительно постоянный химический состав.

Имеются технологии производства из шлаков черной металлургии широкого ассортимента строительных материалов, изделий и конструкций.

Производство цемента. Цементная промышленность использует шлак как активную минеральную добавку при производстве шлакопортландцемента - вяжущего вещества, твердеющего в воде и на воздухе. Шлакопортландцемент получают путем измельчения клинкера (обожженной до спекания смеси известняка и глины), доменного гранулированного шлака и гипса (СаS0₄ - 2H₂O). Активные вещества, содержащиеся в шлаке, улучшают технические свойства цемента, повышают его качество и прочность изготовленных из него строительных конструкций. Это позволяет сократить расход шлакопортландцемента на 5 % по сравнению с портландцементом при производстве бетона класса В - 25, из которого делается до 80% всех сборных железобетонных конструкций.

Из огнежидких шлаковых расплавов доменного производства вырабатываются гранулированный щебень, наполнитель для асфальтобетона, шлаковата, литые изделия (тротуарная плитка, бордюрный камень), шлакосиликаты и другие материалы. Из этих «первичных» шлаковых материалов путем их последующей переработки изготовляются различные строительные материалы, изделия и конструкции [2].

 

Рис.  3.1  Схема утилизации отходов  металлургического  производства

 

 

Гранулированный шлак используется в качестве заполнителя в конструктивных бетонах, в дорожном и других видах строительства. Шлаковая пемза применяется для изготовления теплоизоляционно-конструктивных легких бетонов, а также в качестве теплоизоляционных засыпок. Литой шлаковый щебень используется в производстве высокопрочных бетонов, щебень из скардовин - при производстве бетонов, асфальтобетонов и в дорожном строительстве. Сталеплавильные шлаки используются для дополнительного извлечения металла, производства фосфатошлаков и известняковой муки, в дорожном строительстве, а также в качестве флюсов в доменном и литейном производствах. Из ферросплавных шлаков вырабатывают гранулированный шлак, самотвердеющие смеси и вяжущие, а кроме того, муку для нужд сельскохозяйственного производства.

Научные исследования показали, что наружные стены из шлакопемзобетона являются наиболее дешевыми и теплыми - коэффициент теплопроводности шлакопемзобетона в 1,3 - 1,5 раза выше коэффициента теплопроводности легких бетонов такой же объемной массы на основе аглопорита и керамзита.

Отходы металлургической промышленности условно можно поделить на железосодержашие отходы (ЖСО), где содержание окислов железа превышает 30% и «не - ЖСО», в которых окислов железа меньше 20% . К ЖСО относятся пыли и шламы газоочисток всех цехов основного металлургического цикла, окалина обжимных и др. цехов, шламы прокатных цехов. Эти ЖСО ныне активно используются (в условиях дефицита железорудного сырья и металлолома) аглофабриками самих металлургических заводов для приготовления шихты. Так, на Донецком металлургическом заводе (ДМЗ) образовано свыше 60 тыс. тонн железорудных отходов (класс токсичности 4) - см. табл. 3.1 и 3.2. Колошниковая пыль и окалина используются, в основном, на своих аглофабриках металлургическими заводами («возвращается» в шихту). Шламы накапливаются в шламонакопителях и используются на

 

Рис.3.2 Схема укрупнения мелких фракций путем окатывания

аглофабриках в ограниченном количестве. Железосодержащую пыль из фильтров (если не отдавать ее на аглофабрику) можно укрупнять окатыванием (рис. 3.2), а также можно брикетировать совместно с коксовой, доломитной и Мn - содержащей пылью — при этом получаются композиционные брикеты (65 x 55 x 36 мм), по составу аналогичные доменной шихте (рис.3.3). 

