Анализ технологий переработки железосодержащих отходов черной металлургии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Московский государственный институт стали и сплавов

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Л.Е. Чумаченко

Введение

Черная металлургия является одной из наиболее материалоемких и энергоемких отраслей промышленности. Для получения 1 т чугуна необходимо затратить 1,7-1,8 т рудного сырья, а при его подготовке израсходовать около 2,5 т сырой руды. Таким образом, расход сырой руды на 1 т чугуна составляет 4-5 т. Помимо этого на выплавку требуется свыше 1 т энергоносителей всех видов: твердое, жидкое и газообразное топливо, кокс, электроэнергия. Удельный вес черной металлургии в мировом энергопотреблении составляет около 8% [1].

Накопление техногенных отходов, содержащих железо, углерод и другие полезные элементы, в хранилищах, накопителях и отвалах при ощущающемся дефиците доступных природных ресурсов требует комплексного подхода в решении этой проблемы. Существующие в настоящее время технологии не решают многие экологические проблемы. Альтернативой здесь могут стать наиболее пригодные для утилизации техногенных, в том числе и экологически опасных отходов технологии бездоменной металлургии.

На сегодняшний день в мире разрабатывается несколько процессов бездоменной металлургии железа, перспективных с точки зрения переработки железосодержащих отходов. К ним в первую очередь относятся процессы: Ромелт (Россия), Hismelt (Австралия), Fastmet/Fastmelt (США); ITmk3 (США), AusIron (Австралия).

Целью настоящего исследования явилось проведение энерго-экологического анализа выбранных технологий и на основании полученных результатов определение оптимального метода переработки отходов.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ К УВЕЛИЧЕНИЮ ДОЛИ

ЖЕЛЕСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В БАЛАНСЕ СЫРЬЯ

В черной металлургии ежегодно образуются миллионы железосодержащих отходов в виде окалины, шлаков, пыли. В производство возвращается в основном через агломерацию и конвертерное производство порядка 45-50 % железа, содержащегося в отходах, остальные 50-55 °% либо накапливаются в отвалах и отстойниках, либо безвозвратно теряются вне предприятий. Возвращение в производство железа, содержащегося в отходах, является важной экономической задачей.

В металлургическом производстве образование железосодержащих отходов происходит yа всех стадиях технологического процесса, начиная от подготовки железорудного сырья и заканчивая производством готового проката. Источники образования железосодержащих отходов и их объем определены на примере конвертерного производства Западно-Сибирского металлургического комбината и представлены в таблице 1.

Таблица 1. Источники и объем железосодержащих отходов на Западно-Сибирском металлургическом комбинате

Источники образования железосодержащих отходов	Объем железосодержащих отходов, тыс.
Конвертерное производство производительностью 7,5 млн т	86,7
стали, в том числе	20,4
- окалина МНЛЗ	22,5
- шлам машины газовой резки МНЛЗ	12,5
- шлам газоотчистки	31,25
- пыль газоотчистки
Доменный цех, в том числе	539,6
- шлам от аспирационных установок подбункерного помещения	7,7
- шлам газоотчистки	56,9
- калошниковая пыль	475,0
Агломерационно-обогатительная фабрика (просев агломерата фракцией менее 5 мм)	312,5
Окалина прокатного производства	203,75
Всего	1142,55

Характеристика железосодержащих отходов по некоторым показателям приведена в таблице 2.

По оценке экспертов тонна железа, полученного из отходов производства в 5-7 раз дешевле тонны железа, полученного из первородного сырья (железной руды).

Затраты на добычу железной руды с каждым годом растут связи с ухудшением горногеологических условий, отдаленностью от металлургических предприятий и других факторов.

В этой связи металлопроизводители стали более активно и адресно заниматься проблемами использования в производство металлосодержащих отходов. Наиболее активно эта работа проводится на ОАО «Магнитогорский металлургический комбинат» (ОАО «ММК»),

ОАО «Уральская сталь», ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» (ОАО «ЗСМК») и ряде других предприятий. Доля железосодержащих отходов в баланс сырья по металлу на этих предприятиях составляет от 7 %% до 13,2 %% и это не предел. По оценке экспертов, из объема образующихся и накопившихся в отвалах предприятий железосодержащих отходов долю железа в балансе сырья по металлу вполне реально увеличить в 2-2,5 раза. Для утилизации железосодержащих отходов.

Для квалифицированного использования этих отходов в сталеплавильном производстве их необходимо предварительно подготовить. Подготовка заключается в обезвоживании шламов и усреднении. Для этого необходимо сооружение специального отделения.

