Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологически безопасные приёмы извлечения металлов из горных пород

Введение

Загрязнение природной среды газообразными, жидкими и твердыми веществами и отходами производства, вызывающее деградацию среды обитания и наносящее ущерб здоровью населения, остается наиболее острой экологической проблемой, имеющей приоритетное социальное и экономическое значение.

Влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду характеризуется производством большого количества загрязняющих веществ, отходов и другими факторами, которые приводят к изменению естественных ландшафтов, загрязнению атмосферы и природных водных объектов.

Наибольший вклад в загрязнение атмосферы (по объему выбросов) вносят предприятия энергетики (29,1% объема промышленных выбросов), цветной (22%) и черной (14,6%) металлургии (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Доля отраслей в выбросах загрязняющих веществ в атмосферный воздух промышленностью Российской Федерации в 1998 г., %

Металлургическое производство - объективно одна из самых тяжелых, экологически напряженных отраслей промышленности.

Черная и цветная металлургия относится к самым загрязняющим природную среду отраслям. На долю металлургии приходится около 40% общероссийских валовых выбросов вредных веществ, из них по газообразным веществам - около 34%. по твердым - около 26%.

В среднем на 1 млн. т годовой производительности заводов черной металлургии выделение пыли составляет 350 т/сут, сернистого ангидрида-200, оксида углерода-400, оксидов азота-42 т/сут.

Черная металлургия является одним из крупных потребителей воды. Водопотребление ее составляет 12-15% общего потребления воды промышленными предприятиями страны. Около 60-70% сточных вод, образующихся в технологическом процессе, относятся к «условно чистым» стокам (имеют только повышенную температуру). Остальные сточные воды (30-40%) загрязнены различными примесями и вредными соединениями.

Одним из лидеров загрязнения окружающей среды продолжает оставаться цветная металлургия. В 1993 г. выбросы предприятия цветной металлургии составили 10,6% валовых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу всей промышленности России.

Загрязнение атмосферы предприятиями цветной металлургии характеризуется в первую очередь выбросами сернистого ангидрида (75% суммарного выброса в атмосферу), оксида углерода (10,5%) и пыли (10,4%).

На предприятиях цветной металлургии значительны объемы сточных вод. В 1993 г. сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты достигал 537,6 млн. м³, в том числе на предприятиях концерна «Норильский никель» -132 млн. м³.

Сточные воды предприятий цветной металлургии загрязнены минеральными веществами, фторореагентами, большей частью токсичные (содержат цианиды, ксаногенты, нефтепродукты и т.д.), солями тяжелых металлов (меди, никеля, свинца, цинка и др.), мышьяком, сульфатами, хлоридами, сурьмой, фтором и другими.

Мощными источниками загрязнения почвенных покровов как по интенсивности, так и по разнообразию загрязняющих веществ являются крупные предприятия цветной металлургии. В городах, где размещены предприятия цветной металлургии, обнаруживаются в почвенном покрове тяжелые металлы нередко в количестве, превышающем ПДК в 2-5 раз и более. Первое место по суммарному индексу загрязнения почвенного покрова занимает Рудная Пристань (Приморский край), где расположен свинцовый завод. В радиусе 5 км вокруг Рудной Пристани наблюдается загрязнение почв: свинцом - 300 ПДК, марганцем - 2 ПДК и другие. К опасной категории загрязнения почв относятся города: Белове (Кемеровская область), в которых содержание свинца в почвенном покрове достигает 50 ПДК; Ревда (Свердловская область) - содержание ртути - до 7.

Негативным образом выбросы сказываются и на здоровье людей. Повышенные концентрации вредных веществ вызывают раковые заболевания, особенно легких и желудка, нарушения углеводного и белкового обмена, окислительных процессов в головном мозге, печени, селезенке, мышцах и др.

Итак, вопрос о нейтрализации вредных выбросов металлургического производства является актуальным в настоящее время потому, что:

Во-первых, при воздействии горно-металлургических комплексов (ГМК) происходит интенсивная техногенная трансформация окружающей среды, которая заключается в её загрязнении.

Во-вторых, в процессе добычи и переработки минерального сырья во все среды - воздух, почвы, поверхностные и подземные воды поступает большое количество загрязняющих компонентов, главным образом, металлов, создающих серьезную экологическую угрозу, а также причиняющих вред здоровью населения.

Целью данной работы является рассмотрение экологически безопасных приёмов извлечения металлов из горных пород, направленных на нейтрализацию вредных выбросов металлургического производства.

Поставленная цель раскрывается через следующие задачи:

ь Изучить приёмы нейтрализации вредных выбросов металлургического производства;

ь Проанализировать достоинства и недостатки этих приёмов;

ь Сделать выводы по исследованию.

1. Воздействие металлургического производства на ОС

Крупные предприятия цветной металлургии расположены в Красноярском крае, Мурманской, Оренбургской, Челябинской, Свердловской и Новосибирской областях, Республике Башкортостан, Приморском крае. Предприятия отрасли оказывают существенное влияние на формирование экологической обстановки в районах их расположения, а в некоторых случаях и полностью ее определяют. Во многих районах с развитой цветной металлургией сложилась неблагополучная экологическая обстановка.