                                                                                             Таблица 3.1

                         Компонентный состав отходов ДМЗ

Вещество	Образование (т)	Накоплено (т)
Колошниковая пыль	14489	-
Пыль газоочисток ЭСПЦ	3127	22697
Окалина прокатная и сталеплавильная	22520	4357
Шлам доменных газоочисток	13096	4887293
Шлам прокатных цехов	7173	5773
Шлам ЭСПУ газоочисток	3609	8111

 

                                                                                 Таблица 3.2

Элементный состав отходов ДМЗ

Отходы	Состав, %
	Feобщ	FeO	Fe2O3	SiO	CaO	C
Колошниковая пыль	39,5	9,6	45,8	9,4	8,5	15,5
Пыль газоочисток  ЭСПЦ	45,40	8,8	55,1	3,4	8,1	0,3
Окалина первичная	69,12	49,7	43,5	0,36	0,82	0,26
Окалина вторичная	54,88	33,2	41,5	1,60	4,2	-
Шлам доменных газоочисток	49,91	14,49	55,2	9,4	8,2	9,15
Шлам прокатных цехов	37,92	11,40	41,5	9,4	8,2	-
Шлам ЭСПУ газоочисток	47,40	14,60	51,5	12,5	27,75	-

 

Наибольшую экологическую проблему представляют, разумеется, металлургические шлаки, которых вокруг любого металлургического завода скопилось многие миллионы тонн. Хотя из таких шлаков можно производить много качественных стройматериалов, сегодня, в условиях дорожающей электроэнергии и снижении спроса на эти стройматериалы - это производство низкорентабельно.

На рис.3.4 представлена принципиальная схема комплексной утилизации шламов и шлаков, включающая стадии обесцинкивания и обезвоживания. Применение такой схемы позволяет получить продукты, пригодные к использованию в черной металлургии и промышленности стройматериалов. Обезвоживание шламов осуществляется на дисковых вакуум- фильтрах производительностью около 0,1 т/(м²*ч) при концентрации шлама в исходной пульпе 400 - 600 г/л. влажность обезвоженного осадка составляет 20 - 25%. Такие аппараты, например, применяют на комбинате «Запорожсталь» (удельная площадь этих шламов в радиальных сгустителях находится в пределах 9 - 12 м²*ч/т). В связи с повышенной влажностью осадка после обезвоживания на дисковых вакуум- фильтрах шламы доменных газоочисток в ряде случаев подвергаются еще и термической сушке в барабанных сушилках. Удельная напряженность по испаренной влаге для них составляет 30 кг/(м³*ч), температура газов на входе в барабан должна составлять 900 - 1000 °С.

Кроме центробежных методов обесцинкивания доменных шламов, известны также термические и гидрометаллургические способы разделения.

Таким образом, из шлаковых расплавов можно получать и «традиционное» строительное сырье (граншлак, щебень, клинкер) и литые изделия, характеризующиеся высокой кислотостойкостью и стойкостью против абразивных воздействий и минераловатные изделия - эффективный теплоизоляционный материал и др [4].

Одним из перспективных термических методов обработки доменных шламов, содержащих цинк, свинец и щелочные металлы, является их электротермическая переработка. Шлам предварительно комкают в чашевом

    Рис.3.3  Технологическая схема брикетирования

 

Рис . 3.4  Технологическая  схема утилизации шлаков

 

 

грануляторе с использованием 20% - ного раствора жидкого стекла, которое является эффективным и сравнительно недорогим связующим. Образовавшиеся гранулы, размер которых колеблется в пределах 2 - 4 мм, сушат, затем обжигают, что необходимо для обеспечения полного восстановления углеродом содержащихся в шламе оксидов цинка, а также оксидов железа. Обжиг гранулированного шлама осуществляют в печи кипящего слоя при температуре  850 - 900 °С, что позволяет попользовать в качестве добавки к топливу выжигаемый углерод. Применение печей такой конструкции целесообразно, так как позволяет регулировать степень выгорания углерода в температурном интервале процессе 800 - 1000°С; недостатком использования таких печей, однако, является значительный вынос пыли при обжиге, который составляет 20 - 25% от количества обрабатываемого материала.