В мировой практике хорошо отработаны различные варианты утилизации шламов. Наиболее простой и в то же время приемлемый для сталеплавильного производства вариант заключается в последовательном осуществлении следующих операций: сгущение пульпы, сушка на дисковых вакуум-фильтрах, а затем в барабанных сушилах до влажности 6 %. Сушка шламов производится за счет сжигания газового топлива, либо горячим воздухом, поступающим от воздухонагревателя за котлом-утилизатором кислородного конвертера.

Использование таким образом подготовленных шламов в конвертерном процессе технологически возможно и экономически целесообразно, о чем свидетельствует отечественный и зарубежный опыт, в том числе на ЗСМК. В то же время подача через тракт сыпучих материалов большого количества мелкодисперсных материалов с размером частиц 0,2-5,0 мм приведет к значительному увеличению пылеобразования в местах пересыпки и особенно в узле подачи материалов непосредственно в конвертер. На этом основании подачу железосодержащих и углеродсодержащих материалов в конвертер необходимо производить посредством контейнеров, аналогичных используемых для завалки металлолома в конвертер. Их загрузку предлагается производить в отделении подготовки железосодержащих материалов.

В настоящее время решение проблемы более полной утилизации железосодержащих отходов сдерживается отсутствием надежных и эффективных технологий переработки значительных объемов вторичного окисленного сырья с неблагоприятным для агломерации вещественным составом. Практически только окалина утилизируется в полном объеме. Так, в ОАО «ММК» ежегодно образуется около 650 тыс. т окалины, которая используется в аглодоменном производстве. В то же время есть вариант более эффективного применения замасленной окалины в конвертерах, что имеет ряд технологических, экологических и экономических достоинств.

Снижение окалины, в особенности замасленной (около 150,0 тыс. т), из состава агло-шихты будет способствовать сбережению топлива на технологические нужды (60-70 кг/т агломерата), повышению надежности работы оборудования и сокращению вредных выбросов в атмосферу, так как масла при агломерации в основном возгоняются, а не сгорают. В последующем, при охлаждении аглогазов, пары масел конденсируются на поверхности оборудования в виде твердых частиц, а частично уходят в атмосферу в виде масляного тумана и в последствии выпадают на землю, загрязняя почву. Исключение замасленной окалины через агломерацию из шихты доменных печей улучшит показатели работы печей, так как повысится газопроницаемость и стабилизируется влажность шихты.

Наличие масел в окалине не является большим недостатком при использовании ее в конвертерной технологии, так как масла являются технологическим топливом и восстановителем и интенсифицируют восстановительные процессы в самой окалине. Безусловно, предстоит решать вопросы подготовки такой окалины к плавке в конвертерах, но эффект от ежегодного вовлечения в производство 150 тыс. т сырья, что заметно в балансе по железорудному сырью, многократно перекроет расходы. Проблем с использованием незамасленной окалины и сварочного шлака нет, о чём свидетельствует практика их эффективного применения в 2000-2005 гг. на металлургических предприятиях г. Новокузнецка. В этот период на ОАО «ЗСМК» был реализован вариант конвертерного процесса с использованием значительного количества окалины (до 15-20 %% от массы жидкого чугуна), что в 2-3 раза превышало ее обычную долю в шихте конвертерной плавки. Тепло, необходимое в этом процессе для нагрева и восстановления окалины получают в результате окисления примесей чугуна и снижения твердых углеродосодержащих материалов, главным образом коксовой мелочи.

Технологический процесс осуществляется в конвертере, оборудованном продувочным устройством как для совместной, так и раздельной подачи кислорода и азота. В конвертер заливают чугун, загружают окалину, углесодержащие и шлакообразующие материалы с одновременным перемешиванием ванны путем подачи продувочной смеси из кислорода и азота. Пропорция компонентов продувочной смеси меняется в зависимости от состава и температуры чугуна и массы используемой окалины.

В результате перемешивания и взаимодействия всех загруженных в конвертер материалов происходит восстановление оксидов железа и переход восстановленного железа в железоуглеродистый расплав. Переход от подачи в конвертер продувочной смеси из азота и кислорода (восстановительная продувка) к чисто кислородной продувке для окислительного рафинирования и нагрева металла осуществляется после усвоения загруженных железосодержащих, углеродосодержащих и шлакообразующих материалов и достижения оптимального распределения усвоенного железа окалины между металлом и шлаком. Достижение оптимального распределения обеспечивает спокойное без выбросов протекание окислительного рафинирования и нагрева металла до заданных параметров по температуре, химическому составу и выходу жидкого металла.

В последние годы на Запсибметкомбинате доля окалины в балансе железосодержащего сырья сократилось. Это, на наш взгляд, обусловлено некоторыми причинами. Первое -отсутствие комплексного экономического учета всех взаимосвязанных факторов применения окалины в агломерационном, доменном и конвертерном производствах. Негативные моменты использования окалины в агломерационном и доменном производствах отмечены выше, но дать им экономическую оценку достаточно сложно.