Динамика общего объема производства в подотраслях цветной металлургии и выпуск основных видов продукции характеризуются следующими данными:

Подотрасль	1998 г. в% к 1997 г.	1997 г. в% к 1996 г.	1996 г. в% к 1995 г.	1995 г. в% к 1994 г.	1994 г. в% к 1993 г.
Алюминиевая	103,4	101,9	103,0	105,2	91,5
бокситы	102,6	101,6	100,4	102,9	83,5
глинозем	103,6	110,8	95,2	114,6	77,0
алюминий первичный, включая силумин	103,4	101,0	108,3	103,8	95,8
Медная	102,1	102,5	100,1	109,2	111,0
медь рафинированная	102,5	107,6	100,0	111,4	117,1
Никель-кобальтовая	96,2	120,9	96,2	103,1	97,8
никель	97,1	121,3	96,5	102,5	96,0
Свинцово-цинковая	96,4	111,6	101,3	113,2	82,2
свинец, включая вторичный	70,9	171,0	99,8	106,6	72,3
цинк	103,4	108,5	105,2	120,5	81,0

Выбросы вредных веществ в атмосферу в цветной металлургии в 1991-1994 гг. имели устойчивую тенденцию к снижению (рис. 1.2), однако в 1995 г. начался рост объема выбросов, связанный в основном с увеличением выбросов на АО «Норильский комбинат» (г. Норильск), которые составили в 1994 г. - 1940,3 тыс. т, 1995 г. - 2041,2 тыс. т, 1996 г. - 2115,3 тыс. т, 1997 г. - 2185,16 тыс. т, 1998 г. - 2139,5 тыс. т.

Рис. 1.2. Динамика выбросов загрязняющих веществ в атмосферу цветной металлургией, тыс. т

В целом по отрасли выбросы вредных веществ в 1998 г. снизились до 3291,79 тыс. т, или на 9,1% уровня 1997 г. (табл. 1.1). Процент улова вредных веществ снизился с 83,6% в 1997 г. до 81,8% в 1998 г.

Таблица 1.1. Основные показатели, характеризующие воздействие цветной металлургии на окружающую среду и природные ресурсы

Показатель	Ед. изм.	1993 г.	1994 г.	1995 г.	1996 г.	1997 г.	1998 г.	1997 г. в% к 1996 г	1998 г. в% к 1997 г
Выброшено вредных веществ, всего	тыс. т	3795,0	3502,0	3693,2	3598,06	3621,674	3291,79	100,7	90,9
в том числе:
твердых веществ	тыс. т	395,8	333,2	334,2	297,75	271,556	229,324	91,2	84,4
жидких и газообразных веществ	тыс. т	3399,2	3168,8	3358,9	3300,31	3350,119	3062,466	101,5	91,4
сернистый ангидрид	тыс. т	2833,4	2689,0	2872,0	2850,19	2950,148	2701,403	103,5	91,6
оксид углерода	тыс. т	400,3	377,8	381,8	351,49	309,097	266,685	87,9	86,3
оксиды азота	тыс. т	70,0	53,1	55,4	51,9	44,724	44,273	86,2	99,0
углеводороды (без ЛОС)	тыс. т	2,9	2,3	2,0	1,49	1,566	3,541	105,1	226,1
ЛОС	тыс. т	45,5	1,8	2,5	1,64	0,878	1,751	53,6	199,4
Уловлено и обезврежено	%	85,3	82,9	83,1	82,1	83,6	81,8	101,8	97,8
Использовано воды, всего	млн. м3	1263,4	1196,2	1155,5	1078,89	982,88	867,4	91,1	88,3
Объем оборотной и повторно-последовательно используемой воды	млн. м3	8679,6	7884,0	7872,0	7415,49	6492,44	5924,36	87,6	91,3
Экономия свежей воды	%	91,0	91,0	90,0	90,0	90,0	90,0	100,0	100,0
Водоотведение в поверхностные водоемы, всего	млн. м3	1116,0	1065,0	937,2	874,41	841,27	768,74	96,2	91,4
в том числе:
загрязненных сточных вод	млн. м3	537,6	514,3	529,0	482,73	425,30	377,5	88,1	88,8
Из них: без очистки	млн. м3	154,8	186,2	189,8	200,03	174,06	176,25	87,0	101,3
нормативно чистых	млн. м3	411,2	380,9	297,7	291,22	311,82	278,65	107,1	89,4
нормативно очищенных	млн. м3	167,3	170,2	110,6	100,47	104,15	112,78	103,7	108,3

Объем использования воды предприятиями цветной металлургии в 1998 г. снизился на 11,7% по сравнению с 1997 г. и составил 867,4 млн. м³ (см. табл. 1.1). Сохранен достаточно высокий уровень водооборота (90%). Объем сброса загрязненных сточных вод в цветной металлургии в 1991-1994 гг. неуклонно снижался (рис. 1.3). В 1995 г., несмотря на сокращение общего объема поступления сточных вод в водоемы (см. табл. 1.1), сброс загрязненных сточных вод увеличился, что связано в основном со значительным сокращением сброса нормативно очищенных сточных вод (на 45%) и переводом их в категорию недостаточно очищенных. В 1998 г. снова зафиксировано снижение сброса загрязненных сточных вод - до 377,5 млн. м³, или 88,8% к уровню 1997 г. Увеличился объем сточных вод, сбрасываемых без очистки - с 174,06 млн. м³ в 1997 г. до 176,25 млн. м³ в 1998 г.

