ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ Общие положения

Черная металлургия является одной из основных отраслей промышленности, которая в значительной мере влияет на окружающую среду: нарушение земель за счет открытой добычи полезных ископаемых, а также за счет скла хвостохранилищ и шламонакопителей; загрязнение атмосферы твердыми, газообразными и жидкими вредными веществами; загрязнение водоемов твердыми и химически вредными веществами, маслами и эмульсиями. По экспертным оценкам, удельный выход твердых, газообразных и жидких отходов на 1 т проката, в том числе труб, в целом по черной металлургии составляет: вскрышные и вмещающие породы J500—2500 кг; шлаки 500—1000 кг; шламы 80г120 кг; сухая пыль 80—120 кг; окалина 30—40 кг; сточные воды 250—300 м3; технологические газы 8000—10000 м3; аспирационный воздух 30—50 тыс.м3; горючие газы 2000— 2500 м3.

Суммарно отходы черной металлургии составляют сотни миллионов тонн в год и превышают выпуск черных металлов в 2—4 раза. Кроме загрязнения окружающей среды, вместе с отходами выбрасывается значительная часть денных продуктов, которые можно использовать при соответствующей их подготовке и переработке.

Развитие черной металлургии всегда было тесно связано с вопросами создания безотходной технологии, с использованием отходов в собственных производствах или смежных отраслях промышленности. Особенно интенсивно эти вопросы разрабатывались в последние 1015 лет.

Например, доменный газ, в составе которого находятся до 30% СО, практически полностью используюг в качестве топлива. Естественно, что перед использованием этот газ очищают от пыли с 25—50 до концентрации 310 мг/м3. Полностью используют и коксовый газ, который также очищают от смолы, частично от сероводорода и других химических компонентов. Уловленные продукты коксохимического производства полностью используют.

Также широко используют в стране шлаки доменного, сталеплавильного и ферросплавного производств. Для подготовки к использованию доменных шлаков в отрасли сооружены грануляционные установки, в том числе и непосредственно у доменных печей, которые выпускают различную продукцию: граншлак, шла копемза, шлаковата, каменное литье. Сталеплавильные шлаки используют в значительно меньшей мере. После соответствующей подготовки их используют в собственном производстве (доменном), сельском хозяйстве для раскисления почв, а при наличии в шлаках фосфора — в качестве фосфорного удобрения. Значительные работы ведут и по рекультивации нарушенных земель в результате проведения открытой добычи рудных и нерудных полезных ископаемых. В гораздо меньшей стеце ни используются хвосты обогащения руд и угля.

Загрязнение почвы в общей сумме загрязнений окружающей среды занимает незначительное место, а основной ущерб природе и человеку наносят загрязнения атмосферы и водоемов.

В настоящее время в черной металлургии в техническом отношении вопросы очистки газов и аспирационного воздуха от пыли решены, при этом возможно добиться любых требуемых остаточных концентраций пыли независимо от величины начальной концентрации. Имеется достаточное количество промышленных примеров, когда фактически достигается концентрация пыли 3—10г/м3 при начальной 25—50г/м3. Для различных видов производства разработаны принципиально новые пылеулавливающие аппараты или разработаны технологические регламенты на использование серийно выпускаемого в странах СНГ газоочистного оборудования.

Так, серийно выпускаемые электрофильтры различной конструкции нашли широкое применение для процессов пылеулавливания в различных отраслях промышленности. Наиболее эффективно они работают при очистке технологических агломерационных газов, аспирационного воздуха зоны разгрузки готового агломерата и трактов шихтоподачи, технологических газов и систем аспирации фабрик по производству обожженных окатышей, аспирационных выбросов трактов шихтоподачи доменных печей; технологических газов мартеновских и двухванных печей; технологических и неорганизованных выбросов электропечей; технологических газов открытых ферросплавных печей, выплавляющих сплавы (ферровольфрам, ферромолибден, ферромарганец; металлический марганец и др.); технологических газов и систем аспирации в огнеупорном производстве; технологических газов из вестьобжиговых печей.

На Украине организовывается серийный выпуск электрофильтров с межэлектродным промежутком 450 мм и высотой электродов до 15 м, соответствующих мировому уровню техники.

В настоящее время в НПО "Энергосталь" разработали тканевый фильтр с импульсной регенерацией, а также совместно с другими организациями каркасную ткань из иглопробивного войлока, не уступающие по своим техникоэкономическим показателям зарубежным образцам (скорость фильтрации до 2,0 м3/(м2 • мин), стойкость ткащ! > 2 лет). Новые тканевые фильтры устанавливают за электропечами и открытыми ферросплавными печами. Тканевые фильтры используют и для очистки аспирационного воздуха от пыли. нашли наиболее широкое распространение в черной металлургии в прошедшие годы. В настоящее время мокрую газоочистку применяют в основном для очистки взрывоопасных газов — доменного, конвертерного и ферросплавного. В качестве газоочистных аппаратов мокрой очистки применяют регулируемые и нерегулируемые скрубберы Вентури с центробежными каплеуловителями. По техническому уровню конструкции регулируемых скрубберов Вентури, разработанные в НПО "Энергосталь", не уступают зарубежным и широко используют в зарубежных проектах конвертерных цехов (Югославия, Венгрия, Индия, Нигерия, Куба и др.). Изготовление их осуществляется по разовым заказам предприятиями Украины. Кроме того, в черной металлургии широко используют для пылеулавливания аппараты центробежного типа— циклоны различной конструкции и вихревые пылеуловители.