В качестве плавильного агрегата используется, например, однофазная рудно-термическая печь, где разделяются тяжелый металл (железо) и более легкий шлак. Далее остывший шлак (кусковой) может подаваться на дробилку для производства щебня (который идет на отсыпку шоссейных железных дорог) или клинкера - основы шлакопортландцемента. Если же использовать неостывший расплав шлака, то можно получать широкий спектр качественных стройматериалов: граншлак (наполнитель бетонов), облегченные пеноматериалы с повышенными тепло- и звукоизоляцией, такие как шлаковая пенза и шлако- перлит, литье (тротуарные плиты, бордюрный камень), минеральная вата.

Технологический процесс получения шлакоперлита определяется следующими параметрами: допустимые колебания температуры исходного шлака 1350 - 1550° (вязкость от 0,2 до 1,0 Па*с), длительность процесса вспучивания 1- 2 мин, температура расплава при выходе из поризатора - 1250 °С (вязкость 2,0 Па*с), время охлаждения гранул до температуры отжига - 1 мин., температура отжига - 850 °С, его длительность - 10 мин

 

Рис.3.5. Схема припечной гранулирующей установки шлака:

1 - вытяжная труба; 2 - скруббер; 3 -  защитный экран; 4 - скиммерная доска; 5 - решетка; 6 - гранулятор; 7 -  шлаковый желоб; 8 -  водовод подпиточной воды; 9 - мостовой кран; 10 - насос; 11 - камера оборотной воды; 12 - бункер-отстойник; 13 - окно; 14 - эрлифт; 15 - насос подачи воды на взмучивание; 16 -  карусельный фильтр; 17 - промежуточный бункер; 18 - питатель; 19 - конвейер.

 

(вязкость расплава 107 Па*с), время полного охлаждения гранул - 20 мин. производство шлакоперлита может быть организовано. Расплавленный шлак из ковша сливается в электромиксер. Последний оборудован устройствами для ввода добавок. Вспучивание расплава водой производится в одноручьевом вибропоризаторе.

 Более прогрессивной является припечная бесковшная технология гранулирования шлака (рис.3.5). При этом способе жидкий шлак (t = 1500°С) из доменной печи по желобу 7 стекает в гранулятор 6, состоящий из короткого лотка и гидронасадки, где струями воды дробится на частицы. Гранулы поступают в бункер-отстойник 12, откуда насосами (эрлифтом 14) перекачиваются в обезвоживатели. Обезвоживание осуществляется в специальных бункерах, оборудованных фильтрующими решетками 5,или в карусельных фильтрах 16, снабженных коробками с перфорированными откидными крышками. При вращении обезвоживателя каждая коробка проходит стадии заполнения пульпой, фильтрации воды через отверстия в днище и разгрузки обезвоженного шлака в бункер 17. Установка герметична, парогазовая смесь улавливается, очищается в скруббере 2 и удаляется в вытяжную трубу 1, а вода возвращается для нового использования [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФАКТИЧЕСКИХ НОРМАТИВОВ ОБРАЗОВАНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ

 

4.1Определение фактических нормативов образования промышленных отходов категорий А и Б

 

    Методика отображает  унифицированные способы определения  нормативов образования промышленных  отходов, исходя из принадлежности  последних к следующим категориям, что характеризируют особенности  техногенеза отходов:

    Категория А - остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, которые не могут быть использованы по прямым предназначениям из-за изменения физического состояния, геометрических размеров либо фракционно-дисперсного состава в результате осуществления технологических процессов либо работ. При этом указанные остатки по химическим либо вещественным составом идентичные сырью, материалам, полуфабрикатам.

    Категория Б - техногенные продукты, полученные при добычи и обогащении сырья, а также в результате физико-химической переработки начальных материально – сырьевых ресурсов, но не есть целью технологического процесса либо работ.