Рис. 1.3. Динамика сбросов загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты цветной металлургией, млн. м³

Особое место по масштабам производства и влиянию на окружающую природную среду занимают предприятия РАО «Норильский никель» - АО «Норильский комбинат», АО «Комбинат «Североникель» и АО «ГМК «Печенганикель» - крупнейшие производители никеля, меди и кобальта не только в России, но и в мире. В состав РАО «Норильский никель» также входят АО «Оленегорский механический завод» и АО «Институт «Гипроникель», на долю которых приходится не более 0,05% суммарных выбросов и сбросов загрязняющих веществ в окружающую среду по РАО «Норильский никель». Основные предприятия РАО «Норильский никель» расположены в экологически уязвимых районах Приполярья - на Кольском п-ове (Мурманская область) и на п-ове Таймыр (Таймырский (Долгано-Ненецкий) автономный округ, Красноярский край).

Суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу в 1998 г. снизились на 6,3% по сравнению с 1997 г., в том числе выбросы твердых веществ - на 18,8%, сернистого ангидрида (диоксида серы) - на 6,2% (табл. 1.2). Значительно сократили выбросы загрязняющих веществ в атмосферу АО «Комбинат «Североникель» (на 34,6%) и АО «ГМК «Печенганикель» (на 25,2%). АО «Норильский комбинат» снизил объем выбросов на 2,1%, в основном за счет уменьшения выбросов твердых веществ на 22,5%.

Таблица 1.2. Основные показатели, характеризующие воздействие предприятий РАО «Норильский никель» на воздушный бассейн

Показатель	Ед. изм.	1997 г.	1998 г.	1998 г. в % к 1997 г.
Выброс вредных веществ, всего	тыс. т	2600,838	2436,283	93,7
в том числе:
твердых веществ	тыс. т	43,658	35,462	81,2
никель	т	3153,447	2543,483	80,6
медь	т	2901,523	2812,153	96,9
кобальт	т	103,155	89,893	87,1
жидких и газообразных веществ	тыс. т	2557,152	2400,821	93,9
сернистый ангидрид	тыс. т	2497,879	2342,017	93,8
Уловлено всего	%	37,2	36,4	97,8

Выпуск основной продукции на предприятиях РАО «Норильский никель» возрос на 3,0% относительно уровня 1997 г. Удельные выбросы загрязняющих веществ на тонну товарного металла снизились в 1998 г. на 9,1%, в том числе выбросы твердых веществ - на 33,3%, сернистого ангидрида - на 8,9%.

На предприятиях РАО «Норильский никель», расположенных в Мурманской области, суммарные выбросы загрязняющих веществ в атмосферу сократились на 28,6% по сравнению с 1997 г., в том числе твердых веществ - на 13,3% и сернистого ангидрида - на 29,5%.

Снижение выбросов обеспечено за счет реализации организационно-технических мероприятий, таких как закрытие плавильного цеха на АО «Комбинат «Североникель», вывод из эксплуатации старой части плавильного завода и перевод обогатительной фабрики АО «ГМК «Печенганикель» на выпуск концентратов с повышенным содержанием металлов, а также практически полное прекращение со второй половины 1998 г. переработки привозной норильской руды с высоким содержанием серы на этих предприятиях. Одновременно с этим были проведены организационно-технические мероприятия по оптимальному распределению объемов переработки сульфидного сырья между предприятиями РАО «Норильский никель».

Предприятия АО «Комбинат «Североникель» и АО «ГМК «Печенганикель» (Мурманская область) находятся в непосредственной близости от государственной границы и подпадают под действие Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния. Протоколами Конвенции (по соединениям серы) установлены следующие задания по снижению выбросов сернистого ангидрида в атмосферу относительно уровня 1980 г.: в 1993 г. - на 30%, 2000 г. - на 38, 2005 г. - на 40, 2010 г. - на 50%. Ниже приведены данные о выполнении предприятиями РАО «Норильский никель», расположенными в Мурманской области, заданий Конвенции о сокращении выбросов сернистого ангидрида:

Предприятие	Выбросы сернистого ангидрида, тыс. т	Снижение выбросов сернистого ангидрида, в% к уровню 1980 г.
	1980 г.	1993 г.	1998 г.	1993 г.	1998 г.
АО «Kомбинат «Североникель»	207,0	36,758	88,369	33,96	57,31
АО «ГМK Печенганикель»	383,0	227,389	188,710	40,62	50,73
Всего	590,0	364,147	277,079	38,29	53,04

С целью утилизации сернистого ангидрида из отходящих газов на предприятиях РАО «Норильский никель» ранее были созданы мощности по производству серной кислоты в объеме более 600 тыс. т/год и элементарной серы из отходящих газов более 300 тыс. т/год. Производство серы на основе сернистого ангидрида, содержащегося в отходящих металлургических газах, на АО «Норильский комбинат» является уникальным и в настоящее время единственным в мировой практике. Однако неоправданно высокие тарифы на природный газ, электроэнергию, а также транспортные тарифы делают производство неконкурентоспособным. В 1998 г. мощности по производству серной кислоты АО «Комбинат «Североникель» использовались на 33,7%, АО «ГМК «Печенганикель» - на 39,9%, мощности АО «Норильский комбинат» по производству элементарной серы - на 22,4% (цех по выпуску серы из отходящих газов на Надеждинском металлургическом заводе в 1998 г. находился на капитальном ремонте оборудования).