Второе - замена металлолома окалиной сопровождается увеличением доли чугуна в металлошихте, что ведет к удорожанию металлопродукции. Это следует исключить при правильном ценообразовании на металлолом. В России в течение ряда лет наблюдается устойчивая тенденция снижения уровня отпускных цен на металлолом по отношению к передельному чугуну. Так, в 1991 г. стоимость 1 т металлолома от стоимости 1 т передельного чугуна составляла 0,5, в 2000 г. - 0,23, в 2007-0,21. на мировом рынке ценность металлолома по отношению к передельному чугуну остается стабильной на уровне 0,8 от стоимости чугуна. При объективной оценке стоимости металлолома на российском рынке использование окалины и других желесодержащих отходов станет экономически выгодным для металлургических предприятий, так как их отпускная цена на порядок ниже, чем у металлолома. Это позволит значительно увеличить на металлургическом предприятии их долю в балансе железосодержащего сырья.

К увеличению доли металлосодержащих отходов в балансе сырья на металлургических предприятиях «подталкивает» и то, что в последние годы произошло значительное сокращение объемов подготовки и переработки металлургического лома (на 15-25 %%), что вынуждает сталеплавильщиков предприятий либо увеличить расход дорогостоящего чугуна на выплавку стали, либо искать эффективные и приемлемые способы увеличения доли железосодержащих отходов в балансе сырья по металлу.

В целом, решение проблем более полной утилизации отходов металлургического производства и увеличение доли железосодержащих отходов в балансе железорудного сырья металлургических предприятий невозможно без всесторонней экономической оценки всех энерго-материально-экономических аспектов различных вариантов их применения.

ГЛАВА 2. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ

Отходы, которые образуются на металлургических предприятиях, из-за высокого содержания железа в шлаках и шламах, являются ценными и могут быть возвращены в производство. Центром разработаны технологические схемы по подготовке и смешению железосодержащих пылей и шламов сталеплавильного, прокатного и аглодоменного производств.

Сначала происходит смешение влажных шламов с известью и другими сухими компонентами (колошниковая, аспирационная, графитсодержащая пыли, коксовая мелочь), в результате которого получается смесь 12 % - ой влажности. Также возможно добавление в смесь окалины, в том числе маслосодержащей (до 10 %).

Далее полученная шихта направляется на пресс для брикетирования.

Готовые брикеты обладают необходимой прочностью, позволяющей использовать их в доменной печи.

Технология переработки ванадийсодержащих зольных остатков тепловых электростанций, сжигающих мазут

На предприятиях Украины накоплено достаточное количество ванадийсодержащих отходов с большим содержанием ванадия, имеющего промышленное значение.

Разработанная УкрГНТЦ «Энергосталь» технология переработки ванадийсодержащих отходов позволяет получить материал с содержанием ванадия, пригодным для микролегирования многих марок стали.

Преимущества данной технологии переработки:

получение оксида ванадия V2O5 высокой чистоты (более 98,5 %) с низким содержанием примесей серы и фосфора (менее 1 %);

высокая степень извлечения V2O5 (91 - 94 %);

низкий расход реагентов (СаСО3, СО, NH3);

использование в качестве реакционной добавки при обжиге известняка;

регенерация реагентов (NH3, CO2);

отсутствие вредных сбросов в водный и выбросов в воздушный бассейны;

получение дополнительно никелевого концентрата с содержанием 5 - 8 % NiO и гипса.

Системы улавливания и очистки графитсодержащих выбросов

УкрГНТЦ «Энергосталь» разработал эффективные системы локализации, улавливания и очистки графитсодержащих выбросов за миксерами, установками перелива чугуна и другими источниками выбросов.

Системы состоят из отсосов по локализации выбросов с обеспечением эффективного улавливания до 90 %.

Система газоочистки состоит из циклонов и рукавных фильтров с импульсной регенерацией, обеспечивающих конечное пылесодержание не более 20 мг/м3.

Система селективного сбора и подготовки к использованию графит- и железосодержащей пыли позволяет утилизировать графитсодержащую пыль с содержанием графита более 65 % для получения товарного продукта.

Система улавливания, очистки и сбора графитсодержащей пыли внедрена в миксерном отделении и отделении десульфурации чугуна на ОАО «ЛМЗ «Свободный сокол».

Установка подготовки к утилизации замасленной окалины

УкрГНТЦ «Энергосталь» разработана технология термической переработки замасленной окалины из горизонтальных отстойников прокатных станов, при котором она возвращается как сырье в металлургическое производство.

