Для решения сложной проблемы ресурсосбережения и оздоровления окружающей среды в Донецком политехническом институте для условий металлургических предприятий Украины выполняется комплекс научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по созданию малоотходного и безотходного металлургического производства.
Безотходная технология - технология, предусматривающая использование всех видов исходного сырья при максимальном использовании тех отходов, которые образуются в данном технологическом процессе как дополнительные материальные ресурсы.Малоотходная технология - технология, которая не причиняет вреда окружающей среде. При ней остаточный экономический убыток составляет не более 15% возможного. Понятие безотходной технологии в некоторой степени условно, поскольку в ряде случаев она не может быть реализована полностью, но с развитием техники и технологии производства металла непрерывно совершенствуется.
Безотходная технология имеет несколько аспектов, важнейшие из которых следующие: экологический, ресурсный, технологический и технический, экономический и организационный. Экологический аспект состоит в том, что геохимическая деятельность человека значительно переросла рекреакционную способность природы. Ресурсный аспект заключается в том, что в отличие от природных минеральные ресурсы не восстанавливаются. Технологический и технический аспекты включают понятия возможности полного и максимально возможного использования сырья.
Безотходная технология предусматривает рациональное использование не только минерального сырья, но и других природных ресурсов, и в первую очередь воды. К технологическим и техническим аспектам относится проблема очистки и утилизации пылей и газов металлургических производств.
Экономические и организационные аспекта заключаются в том, что существующая методология оценки этой технологии базируется в основном на отраслевом экономическом эффекте освоения месторождения, при определении которого не всегда учитываются все факторы, оказывающие влияние на работу народного хозяйства по охране окружающей среды. Один из таких факторов -отсутствие цены на разведанные полезные ископаемые и на земли, отчуждаемые под горные работы и строительство предприятий по переработке полезных ископаемых. Часто несовершенная технология переработки руд вовлекаемого в эксплуатацию месторождения, на базе которого проектируется предприятие, предусматривает извлечение только одного компонента, хотя минеральное сырье является комплексным. В этом случае экономические, технологические и технические интересы входят в противоречие и решения принимаются в основном с учетом фактора времени. Очевидно, что при таких обстоятельствах отходы, содержащие ценные компоненты, должны быть оценены в качестве вторичного сырья. Безотходная технология - качественно новая ступень развития промышленного производства, требующая более совершенной системы его организации.
Имеющиеся безвозвратные потери в виде неуловленных пылей и шламов - следствие технического несовершенства улавливающих устройств, с развитием и совершенствованием техники и технологии эти потери непрерывно уменьшаются.
Работы института, представленные в докладе направлены на рациональное использование минеральных ресурсов и оздоровление окружающей среды за счет радикального сокращения пылевых и газовых выбросов, эффективной очистки газов, технологических вод и полной утилизации пшамов, пылей и других отходов в технологических процессах агломерационного, доменного и сталеплавильного производств с извлечением полезных и обезвреживанием вредных компонентов, повышения экологической чистоты технологических процессов.
В качестве основных объектов исследования в черной металлургии приняты железосодержащие технологические и аспи-рационные пыли агломерационного, доменного, мартеновского, кислородно-конвертерного и электросталеплавильного производств, а также аспирационные пыли подбункерных помещений и литейных дворов доменного производства.
Для этих отходов разработаны следующие рациональные направления по технологии подготовки и утилизации отдельных видов пылей.
Агломерационная пыль от батарейных циклонов, аспирационная пыль аглофабрик, пыль литейных дворов и подбункерных помещений и шихтоподачи доменных печей, пыль миксерных отделений сталеплавильных цехов и известковообжиговых отделений подвергаются увлажнению, смешиванию и окускованию.
Для увлажнения пылей разработаны новые конструкции вибрационных увлажнителей-смесителей, которые включаются в технологию беспыльной выгрузки и подготовки к утилизации технологических и аспирационных пылей с широким диапазоном физико-химических свойств, б том числе плохосмачиваемых полидисперсных пылей и порошков крупностью от долей микрометра до 0,1-1,0 мм.
В основе технологии - увлажнение или озернение с возможностью обволакивания пылей и порошков с целью получения непылящего, гомогенного, сыпучего продукта с заданной влажностью.
Основные преимущества и эффективность технологии:
может быть включена составной частью в основной технологический процесс при сохранении традиционных способов улавливания и накопления пылей ;
легко совмещается с основным технологическим оборудованием основных металлургических цехов ;
может быть использована при комплексной переработке ценных отходов производства;
простота в обслуживании и высокая производительность и надежность оборудования ;
и удельная капиталоемкость линии уменьшается в 5-4 раза, а эксплуатационные расхода и энергоемкость - в 5-6 раз по сравнению с существующими.
Технология базируется на применении специальных вибрационных смесителей-увлажнителей сухих пылей и порошков, устанавливаемых под накопительными емкостями. Параметры установки изменяются в зависимости от свойств пылей и требований к конечному продукту. При производительности до 50 т/ч габариты установки составляют I х I х I м. В качестве увлажняющего агента могут применяться шламовые воды или специальные растворы и суспензии.