Несмотря на сложную экономическую ситуацию, на предприятиях РАО «Норильский никель» ведется целенаправленная работа по снижению негативного воздействия производственной деятельности на воздушный бассейн. В настоящее время завершена разработка ТЭР «Развитие РАО «Норильский никель» на период до 2010 года». Генеральной линией ТЭР является реконструкция и модернизация действующего производства, обеспечивающая наилучшие экономические показатели работы предприятий и максимально возможное в этих условиях снижение негативного воздействия на окружающую среду. С этой целью предусматривается модернизация оборудования и совершенствование технологии основного производства, а также поиск и внедрение новых реагентов на обогатительных переделах. В результате повышается качество сульфидных концентратов, что ведет к уменьшению проплава и снижению объемов отходящих газов. Одновременно снижается количество серы в отходящих газах. Кроме того, не прекращаются поиски эффективных и экономически целесообразных технологий утилизации и обезвреживания сернистого ангидрида из отходящих металлургических газов для АО «Норильский комбинат».

В последние годы на предприятиях РАО «Норильский никель» постоянно снижается сброс загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты. Производственная деятельность предприятий РАО «Норильский никель» оказывает влияние на состояние водного бассейна Карского моря (АО «Норильский комбинат») и Баренцева моря (АО «Комбинат «Североникель» и АО «ГМК «Печенганикель»).

Таблица 1.3. Основные показатели использования воды предприятиями РАО «Норильский никель»

Показатель	Ед. изм.	1997 г.	1998 г.	1998 г. в% к 1997 г.
Использовано воды, всего	млн. м3	328,911	293,677	89,3
Объем оборотной и повторно-последовательно используемой воды	млн. м3	1392,33	1361,40	97,8
Водоотведение в поверхностные водоемы
загрязненных сточных вод	млн. м3	125,287	126,10	100,6
Из них без очистки	млн. м3	57,513	64,236	111,7
недостаточно очищенных	млн. м3	67,774	61,864	91,3

На АО «Комбинат «Североникель» снижение потребления воды на производственные нужды связано с остановкой кобальтового производства и плавильного цеха, а также с улучшением режима теплоснабжения за счет ежечасной регулировки подачи воды. Эти же факторы повлияли и на изменение сброса сточных вод. На АО «ГМК «Печенганикель» снижение потребления воды связано с вовлечением в процесс богатого металлургического сырья при сохранении общего объема производства, а также с остановкой ряда металлургических агрегатов. Сброс загрязненных сточных вод на комбинате практически не изменился по сравнению с 1997 г.

Следует отметить, что на АО «Комбинат «Североникель» 100% сточных вод проходит очистные сооружения, на АО «ГМК «Печенганикель» - 68,3% и АО «Норильский комбинат» - 43,3%. При этом удельные сбросы загрязненных сточных вод на предприятиях РАО «Норильский никель» заметно уменьшились по отношению к уровню 1997 г.:



Год	Масса тяжелых цветных металлов в сбрасываемых сточных водах, кг	Удельный сброс загрязненных сточных вод, м3/т
		всего	в том числе
	никель	медь	кобальт		без очистки	недостаточно очищенных
1997	99 465	9255	2570	238,0	117,704	120,295
1998	74 465	5411	1482	209,485	106,713	102,772
1998 г. в% к 1997 г.	74,8	58,4	57,7	88,0	90,7	85,4

Комплекс водоохранных мероприятий, выполненных РАО «Норильский никель», привел к значительному снижению содержания никеля, меди и кобальта в сточных водах.

2. Очистка газов на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья

Некоторые данные, характеризующие основные источники газовыделения на заводах, выплавляющих медь из первичного сырья, приведены в таблице:

Как следует из таблицы, почти на всех этапах передела в отходящих технологических газах присутствуют сернистые соединения и в ряде случаев свободный ангидрид (SO₃). Благодаря кондиционирующему действию этих компонентов удельное электрическое сопротивление пылей невелико. С другой стороны, пыли в большинстве случаев мелкодисперсны. Эти обстоятельства позволяют считать наиболее целесообразным применение для всех стадий передела в качестве основного типа пылеулавливающих аппаратов тонкой газоочистки сухие электрофильтры, хорошо зарекомендовавшие себя на практике.

Присутствие в газах свободного серного ангидрида не позволяет применять рукавные фильтры из натуральных и большинства синтетических тканей, так как образующиеся в газах пары серной кислоты имеют температуру точки росы около 220С и при более низких температурах будут конденсироваться. Как исключение, для некоторых установок за рубежом применяют ткани из стеклянных волокон, работающие при 250С.

Применение мокрых методов очистки ограничивается наличием сернистых соединений в газах, вызывающих активную коррозию оборудования, а также использованием высокосернистых технологических газов для получения серной кислоты.

3. Сушилки концентратов

Очистка газов сушки концентратов (медного и пиритного) на большинстве заводов происходит в сухих электорофильтрах - двух- и четырёхпольных, с горизонтальным ходом газа пользуясь умеренными температурой газа (150-250С) и запылённостью (5-20 г/м³), газ направляют в электрофильтры прямо из холодной камеры барабанной сушилки. Однако, вследствие возможности значительного повышения запылённости, при малой влажности высушенного продукта целесообразно всё же перед электрофильтром устанавливать циклоны для отсеивания крупной пыли.

При влажности высушенного концентрата менее 5-6% в моменты встряхивания электродов в электрофильтре возможны загорание и взрывы пыли. Поэтому встряхивание осуществляют со снятием напряжения с электрофильтра, что осложняет эксплуатацию. Учитывая это, а также небольшое количество сернистых соединений в газах сушильных барабанов и сравнительно крупную пыль, при очистке можно применять и мокрые пылеуловители (скрубберы Вентури и скрубберы ударного действия). В последнее время их используют в сушильных цехах.

Обжиговые печи.