Процесс переработки замасленной окалины начинается с подготовки ее после вторичных отстойников прокатного производства, заключается в смешении с известьсодержащими отходами с дальнейшим получением брикетов с достаточной прочностью.

Возможно подмешивание полученного продукта к железосодержащим пылям и шламам для увеличения содержания окислов железа в брикетах. Полученные брикеты могут быть использованы в сталеплавильном производстве как одна из флюсующих добавок для наведения шлака.

Подготовка замасленной окалины возможна также путем фильтрования через крупную окалину из первичных отстойников с достижением влажности 8 - 9 % и содержанием масел 1,0 - 1,5 %. Установка внедрена на ОАО «Московский металлургический завод «Серп и Молот», ОАО «Ижорские заводы» (Россия).

На ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат» внедрена и успешно эксплуатируется установка по термическому обезвреживанию замасленной окалины (производительностью до 4 т/ч) и маслосодержащих стоков (до 2,5 м3/ч). Данная установка позволяет уменьшить сброс замасленных стоков, а обезмасленная окалина как ценный продукт с высоким содержанием железа возвращается в производство. Такая же установка внедрена на ОАО «Металлургический завод «Электросталь».

В водогазоочистных системах агломерационного, доменного, сталеплавильного и прокатного производств улавливаются железосодержащие пыли и шламы (ЖПШ) с содержанием железа от 40 до 72 %. Утилизация их затруднена из-за наличия в ЖПШ вредных примесей (цинк, свинец, медь, сера, мышьяк и др.).

УкрГНТЦ «Энергосталь» разработана эффективная технология переработки различных видов ЖПШ водогазоочисток металлургических переделов.

Особенности технологии:

возможность извлечения цинка из трудновосстанавливаемых соединений, присутствующих в ЖПШ;

использование отходов металлопроизводства;

использование типовых технологических процессов и оборудования.

После переработки металлизированный продукт (степень металлизации 97 %) может использоваться в сталеплавильном производстве или в качестве товарной продукции.

Технология переработки успешно реализована на ОАО «Новолипецкий металлургический комбинат».

Глава 3. БРИКЕТЫ ИЗ МЕЛКОФРАКЦИОННЫХ И

ТОНКОДИСПЕРСНЫХ КОМПОНЕНТОВ - РАЦИОНАЛЬНЫЙ

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ШИХТЫ

Нет необходимости доказывать опасность, а также масштабность сложившейся в мире к началу XXI века экологической ситуации. Экологический компромат в настоящее время используется и как средство конкурентной борьбы.

Утилизация пыли и шламов производится преимущественно на крупных металлургических предприятиях в агломерационном производстве. Для вторичного использования в металлургии применимы только предварительно специально подготовленные данные отходы. Основная технологическая сложность в переработке шламов - обезвоживание их до влажности 10-12%. В то же время на машиностроительных, сталеплавильных и сталепрокатных предприятиях неполного цикла шламы преимущественно идут в отвалы. В связи с этим актуальным становится развитие компактных производств малой и средней мощности по переработке сухой пыли и шламов во вторичное сырье в виде брикетов, отвечающих требованиям современных металлургических процессов.

В большинстве случаев богатое железосодержащее сырье представляет собой тонкодисперсные концентраты и ведение металлургических процессов в печах требует их окускования для обеспечения достаточной газопроницаемости. Традиционной шихтой для таких переделов является агломерат, окатыши, железо прямого восстановления, чушковый чугун, металлолом, ферромарганец, ферросилиций и т.д., а также минеральное сырье в качестве флюсующих добавок.

Окускование является одной из актуальных задач в подготовке железосодержащих материалов к металлургическому переделу.

Для получения товарного продукта, пригодного для реализации на рынке вторичного сырья, брикет должен отвечать ряду требований:

не должен содержать вредных для металлургического процесса примесей элементов сверх допускаемого уровня;

обладать прочностью, достаточной для его последующей транспортировки;

сохранять прочность при увлажнении при транспортировке;

обладать прочностью при высоких температурах;

обладать однородностью химического состава;

обладать однородностью линейных размеров кусков;

иметь себестоимость, сопоставимую с традиционной.

Окускование мелкодисперсных пылей и шламов позволяет не только обеспечить предприятия дополнительными ресурсами железосодержащих материалов и уменьшить экологическую нагрузку на окружающую среду, но стабилизировать работу основных переделов - подготовки сырья и доменного производства.

