- •Рециклинг черных металлов. (Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов черной металлургии). Черноусов Павел Иванович.
- •Глава 1. Формирование современной методологии оценки эффективности технологий, процессов и продуктов черной металлургии с точки зрения концепции экологически чистого производства (эчп).
- •Глава 2. Глобальные элементопотоки металлов в техносфере.
- •Глава 3. Движение макро- и микроэлементов на современном интегрированном предприятии черной металлургии.
- •1. Формирование современной методологии оценки эффективности технологий, процессов и продуктов черной металлургии с точки зрения концепции экологически чистого производства (эчп)
- •1.1. Устойчивое развитие и экологически чистое производство
- •1.2. Выбросы в окружающую среду
- •1.3. Обращение с отходами, техногенные ресурсы и месторождения.
- •1.4. Концепция общества с оборотным использованием ресурсов
- •1.5. Интегрированная политика производства экопродукта
- •1.6. Экобаланс и анализ жизненного цикла изделия
- •1.7. «Инициатива 3r» и новая парадигма черной металлургии
- •1.8. Понятие и методология анализа техногенного элементопотока металлов.
- •1.9. Выводы.
- •Глава 2. Глобальные элементопотоки в техносфере.
- •2.1. Ноосфера: движение вещества, энергии, информации.
- •2.2. Металлизация биосферы.
- •2.3. Глобальный элементопоток железа.
- •2.4. Глобальный элементопоток хрома.
- •2.5. Глобальный элементопоток марганца.
- •2.6. Элементопоток ванадия в техносфере.
- •2.7. Движение галлия в техногенной среде.
- •2.8. Выводы.
- •Глава 3. Движение макро- и микроэлементов на современном интегрированном предприятии черной металлургии.
- •3.1. Современные схемы утилизации текущих и накопленных отходов на отечественных и зарубежных интегрированных предприятиях.
- •3.2. Макро- и микроэлементы в черной металлургии.
- •3.3. Методика определения параметров элементопотоков для предприятий черной металлургии. Элементопоток железа.
- •3.4. Элементопоток марганца.
- •3.5. Элементопоток галлия в металлургическом цикле интегрированного предприятия (на примере оао «нтмк»).
- •3.6. Баланс углерода и методология оценки энергоэффективности производства черных металлов и выбросов со2.
- •3.7. Оценка возможности энергосбережения при очистке металлургических газов от пыли (на примере доменного газа).
- •Глава 4. Микроэлементы в доменной плавке.
- •4.1. Методология комплексных исследований поведения микроэлементов в сложных металлургических системах на примере доменной плавки.
- •4.2. Принципиальная схема поведения микроэлементов в доменной плавке.
- •4.3. Галлий.
- •4.4. Стронций.
- •4.5. Свинец.
- •4.6. Мышьяк.
- •4.7. Фосфор.
- •4.8. Выводы.
- •Глава 5. Прогноз образования и оценка мощности техногенного месторождения для металлургического региона.
- •5.1. Прогноз образования техногенного месторождения на территории металлургического региона.
- •5.2. Оценка мощности техногенного месторождения для металлургического региона (на примере оао «Северсталь»).
- •Глава 6. Технологические схемы переработки техногенных образований на базе шахтных печей.
- •6.1. Техногенные материалы – перспективное сырьё металлургии ближайшего будущего.
- •6.2. Доменная печь – агрегат XXI века
- •6.3. Печи малого объёма – будущее доменного производства.
- •6.4. Ресурсосберегающая технология утилизации гальваношламов с использованием мдп.
- •6.5. Вагранки и решение проблемы утилизации цинксодержащих металлургических пылей
- •Глава 7. Пирометаллургические способы утилизации отходов энергетической промышленности.
- •7.1. Ванадий в продуктах нефтепереработки и золах тэс.
- •7.2. Технологии извлечения ванадия из техногенного сырья.
- •7.3. Экспериментальные исследования ванадийсодержащих зшо.
- •Глава 8. Вторичные ресурсы нового поколения.
- •8.1. Международный опыт организации авторециклинга.