При обжиге медных концентратов как многоподовых печах, так и в печах кипящего слоя (КС), основными пылеулавливающими аппаратами тонкой очистки являются сухие многопольные электрофильтры. Вследствие наличия в газах серного ангидрида и сульфитизированной пыли электорофильтры работают достаточно хорошо без предварительной подготовки газа, который имеет, как правило, повышенную температуру (300-400С), считающуюся для газов обжиговых печей оптимальной.

При многоподовых обжиговых печах газы обычно попадают по футерованным газопроводам прямо в электорофильтры без специального охлаждения и предочистки, которая, однако, как показывает практика, необходима.

При обжиговых печах КС вследствие более высокой температуры и значительной запылённости (<800-900 г/м³) газ охлаждают в стояках и очищают в двух ступенях циклонов от грубой пыли. Концентрация пыли в газе, поступающем на электорфильтры, не должна превышать 20-30 г./м³.

Для получения выходной запылённости порядка 0,1 г/м³ скорость газа в сухих электорофильтрах не должна превышать 0,5-0,6 м/с.

Во избежание подсосов воздуха и снижения концентрации SO₂ в газах обжиговых печей, направляемых обычно на получение серной кислоты, эксгаустеры устанавливают перед электрофильтрами.



Шахтные печи.

Газы шахтной плавки выносят в виде пыли значительные количества возгонов свинца и цинка с высоким удельным сопротивлением. Содержание SO₂ в газах не постоянно и может снижаться до 1%; свободный SO₃ в газах отсутствует. Температура газов на выходе из печи может достигать 550-600С. Совокупность этих обстоятельств вызывает необходимость предварительной подготовки газа перед электрофильтрами путём предварительной очистки в циклонах, а также охлаждения и увлажнения в скрубберах, которые следует защищать от коррозии. При этих условиях обеспечивается надёжная и устойчивая работа сухих электрофильтров с остаточной запылённостью 0,1-0,2 г/м³.

Проведённые на заводе исследования показали, что оптимальная скорость газа составляет 0,7-0,8 м/с, а оптимальная относительная влажность 35%. Газы шахтных печей могут быть использованы для получения серной кислоты.

Отражательные печи.

Высокие температуры и большие количества газов отражательной плавки требуют установки за отражательными печами котлов-утилизаторов.

Наряду с полезным использованием тепла в котле утилизаторе происходит осаждение крупной пыли, и запылённость газов значительно снижается. Температура газов за котлом-утилизатором обычно 300-400С, а запылённость 5-6 г/м³. При таких параметрах газы могут быть направлены для тонкой очистки сразу в сухие электрофильтры. Однако при высоком содержании в пыли окислов цинка и свинца её электрическая проводимость может оказаться недостаточной для устойчивой работы электрофильтра. В этих случаях целесообразнее устанавливать перед электрофильтрами скрубберы для предварительного увлажнения газа, снабжённые антикоррозионной защитой.

Газы отражательных печей перед подачей в электрофильтры часто смешивают с обжиговыми или конвекторными. В этих случаях необходимость увлажнения газа отпадает.

При работе отражательной печи на сырой шихте перед электрофильтрами иногда устанавливают циклоны.

Конверторы.

Высокое содержание сернистых соединений в конверторных газах, в том числе и наличие серного ангидрида, обеспечивает достаточную сульфатизацию, а следовательно, электропроводность пыли и позволяет применять в качестве аппаратов тонкой очистки сухие многопольные электрофильтры. В целях снижения температуры и запылённости, ввиду отсутствия высокотемпературных мощных котлов-утилизаторов и вследствие циклического характера работы конвертора газы из конверторов направляют в аппараты грубой очистки (пылеосадительные камеры и циклоны), после которых они поступают на сухие электрофильтры (температура 300-400С и запылённость 4-5 г/м³). При использовании конверторных газов для производства серной кислоты сооружаются два автономных газохода - один для крепких газов (5-6% SO₂), выделяющихся в процессе продувки, другой для слабых (0,5-1,0% SO₂), выделяющихся в межпродувочные периоды.

Крепкие газы направляются в сухие электрофильтры и далее в сернокислотный цех (излишек сбрасывается в атмосферу), а слабые выбрасываются в атмосферу через специальную дымовую трубу. В зависимости от режима работы конвертор автоматически переключается с одного газохода на другой при помощи дроссельных заслонок и колокольных затворов. Приведённая схема позволяет использовать газы любого конвертора на производство серной кислоты. Для этого газоотсосы каждого из конверторов индивидуализируют.

Показатели работы системы очистки конверторных газов, полученные на одном из заводов:



Печи кислородно-взвешенной плавки.

Сущность метода кислородно-факельной плавки (КФП), заключается в плавке сульфидных материалов, вдуваемых в печь струёй чистого кислорода. За счёт тепла экзотермических реакций происходят окисление и плавка твёрдых частиц шихты во взвешенном состоянии при температурах в печи 1200-1500С.

По сравнению с другими видами плавки процесс КФП характеризуется следующими преимуществами:

1. Протекает без затрат топлива;

2. Удельная производительность печи благодаря применению кислорода в 2-5 раз выше, чем при плавках других видов;

3. Объём отходящих газов на единицу проплавляемой шихты в 15-20 раз меньше, чем при отражательной плавке;

4. Концентрация сернистых соединений в отходящих газах достигает 75-90%.

Основными недостатками процесса с точки зрения пылеулавливания являются высокие концентрации пыли в отходящих газах (300-400 г/м³) и температура на выходе из печи (1000-1200С). Схема очистки газов от пыли печей КФП проверена в промышленной эксплуатации:

Очистка газов при производстве никеля.