Железоуглеродные материалы (окатыши и брикеты из дисперсных компонентов) своим появлением знаменуют переломный момент в осуществлении рационального способа производства железа. Их принципиальное отличие от традиционной шихты по степени дисперсности компонентов, площади поверхности контакта оксидов железа с углеродом и газом) сообщает системе новые качества. Восстановление при этом протекает интенсивнее и совместимо с высоким окислительным потенциалом газа в межкусковых полостях.

На сегодняшний день известны три способа окускования мелких руд, концентратов и отходов: агломерация, грануляция (окомкование) и брикетирование.

Агломерация - процесс получения кусков (агломерата) методом спекания мелкой руды и концентрата с топливом при высокой температуре горения.

Грануляция (окомкование-окатывание) - процесс получения окатышей, основанный на свойстве увлажненных тонко измельченных частиц руды или концентрата образовывать окатыши большей или меньшей крупности и прочности, которым, скатыванием в специальных аппаратах, придается необходимый размер и форма, последующим обжигом - повышенная прочность.

Брикетирование - процесс получения кусков (брикетов) с добавкой и без добавки связующих веществ с последующим прессованием смеси в брикеты нужного размера и формы.

Целью структурообразования мелких материалов является не только получение определенного размера кусков, но и создание в искусственных структурах комплекса заданных физико-химических свойств. В связи с этим существует закономерная причинно-следственная связь технологических параметров процессов структурообразования с качественными характеристиками подготовленных материалов.

Мелкофракционные материалы фракции 0-10 мм обладают низкой газопроницаемостью, что затрудняет их использование в агломерационном процессе без предварительной подготовки.

Брикетирование мелкозернистых и тонкодисперсных материалов со связующими веществами - наиболее универсальный способ вовлечения в переработку ценных топливных, рудных и минеральных сырьевых компонентов, а также ряда техногенных отходов, которые по своему агрегатному физическому состоянию непригодны для непосредственного использования в технологических процессах и аппаратах.

Отличительной особенностью процесса брикетирования является возможность изготовления брикетов из шихтовых смесей, эффективных для основных типов агрегатов металлургического передела.

Брикетируемые материалы и область применения брикетов представлены в таблице 1.2.1. Следует обратить внимание, что брикетированию подлежат не только техногенные отходы, но и первородное мелкофракционное и тонкодисперсное сырье.

ГЛАВА 4. УТИЛИЗАЦИЯ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ В

ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ УКРАИНЫ

Природу до недавнего времени рассматривали как своего рода неисчерпаемую кладовую, откуда можно было безвозвратно брать ресурсы и сбрасывать в нее отходы производства и потребления. в определенной мере подобное отношение к природе проявляется ив настоящее время.

Экономическое развитие Украины осуществляется на основе высокоинтенсивного промышленного и сельскохозяйственного производства, постоянно растущей системы транспортных связей. На относительно небольшой территории Донецко-Криворожского бассейнов с высокой плотностью населения сложились и развиваются крупнейшие территориально-промышленные центры, интенсивно использующие минерально-сырьевые и энергетические, а также водные, лесные и земельные ресурсы. Уже сегодня проявляются закономерности ограничения и исчерпаемости их запасов.

В черной металлургии Украины суммарное количество ежегодно теряемого железа составляет 35 млн.т, половина его потерь приходится на горнорудную промышленность, где оно в основном содержится в отходах, представляющих слабомагнитные окисленные руды не поддающиеся обогащению применяемыми способами обработки железорудного сырья.

На металлургических предприятиях ежегодно образуется около 9 млн.т железосодержащих отходов шламы, пыль, отсевы агломерата и окатышей, окалина, сварочный шлак и др, степень утилизации которых составляет 82%. Наиболее трудаоутилизируемыми являются шламы (3,2 млн.т), утилизация которых немного выше 50%. На предприятиях накоплено более 70 млн.т шламов, из которых только 21 млн.т пригодны для использования в металлургии, а остальные разубожены отходами коксохимических и других производств. Кроме указанных отходов ежегодно образуется более 3 млн.т конвертерных шлаков, из которых утилизируются в качестве оборотного продукта в металлургии всего 440 тыс.т. Помимо железосодержащих отходов, в народном хозяйстве Украины на всех стадиях использования минерального сырья и топлива ежегодно образуется около 2 млрд.т отходов, что требует отвода 7 тыс.га земли. В отвалах их накоплено 10-12 млрд. т. Только отходы добычи угля и обогащения заскладированы в 2120 отвалах и терриконах.

Для Украины в целом и Донецко-Криворожского бассейнов, в частности, комплексное использование полезных ископаемых, безотходные и малоотходные технологии, утилизация всех видов промышленных отходов могут сыграть решающую роль в деле охраны окружающей среды, так как благодаря этому резко снижается загрязнение воздушной среды и водоемов, сокращаются площади сельскохозяйственных земель, отчуждаемых под отвалы.

