Экология/2. Экологические и метеорологические

проблемы больших городов и промышленных зон

к.т.н. Столярова Н.А., Некрасова Т.И.

Автомобильно-дорожный институт, ГВУЗ ДонНТУ, Украина

Ресурсоэкологические задачи черной металлургии

Основной путь получения металлов - пирометаллургия, использующая высокотемпературные процессы. Выплавке металла предшествуют обогащение и подготовка руд: агломерация (спекание железорудного сырья) в черной металлургии, плавка на штейн (расплав сульфидов металлов) в цветной метал -лургии. После каждой операции образуются отходы. Их можно разделить на предшествующие металлургическому переделу и сопутствующие ему [1]. Основным полезным компонентом отходов металлургии, включая цветную, является железо, и решение ресурсоэкологической задачи их утилизации может быть получено в черной металлургии.

Экологическая опасность отходов определятся сочетанием многих факторов. Прежде всего, это их физическое состояние, химический состав и наличие экотоксикантов. Техногенные отходы металлургии часто содержат элементы, опасные для человека и экосистемы. Это мышьяк, сера, фосфор, тяжелые цветные металлы - цинк, свинец, кадмий. Наибольшую угрозу представляют пыли и шламы, которые рассеиваются ветром при хранении. Главными факторами, определяющими возможность экологически безопасной утилизации отходов, вновь становятся их физическое состояние и химический состав. Можно выделить три подхода к утилизации отходов: прямое использование, переработка с извлечением полезных компонентов, уничтожение. Наиболее рациональны первые два.

Прямое использование - наиболее простой и эффективный путь утилизации отходов, предполагающий минимальные затраты на их переработку. Переработке с извлечением полезных компонентов могут подвергнуться различные отходы, но их состав, дисперсность, влажность затрудняют применение существующих технологий.

Новым способом переработки отходов является печь Ромелт, в которой непрерывным способом получают чугун из железосодержащего сырья и отходов с применением недефицитных и дешевых марок некоксующихся углей [2]. Принципиальная схема печи Ромелт представлена на рис. 1 ‚ печь с расплавом шлака через нижние фурмы вдувается кислородно-воздушная смесь, которая интенсивно перемешивает шлак. Печь футерована только до уровня нижних фурм. Остальная часть выполнена из водоохлаждаемых элементов - кессонов. На холодной поверхности кессонов шлак образует твердую корку - гарнисаж. Так решается проблема стойкости футеровки в контакте со шлаковым расплавом. Шихта – руда или железосодержащие отходы (шламы, окалина) и уголь - непрерывно загружаются сверху на поверхность шлакового расплава с температурой 1400-1500 °С. Предварительной подготовки пылевидного сырья или угля не требуется. Уголь выполняет две функции. Его горение совместно с дожиганием газов поддерживает температуру в печи. Кроме того, он обеспечивает восстановление оксидов железа и формирование чугуна, который в виде капелек осаждается на дно (подину) печи. Металл и шлак выпускают через отверстия (летки), выполненные на разных уровнях.

Для дожигания выделяющихся газов (CO, H₂ , летучие углеводороды угля) и возврата тепла в ванну через верхние фурмы подается кислород. В опытной установке выходящие из печи газы поступают в котел-охладитель, где окончательно дожигаются за счет естественного подсоса воздуха, охлаждаются и подаются на газоочистку. В промышленном агрегате они будут использованы для выработки электроэнергии [3].

Процесс Ромелт расширяет возможности прямого использования отходов. На время эксплуатации печи накоплен опыт переработки различных материалов, включая шламы доменного и конвертерного производств, окалину, шлак свинцово-цинкового комбината.

Остальные компоненты переходят в безопасное компактное состояние - шлак, который по составу и свойствам близок к доменному и может быть использован аналогично ему.

Рисунок 1. Схема печи Ромелт.

Так решается двуединая ресурсоэкологическая задача. Переработка шлаков цветной металлургии еще один пример утилизации несобственных отходов в черной металлургии. Однако на этом не исчерпываются возможности процесса.

В печи Ромелт компоненты распределяются между чугуном, шлаком и газом. Опыт показал, что легковосстановимые нелетучие элементы Cu, Ni восстанавливаются и переходят в чугун. Поэтому комплексный подбор шихты позволит получить легированный чугун со специальными свойствами.

Летучие элементы Zn, Pb, Ag выносятся с дымовыми газами и при охлаждении осаждаются в пыль, где их концентрация многократно возрастает. Поэтому при переработке некоторых отходов пыль процесса Ромелт становится сырьем для получения цветных металлов.

Литература:

1. Макаров А.Б. Техногенные месторождения // Соросовский Образовательный журнал.-2000.-Т.6.-№8.-С. 76-80.

2. Роменец В.А. “Ромелт” - полностью жидкофазный процесс получения металла // Изв. вузов. Черная металлургия.-1999.-№11.-С. 13-23.

3. http://www.zdc.ru.