- •8.2. Современная технологическая схема авторециклинга
- •8.3. Оценка ресурсов авторециклинга в России
- •Глава 9. Прогнозные сценарии развития черной металлургии и рециклинга железа в техносфере.
- •9.1 Развитие моделей, описывающих потребление металлолома в черной металлургии.
- •9.2. Проблема учета в экобалансе стадии рециклинга металлолома.
- •9.3. «Имитационная модель рециклинга» вторичных ресурсов черной металлургии в Обществе рециклинга.
- •9.4. Анализ влияния различных факторов на параметры рециклинга
- •Порядин, а.Ф. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / а.Ф. Порядин, а.Д. Хованский. М. : Прибой, 1996. 350 с.
- •Никаноров, а.М. Экология / а.М. Никаноров, т.А. Хоружая. М. : Приор, 1999. 304 с.
- •1. Материалы, поступающие со стороны
- •2. Полуфабрикаты (прямое направление технологичного процесса)
- •3. Готовая продукция (на сторону)
- •4. Рециклинг внутрицеховой (в пределах производства или передела)
- •5. Рециклинг внутренний
- •6. Техногенные материалы, подвергаемые рециклингу и «отложенному» рециклингу
- •7. Выбросы в воздушный бассейн
- •Молибден
- •Лантаноиды
- •Бериллий
Глава 6. Технологические схемы переработки техногенных образований на базе шахтных печей.
6.1. Техногенные материалы – перспективное сырьё металлургии ближайшего будущего.
Превращение концепции устойчивого развития в главный приоритет развития мировой цивилизации выдвигает жесткие ограничения к освоению новых природных месторождений. В связи с критическим состоянием окружающей среды необходимо учитывать возможность существенного сокращения геологоразведочных работ на ещё нетронутых территориях планеты. Поэтому с высокой степенью уверенности можно утверждать, что уже во второй половине 21-го столетия основной сырьевой базой металлургии, как цветной, так и черной, станут месторождения полиметаллических руд и техногенных материалов /8, 55, 56, 136, 332…335, 399/.
Их освоение требует разработки принципиально новых металлургических технологий, позволяющих осуществить глубокое селективное разделение металлов с высокими коэффициентами их извлечения из исходных материалов. Внедряемые технологии должны обеспечивать экологическую чистоту реализуемых технических решений при прогнозируемом и контролируемом составе отходов и попутных материалов/8, 44, 47, 48, 55, 56, 400/.
В последние годы в МИСиС проводились целенаправленные исследования по определению полного химического состава всех видов материалов, используемых и получаемых в процессах черной металлургии: руд, концентратов их обогащения, агломератов, окатышей, флюсов, углей и коксов, шлаков, шламов, пылей, чугунов и сталей (Главы 3 и 4). Анализ полученных результатов показал, что на тонну готовой продукции предприятий черной металлургии в производственный цикл поступает от 4 до 10 кг примесных микроэлементов. Следует ожидать, что с освоением месторождений полиметаллических руд это количество возрастёт в десятки раз /401/.
Особую роль в черной металлургии играет твёрдое топливо. Коксующиеся угли становятся всё более дефицитным и дорогостоящим сырьём. В связи с этим расширяется спектр углей, используемых при производстве кокса, но не обладающих спекающими свойствами. Быстро растёт количество углей, применяемых в качестве пылеугольного топлива и загружаемых в доменные печи через колошник. В ближайшем будущем ожидается развитие и распространение в производстве технологий получения формованного кокса. Во всех упомянутых случаях применяются угли с повышенным (в сравнении с классической технологией коксования) содержанием примесей.
Полный химический анализ коксов, используемых металлургическими предприятиями Европейской части России и Урала показал, что они содержат до 7 кг/тонну примесных микроэлементов. Таким образом, уже сейчас при производстве чугунов специального качества металлургические угли рассматриваются как самостоятельный металлосодержащий компонент агломерационной и доменной шихты.
Ещё одним источником цветных и редких металлов в черной металлургии стали отходы пластмасс. Технологии их утилизации внедрены в доменных печах в Германии и Японии /402…404/.