В НПО "Энергосталь" разработана конструкция нового поколения вихревых пылеуловителей, способных обеспечить эффективность пылеулавливания 96—98%, при этом пылеуловитель обладает высокой стойкостью к абразивному износу. На основе этого аппарата разработан электромеханический пылеуловитель, в котором отсутствует осаждение пыли на стенках, пыль выводится из центральной части аппарата, а затем вторичным потоком транспортируется в бункер. Эффективность пылеуловителя составляет > 99 %. Электромеханический пылеуловитель можно использовать в системах аспирации, при очистке газов от сушильных барабанов, обжиговых печей во всех отраслях промышленности.

По очистке газов от химических примесей в черной металлургии имеются значительные успехи. Еще в 1972 г. на аглофабрике Магнитогорского металлургического комбината была впервые в СССР пущена установка по очистке газов от диоксида серы известковым методом в полых скрубберах. В 1978 г. была пущена вторая установка, но более усовершенствованная: скорость газов в скруббере доведена до 5,0 вместо 2,5 м/с. Дальнейшие исследовательские работы по совершенствованию этого способа позволили заложить в проекты се роочисток скрубберы со скоростью газов в них до 7,5 м/с, что значительно сократило капитальные вложения на ее сооружение. Шлам сероочисток используют при соответствующей подготовке в стройиндустрии или сельском хозяйстве в качестве мелиоранта.

При внепечной обработке стали синтетическими шлаками, при электрошлаковом переплаве, а также при выплавке фритты для производства эмалированной посуды в атмосферу вместе с отходящими газами выбрасывается фтор. В черной металлургии реализован мокрый способ с помощью полых скрубберов и скрубберов Вентури, орошаемых водными растворами извести. На одном трубном заводе в промышленных условиях за флюсоплавильными печами опробован сухой способ улавливания газообразного фтора, в результате чего стало возможным уловленный продукт использовать в собственном производстве и снизить эксплуатационные расходы на газоочистку.

По очистке газов от оксидов азота НПО "Энергосталь" разработан аммиач? каталитический метод с восстановлением их до элементарного азота и построены установки за мартеновскими печами после электрофильтров.

Одновременно используется и гомогенный способ восстановления оксидов азота в области температур газов 800—1100 °С. В НПО "Энергосталь" разработали каталитический способ дожигания углеводородов, в том числе канцерогенных, эффективность обезвреживания которых достигает 99,9%. Этот метод реализован на установке по производству смолопропитанных огнеупоров.

В коксохимическом производстве издавна производят очистку коксового газа в коксохимических цехах и заводах Украины от сероводорода с получением товарной серной кислоты и элементарной серы. Эти способы обеспечивают 90 %ную очистку газа от сероводорода.

Основным направлением по зашите атмосферы от загрязнений в черной металлургии является сокращение выбросов или их полная ликвидация за счет совершенствования конструкций технологических агрегатов, отдельных узлов и технологических процессов. В агломерационном производстве реализован процесс спекания с рециркуляцией 25—30% агломерационных газов, что обеспечивает сокращение выбросов оксидов азота, монооксида углерода и пыли также на 25—30%. На агломашине, где имеется зона охлаждения агломерата, применили дутьевое охлаждение агломерата и подачу горячего (500—700 °С) воздуха в зону спекания агломерата. При этом не только сокращаются выбросы пыли, оксидов азота и углерода, исключается пылеочистная установка зоны охлаждения агломерата, но и утилизируется тепло агломерата, сокращается расход кокса на 25%.

В доменном производстве разрабатываются и внедряются технологические мероприятия по предотвращению выбросов в атмосферу. На одном из металлургических комбинатов на доменной печи уже несколько лет успешно эксплуатируется установка подавления выбросов пыли и оксида углерода при загрузке шихты с помощью компримированного азота.

Основным направлением охраны водоемов является создание и широкое внедрение на основе высокоэффективных методов и сооружений очистки сточных вод полностью замкнутых (бессточных) систем оборотного водоснабжения. Среди основных и успешно эксплуатируемых объектов можно отметить: Zсистемы оборотного водоснабжения газоочисток доменных печей объемом 3200, 5000 и 5500 м3.