Основными источниками получения никеля являются сульфидные и окисленные руды. Сульфидные руды, как правило, содержат также большие количества меди. Переработка их во многом напоминает производство меди. На никелевых заводах применяют также руднотермические печи, конверторы, электрические печи и печи кипящего слоя.

При переработке окисленных руд их подвергают предварительному спеканию на спекательных машинах.

Общим свойством пылей никелевого производства является отсутствие возгонов, вследствие чего пыль сравнительно крупная и достаточно хорошо улавливается. Это объясняется тем, что никелевые руды, как сульфатные, так и окисленные, почти не содержат металлов и их соединений, характеризуемых высокой летучестью.

Спекательные машины.

Количество газов, выделяющихся при работе одной машины 75 м^2, составляет около 100 тыс. м³/ч. Средний размер частиц пыли, выносимый газами из спекательных машин при переработке окисленных руд, составляет 10-15 мкм.

Пыль содержит всего 1,5-2 Ni и поэтому особой ценности не представляют. Поэтому для улавливания пыли из спекательных машин чаще всего применяют батарейные циклоны. Запылённость газов после циклонов обычно довольно высокая и составляет около 0,2 г/м³, даже при правильном выборе типа и размеров.

Шахтные печи.

При переработке окисленных никелевых руд в шахтных печах концентрация пыли весьма значительна и в отдельные периоды может достигать 60 г./м³, хотя в среднем составляет 8-10 г./м³. Пыль шахтных печей также крупная - на выходе из печи 70% частиц имеют размеры >40 мкм. Вследствие больших объёмов газов, крупной пыли и невысокого содержания в ней никеля газы шахтных печей при плавке окисленных руд очищают с помощью скрубберов и батарейных циклонов. Стоимость сооружения газоочистки и её эксплуатации в этом случае низкая, однако содержание пыли в очищенном газе составляет около 0,3 г/м³. На некоторых заводах пыль улавливают в осадительных камерах и батарейных циклонах примерно с такой же эффективностью очистки. При использовании электрофильтров стоимость установки повышается, однако показатели её работы значительно улучшаются.

Конверторы.

При продувке медно-никелевых штейнов в конверторах выносимая газами пыль содержит до 12-18% Ni и до 12-15% Cu и поэтому представляют большую ценность. Хотя пыль, выносимая из конверторов, довольно крупная, лучшим аппаратом для её улавливания представляется сухой электорофильтр. Уловленную пыль возвращают обратно в технологических процесс. В старых установках за конверторами в качестве пылеуловителей стояли осадительные камеры. Низкая их эффективность и связанные с этим значительные потери ценной пыли не позволяют рекомендовать этот способ.

Обжиговые печи для файнштейна.

Наиболее прогрессивным типом печей обжига файнштейна являются печи кипящего слоя (КС). Выходящий из печи КС газ имеет температуру 400-500С и запылённость 50-60 г/м³. При этом пыль содержит до 70-80% Ni, что требует организации возможно полного улавливания.

Ввиду того, что пыль печей КС мелкодисперсна и средний размер частиц 1-5 мкм, рекомендуется применять двухступенчатую схему очистки (137, г) с установкой в качестве первой ступени циклонов, осуществляющих грубую очистку, и в качестве аппаратов тонкой очистки сухих электрофильтров.

При переработке сульфидных никелевых руд, содержащих, как правило, большое количество меди, рекомендуется применение тех же схем и аппаратов, что и в соответствующих пределах производства меди.

Очистка газов от двуокиси серы.

Среди газообразных веществ, загрязняющих атмосферный воздух, одно из главных мест занимает сернистый ангидрид (двуокись серы). В обычных условиях это бесцветный газ с резким раздражающим запахом.

Основным источником загрязнения атмосферного воздуха двуокисью серы являются отходящие газы заводов цветной металлургии, выхлопные газы сернокислотных заводов и дымовые газы теплоэнергетических установок, сжигающих высокосернистое топливо.

Существующие методы очистки газов от SO₂ можно разделить на три группы: методы, основанные на окислении и нейтрализации SO₂ без последующего ее выделения; циклические и комбинированные методы.

К первой группе относятся методы очистки газов от SO₂ с переработкой ее в серную кислоту или сернистокислые соли. К циклическим относятся методы, позволяющие извлекать SO₂ из разбавленных газов при низкой температуре и выделять поглощенную SO₂ при последующем нагреве поглотителя. При использовании комбинированных методов поглощение двуокиси серы производится различными основаниями с последующим действием на них сильных кислот, в результате чего выделяется концентрированная двуокись серы и соответствующие соли.

Выбор метода извлечения двуокиси серы зависит от концентрации SO₂, температуры, влажности, наличия в газе других примесей, а также от специфических местных условий. При выборе метода необходимо учитывать масштабы производства, наличие местного сырья для приготовления поглотительных растворов, возможность реализации получаемых при очистке продуктов и т.д.

Методы, основанные на окислении и нейтрализации SO₂. В последние годы разработан и испытывается метод получения серной кислоты из малоконцентрированных газов. Этот метод позволяет достичь санитарной нормы очистки отходящих газов с одновременным получением ценного химического продукта. Отходящие газы предварительно очищают от пыли в электрофильтрах и от каталитических ядов (Аs₂O₃ и SeO₂) в промывных башнях, орошаемых серной кислотой.