Исследования потоков более чем 30 характерных для черной металлургии микроэлементов – металлов позволили оценить возможность их накопления на территории металлургических регионов в грунтах, отвалах, золошламонакопителях и других техногенных образованиях. Детальные исследования, проведённые для условий ОАО «Северсталь», показали, что мощность техногенного месторождения комплексных техногенных материалов в районе города Череповец может достигать 300 тыс. т (Глава 5).
В связи с огромными масштабами производства черных металлов (в сравнении с уровнем получения других металлов) многие цветные, редкие, рассеянные металлы, присутствующие в шихтовых материалах черной металлургии в концентрациях лишь 10 – 50 г/т материала, поступают в доменные печи некоторых металлургических комбинатов в количествах, сопоставимых с уровнем их общемирового потребления. К таким металлам относятся, например: галлий, германий, индий, бериллий, многие редкоземельные металлы. В результате анализа большого статистического материала установлено и подтверждено расчетами с использованием новейших методов термодинамики, что поведение микроэлемента в металлургических агрегатах зависит от формы его присутствия в шихтовых материалах и способа ввода последних в агрегат (Глава 4).
Все продукты доменной плавки: чугун, шлак, шлам, возгоны могут рассматриваться как сырьё для извлечения редких, рассеянных и цветных металлов. Таким образом, можно предполагать, что одной из наиболее перспективных металлургических технологий 21 века будет технология совместной комплексной переработки полиметаллических руд, техногенных материалов и углей на базе агломерационного и доменного производства с получением в качестве основных продуктов процесса сырьевых материалов для цветной металлургии. Принципиальная схема такой технологии приведена на рис 36 /322/.
Рисунок 37. Принципиальная схема переработки комплексного сырья на базе агломерационного и доменного производства.
Включение в глобальный производственный цикл переработки промышленных отходов решает одновременно две актуальные мировые проблемы – проблему ресурсов и проблему сохранности окружающей среды. Наиболее предпочтительным способом решения проблемы утилизации промышленных отходов является производственный рециклинг. Однако практика мирового хозяйства показала, что более 70 % всех образующихся техногенных отходов не могут быть переработаны предприятиями-изготовителями отходов. Это относится, прежде всего, к предприятиям энергетики, транспорта, оборонным отраслям промышленности, машиностроению и др. Это также целиком относится к отложенным отходам. Перерабатывать подобные материалы предстоит отраслям, эти отходы не производившим. Таким образом, назрела проблема концепции «глобального» (межотраслевого и межрегионального, а в будущем и международного) рециклинга материалов. Важнейшую роль в этом процессе могут сыграть предприятия чёрной металлургии. Некоторые металлургические агрегаты обладают уникальными возможностями для переработки практически любых видов отходов и, что не менее важно, достаточной производительностью. Прежде всего, к таким агрегатам относятся шахтные печи, например, доменные и ваграночные, используемые, соответственно, для извлечения железа из рудного сырья и выплавки литейного чугуна. В упомянутых агрегатах могут быть использованы как кусковые, так и мелкодисперсные твёрдые и влажные техногенные материалы, жидкие и газообразные токсичные отходы (в том числе содержащие углерод и водород, галогеносодержащие, взрывоопасные, включающие свинец, стронций, мышьяк и проч.). При этом:
полностью исключаются выбросы токсичных соединений на поверхность земли (поскольку доменные и ваграночные шлаки и шламы являются ценным сырьём для строительной индустрии);
минимизируются выбросы в водный бассейн (так как в чёрной металлургии вода используется для охлаждения агрегатов и, лишь незначительно, для влажной очистки от не уловленной пыли и смыва мелкодисперсных отходов);
минимизируются в атмосферу (в доменном процессе невозможно, например, образование таких токсичных соединений как диоксины и фураны, оксидов азота, любых сложных углеводородных соединений и т.п.);
доменный газ является ценным энергетическим сырьём и полностью утилизируется.
Вышеперечисленные обстоятельства не могли не остаться незамеченными специалистами, и в последнее десятилетие XX века были достигнуты значительные успехи в разработке технологий и совершенствовании технических возможностей доменной и ваграночной плавки с использованием самых разнообразных техногенных материалов. Схема применения техногенных материалов в шахтных печах приведена на рисунке 38.