В Донбассе образуется более 20% ежегодного выхода отходов Украины, в том числе 45% доменных и 50% сталеплавильных шлаков, 35% золо- и шлаковых отходов тепловых электростанций.. В регионе в целом накоплено более 4 млрд.т крупнотоннажных отходов. В связи с этим техногенное давление на окружающую среду в регионе - более чем в 10 раз превышает среднее по республике, это отрицательно влияет на бассейны Черного и Азовского морей, а также на воздушный бассейн не только данного региона, но и Европы

Донбасс принадлежит к наиболее индустриально развитым и густонаселенным районам мира по масштабам добычи полезных ископаемых и их переработке, а также по образованию отходов. Например, в отвалах углеобогатительных фабриках хранится более 300 млн. т отходов, а занимаемая ими площадь составляет более 900 га. В 36 дейсвующих 12 отработанных илонакопителях емкостью около 70 млн. м3 и площадью более 1000 га накоплено свыше 100 млн.т хвостов флотации, которые пока не находят применения.

Для дальнейшего складирования указанных шламов выбрано, 59 отрицательных форм рельефа объемом-1,5 млрд. м3 для организация породных отвалов на 25 лет и еще 42 емкости объемом 1;2 млрд.м9 для второй очереди с общим временем эксплуатации всех емкостей 40 лет.

Металлургические шламы предприятий Донбасса заскладированы в шламонакопителях общей емкостью более 40 млн. м3, которые практически все переполнены. Свободных емкостей вблизи предприятий нет, а организация складирования вдали приведет к значительным материальным затратам и ухудшению состояния окружающей среды.

Отходы производства - признак несовершенства технологии и это особенно наблюдается в тяжелой промыиленности Украины, которая в основном сосредоточена в Донецко-Криворожском бассейнах. .

Интересы современной экономики требуют коренного изменения подхода к проблеме организации использования отходов производства и потребления на качественно новом уровне организации работ по комплексному использования ресурсов, начиная от научных исследований и кончая широким распространением положительного-практического опыта.

Научный анализ имеющихся подходов к определению ресурсосбережения и его места в системе расширенного воспроизводства, а также сложившихся форм, методов и организации ресурсосбережения на уровне основного хозяйственного производства, показывает, что многие вопросы теории, методического обеспечения и практики ресурсосбережения находятся еще в стадии разработки, являются предметом творческих дискуссий ученых.

Повышение роли интенсивных факторов экономического роста сопровождается перестройкой структуры хозяйства, направленной на снижение удельного веса наиболее ресурсо- и энергоемких отраслей. Например, в промышленности США на долю структурных сдвигов пришлось более 50% эффекта энергосбережения. Одним из основных направлений совершенствования технических характеристик производства является снижение его металло- и материалоемкости. Необходимость осуществления дорогостоящих мер по охране природы вызывает усиленный спрос на безотходные, ресурсосберегающие технологии, основанные на эффективных методах переработки сырья. В современных условиях объем, состав, социальная ориентация и качественные характеристики конечной продукции, в том числе ее ресурсоемкость и экологосообразность, являются мерилом цивилизованности общества и качества жизни.

Снижение сырьевых затрат на единицу продукции в 2-3 раза по некоторым видам ресурсов - в 6 раз дешевле увеличения добычи ресурсов. При этом следует учитывать постоянное удорожание геологоразведочных работ, рост цен на сырье и топливно-энергетические ресурсы, платы за использование природных ресурсов.

В связи с резким возрастанием абсолютных масштабов ресурсопотребления и изменением роли экономии ресурсов как основного источника удовлетворения прироста потребностей производства, ресурсосбережение становится определяющим фактором экономического роста и повышения эффективности производства. Более полное использование производственных мощностей, снижение энерго- и материалоемкости продукции, экономия природных ресурсов выдвигаются на первый план. Именно темп снижения ресурсоемкости м роста ресурсосбережения характеризует в современных условиях степень перехода на интенсивные методы хозяйствования, уровень достижения реальных конечных результатов с наименьшими затратами.

Ресурсосбережение следует рассматривать как условие, результат, процесс и показатель улучшения использования средств производства на всех этапах производственно-хозяйственной деятельности предприятий, а также экономического и социального развития общества.

Важно отметить, что ресурсосбережение является не только фактором повышения эффективности производства, но и важнейшим условием продолжения экологического кризиса. Результатом ресурсосбережения выступает высвобождение из народнохозяйственного оборота материальных ресурсов вследствие замены их попутными продуктами и отходами производства. Ресурсосбережение способствует не только повышению эффективности общественного производства, но и предотвращению загрязнения окружающей среды. В целом решение указанной проблемы означает увеличение выпуска продукции при неизменном или меньшем расходе материальных ресурсов, снижение себестоимости продукции, уменьшение капитальных вложений в добывающие отрасли и улучшение экологической обстановки. По мере возрастания значения каждого процента экономии ресурсов рост ресурсосбережения все в большей степени становится условием повышения эффективности производства.