Улавливание сернокислотного тумана, образовавшегося в промывных башнях, производится в волокнистых электрофильтрах. Очищенный от примесей сернистый газ с помощью газодувки направляется в контактный аппарат. Однако перед этим он должен быть подогрет до 420-440°С. В существующих сернокислотных системах, работающих на концентрированных газах, подогрев газа осуществляется за счет тепла реакции окисления SO₂ в SO₃. Если содержание SO₂ в газе низкое, тепло реакции окисления недостаточно и подогрев газа до температуры контактирования осуществляется путем добавления к нему топочных газов, получаемых в результате сжигания газообразного или жидкого топлива в топке. В связи с этим в контактном отделении не устанавливаются теплообменники, а понижение температуры газа между слоями контактной массы осуществляется путем добавления к газу атмосферного воздуха. Получаемая в контактном аппарате трехокись серы абсорбируется в башне.

При больших количествах холодной воды целесообразно применять для поглощения SO₂ из отходящих газов водный метод очистки. Благодаря низкому парциальному давлению SO₂ над водой можно достичь практически полного поглощения двуокиси cеры водой. Однако на практике водная очистка газов от SO₂ не нашла широкого применения из-за большого расхода воды и загрязненности сточных вод.

При промывке сернистых газов водными растворами щелочей происходит поглощение SO₂ водой с образованием сернистой кислоты, которая нейтрализуется щелочью с образованием солей сернистой кислоты.

Из щелочных методов наиболее перспективны те, которые обеспечивают простоту и надежность работы установки, а также получение товарных продуктов, используемых в народном хозяйстве.

Известковый метод. Принципиальная схема установки по очистке отходящих газов от SO₂ известковым способом представлена на рис. 3. По этому способу отходящие газы подвергаются предварительной очистке от механических примесей (пыли, сажи) в батарейных циклонах 1, после чего с помощью газодувки 2 направляются в скруббер 3, орошаемый известковым молоком.

При взаимодействии известкового молока с SO₂ протекают реакции

SO₂ + Н₂O = Н₂SO₃;

Са (ОН)₂ + SO₂ = CaSO₃ + 2H₂O.

По мере циркуляции раствора в нем накапливается соль СаSО₃. Когда концентрация ее в растворе достигнет 18-20%, раствор периодически заменяется свежим. Образовавшийся сернистокислый кальций плохо растворим в воде (0,138 г./л), поэтому в системе орошения скрубберов последовательно устанавливается кристаллизатор 5, служащий для выделения кристаллов сульфита кальция. Дальнейшее выделение CaSO₃ происходит на вакуумфильтре. Шлам, состоящий из СаSО₃ и CaSO₄, образующийся за счет реакции

2СаSO₃+O₂=2СаSO₄,

выводится в отвал транспортером 7 и может быть использован для производства строительных материалов. Известковый метод обеспечивает практически полную очистку газов от SO₂, но требует значительного расхода извести.

Циклические методы. В основе циклических методов лежит способность двуокиси серы поглощаться при низких температурах, а затем при повышении температуры выделяться в чистом виде. В некоторых случаях для абсорбции SO₂ используются твердые сорбенты. Циклические методы извлечения двуокиси серы являются наиболее эффективными и нашли применение в промышленности.

Охлажденный и очищенный от механических примесей газ поступает в абсорберы, орошаемые поглотителем. Очищенный газ выбрасывается в атмосферу, а поглотительный раствор нагревается в теплообменнике и направляется в отгонную колонну, снабженную кипятильником. Смесь водяных паров с SO₂ поступает в конденсатор, а затем в холодильную башню, орошаемую циркуляционной холодной водой (насыщенной SO₂). Водяные пары конденсируются, а чистая двуокись серы извлекается из системы. Раствор охлаждают в холодильниках и собирают в емкости.

Аммиачно-сернокислотный метод. При поглощении двуокиси серы аммиачной водой образуются сернистокислые соли, которые под действием серной кислоты разлагаются с получением 100%-ного SO₂ и сульфата аммония

2NН₄НSОз+ Н₃SO₄ = (NН₄)₂SO₄ + 2SO₂ + 2H₂O;

(NH₄)₂ SО₃ + Н₂SО₄ = (NН₄)₂SO₄ + SO₂ + Н₂O.

Недостаток всех перечисленных методов - их громоздкость и большие капитальные затраты. Стоимость очистки выхлопных газов с малой концентрацией SO₂ может быть значительно снижена, если применить эффективное оборудование и получать продукт, пользующийся большим спросом в народном хозяйстве. Полые распылительные абсорберы при меньшей стоимости и меньшем гидравлическом сопротивлении в 3-4 раза превосходят по эффективности аппараты насадочного типа; полые башни проще в изготовлении, имеют меньший вес и не засоряются в процессе эксплуатации. Применяемый для поглощения двуокиси серы водный раствор сульфита аммония отличается большой химической емкостью. При очистке газов от SO₂ указанным методом получается ценное удобрение для сельского хозяйства - сульфат аммония.

Очистка газов от СО₂.

В настоящее время в промышленной практике применяются в основном три метода очистки газа от СО₂: водная, щелочная (NаОН или Nа₂СОз) и моноэтаноламиновая.

Очистка газа водой осуществляется под давлением 12-30 атм и при этом степень очистки не превышает 80%. Метод требует больших расходов электроэнергии. Очистка газа щелочью является дорогостоящей операцией и поэтому применяется лишь для поглощения малых концентраций СО₂. Наиболее совершенной является моноэтаноламиновая очистка, которая находит все более широкое применение.