В этих системах для очистки сточных вод от взвешенных веществ применены отстойники с встроенными камерами флокуляции, которые позволяют получить воду высокого качества (концентрация взвешенных вешесгв составляет 100150 мг/ л) при высоких гидравлических нагрузках Зм3/(м2*ч). Для предотвращения коррозионного износа скрубберов высокого давления и исключения образования плотных солевых (карбонатных) отложений в аппаратах газоочисток, трубопроводах и оборудовании систем водоснабжения применена обработка фосфорсодержащими веществами. Эти мероприятия позволили создать замкнутые водооборотные циклы водоснабжения, сократить потребление свежей воды и предотвратить сброс в водоемы >60 млн м3/г загрязненных сточных вод. Шламовая пульпа из радиальных отстойников направляется в корпус обезвоживания. Обезвоженный железосодержащий шлам в количестве ~ 100 тыс. т/год утилизируется в технологическом процессе через аглофабрику: системы оборотного водоснабжения комплексов кислородноконвертерных цехов.

На одном из металлургических комбинатов очистка сточных вод осуществляется во фло куляторах, а на остальных заводах — в радиальных отстойниках с камерой флокуляции. Для стабилизации воды с целью исключения плотных солевых отложений применен новый метод с использованием ингибиторов.

На одном из металлургических комбинатов внедрена схема последовательнооборотного водоснабжения. Сущность заключается в создании локального (внутрицехового) оборотного цикла водоснабжения участка охлаждения полосы (для тонколистовых станов) или закалочных машин (для толстолистовых станов) с выводом части воды для повторного использования внутри цеха, а также внешнего оборотного цикла для водоснабжения и черновых, и чистовых клетей. Такая схема позволяет в дза раза сократить количество сточных вод, . выводимых за , пределы цеха на вторичную очистку.

Основным направлением обезвоживания маслоэмульсионных сточных вод и других категорий является организация их повторного использования. На современных станах применяется двухступенчатая схема, включающая отстаивание, флотацию и фильтрацию. Очистка разбавленных эмульсионных сточных вод (1,5—2,0%), образующихся при промывке оборудования, а также части концентрированных эмульсий, выводимых из оборотной системы вместе с продуктами очистки, осуществляется реагентнофлотационным методом.

Дальнейшее совершенствование очистки эмульсионных сточных вод в оборотных системах связано с переходом на двухступенчатые схемы очистки с одновременным уменьшением емкости очистных сооружений, т.е. повышением их удельной производительности.

Для очистки отработанных эмульсий и маслоэмульсионных вод перспективным является применение физикохимических методов: электрофлотация, ультрафильтрация, т.е. методов, которые в процессе очистки не изменяют химический состав воды в отличие от реагентных, что позволит осуществить возврат ее в оборотные циклы.

Образование щелочных сточных вод (концентрированных — обезжиривающие растворы, разбавленных — промывные воды) связано с процессом подготовки поверхности металла для дальнейшей обработки— нанесением различных покрытий и др. Очистка обезжиривающих растворов, обеспечивающая возможность их повторного использования, осуществляется разработанным в последнее время методом электрофлотапии. Промышленный опыт эксплуатации подтвердил высокую его эффективность и надежность.

Положительным фактором электрофлотацион ного метода является сохранение в растворе ПАВ, щелочей, которые являются основными обезжиривающими компонентами. При повторном использовании раствора наряду с ликвидацией сброса отработанных растворов значительно сокращается и расход реагентов. Продукты очистки (пенный продукт) подвергают термическому обезвреживанию. В ближайшее время электрофлотационный метод найдет широкое применение для очистки обезжиривающих растворов, имеющих аналогичный состав. Более перспективными являются физикохимические методы.

Основными направлениями по обезвреживанию кислотосодержащих сточных вод являются мероприятия по сокращению их количества Это* в первую очередь относится к промывным кислым водам.

В последнее время разработаны и успешно внедрены на ряде заводов новые методы промывки, основанные на применении каскадного способа и промывного устройства, улучшающего геометрию струи и увеличивающего коэффициент водоиспользования, а также водовоздушного метода подачи промывной воды. Перечисленные методы позволяют сократить расход воды в десятки раз.

Широкое распространение при обезвреживании отработанных растворов и промывных кислых вод находят методы нейтрализации с использованием извести. Перспективной является схема известковой нейтрализации с получением уплотненного осадка магнетита влажностью до 95%.

При нейтрализации кислых вод возможно применение аммиака с получением чистых утилизируемых продуктов — соединении железа и сульфата аммония. Метод приемлем при переработке отработанных травильных растворов легированных сталей. Кроме нейтрализации широко применяются методы регенерации отработанных травильных растворов (кристаллизационный, термический), обеспечивающие повторное использование травильных растворов. К перспективным методам регенерации относятся электрохимические методы: электролиз электродиализ, а также экстракционный. Дл5 очистки промывных вод перспективным являет ся применение ионного обмена с организацией повторного использования обессоленных про мывных вод.

В настоящее время разработаны и прошли промышленную проверку процесса аппараты по очистке газов и сточных вод от твердых веществ и различных химических примесей, которые при их промышленной реализации могут обеспечить полное оздоровление атмосферы и водоемов от вредных выбросов черной металлургии. Предпочтение необходимо отдавать технологическим мероприятиям по сокращению выбросов.

СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м I, Москва 1994