Как показатель ресурсосбережение представляет собой снижение ресурсоемкости производства, или увеличение выхода конечной продукции из единицы необходимых для ее выпуска ресурсов. Поскольку ресурсосбережение как категория и как показатель охватывает все виды ресурсов, то по изменению его уровня можно судить об эффективности общественного производства.

Уровень ресурсосбережения (результат) определяется действенностью противозатратного хозяйственного механизма на данном этапе социально-экономического развития. Как процесс оно состоит в постоянном разрешении противоречия между ресурсосберегающим эффектом прогрессивной техники и технологии как закономерности развития производственных сил.

Основные причины возрастания ресурсоемкости производства лежат в нерациональной структуре общественных потребностей и низком техническом уровне производственных фондов по применению ресурсосберегающих технологий.

Предотвратить негативное влияние промышленных выбросов можно не только с помощью очистных сооружений, но и путем создания ресурсосберегающих и безотходных технологических структур на базе рециркулирующих материалов и энергетических потоков. Речь идет о переходе к принципиально новым технологическим системам, дающим максимальный ресурсо- и энергосберегающий, а также природоохранный эффект. В современных условиях это может быть достигнуто только на основе комбинированного потребления материальных ресурсов на предприятиях разных отраслей промышленности конкретного региона, роста комплексности использования первичного и вторичного сырья в результате внедрения малоотходных и безотходных технологий, повышения уровня межотраслевой кооперации и координации работ в вопросах утилизации отходов и защиты окружающей среды. В этом заключается суть безотходной технологии, определяемой как комбинированная структура производства, комплексно перерабатывающая сырье, рационально использующая природные ресурсы, утилизирующая в экономически целесообразных пределах основную часть отходов и не наносящая экономического ущерба окружающей среде.

Конечная цель организации безотходных региональных хозяйственных систем создание систем использования природно-ресурсного потенциала регионов, обеспечивающих в перспективе формирование безотходных территориально-производственных комплексов, построенных по принципу замкнутого технологического цикла и рециркуляции природных ресурсов.

Попытки нейтрализовать негативные последствия образования отходов путем строительства очистных сооружений по сути ориентируют экономику на экстенсивные методы ведения хозяйства. Капиталоемкость очистных сооружений постоянно растет, а затраты на удаление, складирование или уничтожение отходов, а также предотвращение негативных последствий их воздействия на окружающую среду зачастую в несколько раз превышают затраты на внедрение прогрессивных малоотходных технологий. На ряде предприятий затраты на удаление и складирование отходов достигают 15% себестоимости продукции, а на строительство отстойников, шламонакопителей и других сооружений расходуется до 10% капитальных вложений, предназначенных на развитие производства. Например, срок службы только шламопроводов составляет 3 года. Стоимость очистного оборудования в настоящее время составляет в среднем 10-20% стоимости основных фондов предприятий, а в ряде случаев достигает 30%. Повышение удельного веса капитальных вложений на природоохранные цели приводит к снижению эффективности капитальных вложений в промышленности. В этих условиях важнейшим принципом функционирования хозяйственных систем должно стать замкнутое ресурсопользование, основанное на глубокой межотраслевой кооперации в использовании сырья, материалов и промышленных отходов между предприятиями народного хозяйства региона.

Для решения сложной проблемы ресурсосбережения и оздоровления окружающей среды за счет комплексного использования отходов производства - вторичных материальных ресурсов необходимы совместные усилия ученых различных направлений для разработки соответствующих мероприятий и государственных структур для их реализации. Особое место должно принадлежать для межгосударственных отношений, так как допросы данной проблемы имеют глобальное значение. Для условий черной металлургии Украины учеными Донецкого политехнического института рассмотрены и рассматриваются следующие основные вопросы, направленные на полную утилизацию ценных отходов производства -и оздоровление окружающей среды:

1) Сокращение образования отходов в основных технологических процессах за счет их совершенствования и разработки новых с организацией малоотходных металлургических производств.

2) Разработка исходных данных и технологических заданий для проектирования и строительства новых и реконструкции действующих объектов раздельной и совместной подготовки и утилизации отходов как в черной металлургии, так и в смежных отраслях промышленности.

3) Подготовка и утилизация заскладированных шламов с различными физико-химическими свойствами при окусковании железорудных материалов в стройиндустрии с дальнейшим использованием освобождающихся шламонакопителей для природоохранных целей, направленных на обеспечение оборотных циклов водоснабжения промышленных предприятий, а также для аккумуляции водных ресурсов для сельского хозяйства и других целей.