Исследовали следующие методы: поглощение СО₂ водноаммиачным раствором с одновременным получением углеаммонийных солей; поглощение СО₂ суспензией СаSO₄ в аммиачной воде с одновременным получением сульфата аммония; поглощение СО₂ раствором гидросульфида кальция с выделением в газовую фазу сероводорода; интенсификация процесса очистки газа от СО₂ раствором моноэтаноламина в ротационных аппаратах, совместное поглощение СO₂, Н₂ и других кислых компонентов из коксового газа торфоаммиачным поглотителем в аппаратах с кипящим слоем. В первых двух случаях продукты очистки - углеаммонийные соли и сульфат аммония - являются удобрениями для сельского хозяйства. Третий метод является одной из стадий процесса синтеза тиомочевины. В последнем методе получается комбинированное органоминеральное удобрение.

Заключение

Одна из особенностей руд цветных металлов заключается в том, что они содержат относительно небольшую долю основного металла. Содержание меди в рудах очень редко превышает 5%, свинца и цинка - 6-7%, а молибдена - всего 0,1-0,2%. Исключением являются руды для производства алюминия, с содержанием основного металла до 30%.

Для получения 1 т металла необходимо переработать 100-200 т руды, а в ряде случаев и более. Балластная, неиспользуемая часть сырья переходит в твердые и газообразные отходы. Тенденция вовлечения в переработку все более бедного природного сырья вызывает увеличение отходов - газообразных, твердых и жидких.

В рудах цветных металлов наряду с основным металлом содержатся многие рассеянные и редкие элементы. Имеется большое количество токсичных веществ, среди которых выделяются сера, мышьяк, сурьма, селен, теллур и др. В ряде случаев токсичными являются и остаточные цветные металлы (свинец, цинк, медь, кадмий, ртуть и др.). Использовать руды цветных металлов нужно комплексно, извлекая из них все полезные компоненты.

В настоящее время из минерального сырья, перерабатываемого на предприятиях цветной металлургии, извлекается 74 из 104 элементов таблицы Менделеева.

При общей схожести производства цветных металлов можно все-таки выделить технологические особенности, требования к размещению, специфику загрязнения окружающей среды при получении различных металлов.

При всех различиях в технологии, выбросах, воздействии на природу и человека, которые имеются в цветной металлургии, можно выделить несколько проблем, являющихся общими для отрасли в целом.

1. Предприятия отрасли - источники поступления в окружающую среду различных канцерогенных веществ, в первую очередь тяжелых металлов. Для уменьшения их выбросов необходима смена устаревших технологий, неэффективного очистного оборудования.

2. Проблема переработки шлаков. Шлаки цветной металлургии отличаются чрезвычайным разнообразием. Кроме того, на единицу выплавляемого металла их образуется больше, чем при выплавке чугуна и стали (на 1 т чугуна образуется от 0,2 до 1 т шлаков, при выплавке никеля - до 15 т, меди -10-30 т). В состав шлаков (кроме оксидов кремния, алюминия, кальция, магния, железа, марганца) входят такие ценные компоненты, как медь, никель, кобальт, цинк, свинец, кадмий, редкие металлы. Комплексная переработка шлаков включает несколько стадий, прежде всего предварительное извлечение цветных и редких металлов из шлаков. Содержание цветных металлов в шлаках пирометаллургических процессов во многих случаях превышает их содержание в исходных рудах.

3. Устранение или снижение выброса в атмосферу диоксида серы, так как цветная металлургия дает около 20% всех загрязнений атмосферы этим веществом. Решения этой проблемы нет пока даже в теоретическом плане. Это связано с тем, что чаще всего концентрация S0₂ в выбросах медеплавильного, свинцового, никелевого, цинкового производств значительно ниже того предела, при котором возможна эффективная переработка их на серную кислоту.

4. Улавливание пыли и газообразных вредных веществ (HF, С12, мышьяка и др.) из отходящих газов.

5. Введение оборотного водоснабжения. При производстве цветных металлов расходуются значительные количества воды. По усредненным данным, при производстве 1 т алюминия требуется 146 м³ воды, свинца и цинка - по 360, олова - 750, меди -775, титана - 960, никеля - 2420, вольфрама - 2470, молибдена -2480 м³ воды. Значительная часть потребляемой воды используется для технологических нужд (обогатительные фабрики, гидрометаллургические переделы, мокрая очистка газов и т.д.).

6. Сточные воды предприятий цветной металлургии содержат в своем составе грубодисперсные примеси, нефтепродукты, ионы тяжелых металлов, сульфаты, хлориды, фториды и т.д. Существующие способы очистки позволяют существенно уменьшить концентрации этих элементов. Однако даже глубокая очистка сточных вод не может гарантировать сохранение качества водных объектов. Отсюда - необходимость перевода предприятий отрасли на бессточный режим работы, на организацию замкнутых циклов водоснабжения.

Список литературы

металл горный очистка выброс

1. Ганз С.Н., Кузнецов И.Е. Очистка промышленных газов. Киев, 1967

2. Очистка промышленных газов и вопросы воздухораспределения. Сборник статей. Л., 1969

3. Очистка промышленных выбросов и утилизация отходов. Сборник научных трудов. Л., 1985

4. С.Б. Старк. Пылеулавливание и очистка газов в металлургии. М. - «Металлургия», 1977.

5. www.ecology-portal.ru - экологический портал

6. http://lib.uni-dubna.ru/search/files/gdoclad98/Part5-1.htm - Государственный доклад «О состоянии окружающей среды Российской Федерации» в 1998 году.

Размещено на Allbest.ru