4) Разработка технологии и оборудования для перевода мокрых водоемких производств по очистке технологических и аспирационных газов на сухие очистки с обезвреживанием и использованием улавливаемых отходов в технологических потоках основных производств с обеспечением требуемых санитарных норм.

5) Разработка технологий и технических заданий на реконструкцию и строительство новых фабрик окускования железорудного сырья с возможностью повышенного удельного использования подготовленных отходов при организации малоотходного металлургического производства.

6) Комплексная переработка пылей и шламов с повышенным содержанием цветных металлов различными современными пирометаллургическими и гидрометаллургическими процессами извлечения цветных металлов для их переработки в цветной металлургии, а металлизованного железорудного продукта в металлургических переделах.

7) Технико-экономический и экологический анализы работы металлургических предприятий Украины и определение исходных данных для разработки технологий и директивных мероприятий по ресурсосбережению и оздоровлению окружающей среды.

железосодержащий отходы окалина бездоменный

Глава 5. ПРЕИМУЩЕСТВА МЕТОДОВ БЕЗДОМЕННОЙ

МЕТАЛЛУРГИИ

Выбор в качестве альтернативных методов переработки железосодержащих отходов технологий бездоменной металлургии объясняется следующими причинами.

Новые технологии не требуют использования дорогостоящего кокса в качестве компонента шихты, удовлетворяют ряду положений экологически чистого производства, обеспечивают более высокое качество продукции, позволяют более эффективно перерабатывать производственные отходы.

Альтернативные бескоксовые процессы по уровню энергоемкости получаемой в электродуговой печи стали вполне конкурентоспособны с традиционным аглококсодоменным процессом и в случае эффективного использования ВЭР даже его превосходят [2].

Среди упомянутых выше процессов, наибольший интерес представляет процесс Ромелт - новый способ получения чугуна без использования кокса из неокускованного железорудного сырья и железосодержащих отходов [3]. Преимущества процесса Ромелт:

-исключает применение дорогостоящего кокса;

-позволяет перерабатывать любые виды железорудного сырья, в том числе отходы металлургического производства, без предварительной подготовки; в отличие от других перечисленных выше процессов, требующих предварительного окускования сырья (брикетирования или окатывания).

-обеспечивает высокую степень извлечения железа, позволяет перерабатывать необогащенные или слабообогащенные руды с минимальным содержанием железа 30%, уменьшая потери железа и объем добычи руды;

Печь Ромелт можно рассматривать как мусоросжигательный завод нового поколения, преимуществом которого является возможность связывания негорючих компонентов в шлак и металлический полупродукт. За счет полного дожигания газов в печи исключается возможность образования экологически опасных веществ, таких как диоксины и фураны.

Принципиальная схема печи Ромелт приведена на рисунке 1.

Рис. 1. Схема агрегата Ромелт

Структурированная методика сквозного энерго-экологического анализа (СЭЭА) [4] в форме ТТЧ (технологических топливных чисел, характеризующих энергоемкость произведенной продукции) и ТЭЧ (технологических экологических чисел, характеризующих экологический ущерб от вредных выбросов) базируется на выделении в рамках одного технологического звена основных элементов энергозатрат и вредных выбросов: первичная энергия Э1 и выбросы В1, производная энергия Э2 и В2 скрытая энергия Э3 и В3, энергия вторичных ресурсов Э4 и полезно используемые выбросы В4.

Рассматриваемые основные элементы вредных выбросов эквивалентны удельным приведенным массам выбросов в условных тоннах на тонну продукции (mп). Таким образом, ТТЧ и ТЭЧ, определяемые для конечного продукта имеют вид:

ТТЧ=Э1+Э2+3-Э4

ТЭЧ=Кв(В1+В2+В3-В4)

Кв - коэффициент перевода стоимостной оценки ущерба к оценке в условных энергетических единицах (кг.у.т/т.у.в.).

ЛИТЕРАТУРА

1. Волынкина Е.П. Комплексная система управления отходами металлургического предприятия // Вестник. - 2006. - Том 6. - №3

2.Лисиенко В.Г. и др. Оценка энергоэффективности альтернативных бескоксовых металлургических технологий // Сталь. - 2009. - №2

3. Роменец В.А. и др. Переработка техногенных отходов металлургических предприятий по технологии Ромелт // Экология и промышленность России. - 2005. - №9

4. Лисиенко В.Г. и др. Энерго-экологический анализ, программное обеспечение и снижение эколого-экономического ущерба. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005

Размещено на Allbest.ru