Увлажнение в первую очередь должно осуществляться для металлургических и горнообогатительных предприятий Украины, на которых решаются вопросы по беспыльной выгрузке, подготовке и утилизации пылей в металлургических процессах. Аналогичные направления могут разрабатываться и для других отраслей народного хозяйства, в которых требуется улавливание твердых и газообразных продуктов газо- и пылеочисток, подготовка и утилизация их в технологических процессах этих производств или в других отраслях промышленности. Эффективность внедрения мероприятий по беспыльной выгрузке складывается из нескольких факторов. Прекращение выброса в атмосферу пыли сокращает экологический ущерб, а утилизация пылей экономит первичные шихтовые материалы. Кроме того, переход на сухие газоочистки вместо мокрых существенно снижает себестоимость подготовки пылей к утилизации. В частности, полная утилизация агломерационной пыли является важнейшей технико-экономической задачей. Учитывая, что дисперсный состав пыли аглогазов и аспирационных систем аглофабрик позволяет производить эффективную очистку газа в сухих пылеуловителях, применение мокрых способов очистки экономически нецелесообразно. Во всех случаях использование уловленной пыли уменьшает эксплуатационные затраты газоочистного и аспирационного оборудования в среднем на 1 т на 18%, а на 1000 м очищенного газа на 21%.
Применение увлажнения сухих компонентов вместо осушения шламов позволяет полностью отказаться от дорогостоящей и энергоемкой технологии сушки шламов, требующей к тому же строительство дополнительных газоочистных сооружений. При термической сушке сталеплавильных шламов теряется их комкующая способность, особенно если они применяются в качестве связующего при окомковании отходов производства. Капитальные затраты при сушке на тонну перерабатываемого шлама в 2,2 раза превышают смешение шлама с сухими компонентами. Себестоимость возврата сухой пыли с увлажнением в технологическом потоке существенно ниже, чем подготовка шлама для утилизации. Разработка технологических процессов и оборудования по улавливанию, обезвреживания, подготовке и комплексной утилизации твердых, жидких и газообразных продуктов газо- и пылеочисток позволят организовать малоотходное и безотходное производство, рационально использовать минеральные природные ресурсы и оздоровить окружающую среду в промышленно развитых регионах Украины.
Для гомогенизации многокомпонентных аглошихт, включающих повышенное количество железосодержащих отходов текущего производства и заскладированных в отвалах и шламонакопителях, разработаны высокопроизводительные компактные дезинтеграторы-смесители, которые хорошо вписываются в перегрузочные узлы при транспортировке шихтовых материалов ленточными конвейерами. С использованием виброувлажнителей и дезинтеграторов, на которые по лицензиям предлагаются НОУ-ХАУ, для сталеплавильного и других производств разработаны принципиально новые схемы улавливания, подготовки и утилизации в технологическом потоке технологических и аспирационных пылей. Они исключают складирование шламов в долголетних шламонакопителях, организацию дорогостоящих оборотных циклов водоснабжения и предотвращают выбросы пыли в атмосферу. Например, гомогенизация многокомпонентных аглошихт с повышенным содержанием заскладированных шламов и других отходов текущего производства, а также известкование концентрата с его гомогенизацией улучшает качество агломерата и повышает производительность агломашин с сокращением образования пылей и газов.
В доменном производстве предусматривается сокращение образования отходов, ликвидация выбросов и гидровыделение тонкой фракции из доменных шламов, обогащение цинком, для дальнейшей ее переработки совместно с цинксодержащими пылями и шламами сталеплавильного производства. Утилизация доменных шламов в аглопроизводстве без обесцинкования приводит к прогрессирующему увеличению поступления цинка в доменный йроцесс. Операция его удаления из замкнутой системы аглофабрика - доменная печь обесцинкованием шламов позволит предотвратить накопление цинка в этой системе. Необходимую степень обесцинкования доменных шламов следует определять для каждого предприятия с учетом конкретных условий по результатам баланса цинка. Отрицательное влияние цинка в доменном производстве Украины начинает проявляться при общем его содержании в шихтовых материалах, превышающем 0,1%, или при удельном его поступлении, не превышающем 0,15-0,3 кг/т чугуна, В сталеплавильных и электросталеплавильных процессах решается комплекс вопросов по рециркуляции цинксодержащих пылей с дальнейшим их обогащением и пирометаллургическим восстановлением с использованием физического тепла огненно-жидких сталеплавильных шлаков и электроэнергии. Возгоны цинка будут перерабатываться в цветной металлургии, а металлизованный продукт - в сталеплавильных процессах, давая осуществления пирометаллургического процесса цинксодержащие пыли и шламы смешиваются с заданным количеством угольной пыли и подвергаются окомкованию различными способами. Указанные технологии осуществляются на объектах совместной подготовки железосодержащих отходов к утилизации. Реализуются в промышленности Украины схемы совместной подготовки пастообразных шламов и сухих железосодержащих отходов для утилизации в агломерационном производстве. При этом исключается сушка шламов в энергоемких сушильных установках. Разработана технология производства агломерата с повышенным удельным расходом отходов. Некоторые аглофабрики в перспективе в основном будут работать на оборотных продуктах.
В качестве призера реализации вышеприведенной технологии может служить технология совместной подготовки пылей и шламов кислородно-конвертерного цеха Днепровского меткомбината в г. Днепродзержинске, которая решаем вопрос организации безотходного производства в этом переделе. Технология включает двух-стадийное сгущение конвертерного шлама, его обезвоживание и дальнейшее смешение с известковой пылью в двухвальном лопастном смесителе. Данная технология работает около 10 лет. На второй очереди предусмотрено первичную смесь подавать в барабанный смеситель совместно с известняком фракции до 3 мм и гранулированным конвертерным шлаком. После смещения и озернения смесь отходов через специальный склад подается на аглофабрику. При разработке технологий в конкретных условиях проводятся основные нижеприведенные работы:
технико-экономический и экологический анализы работы систем выгрузки, транспортировки и утилизации технологических и аспирационных пылей от сухих газоочисток различных отраслей народного хозяйства;
исследование физико-химических, теплофиэических и минерало-петрографических свойств продуктов улавливания в сухих и мокрых газоочистках;
обобщение опыта работы систем выгрузки, транспортировки и подготовки пылей и шламов к утилизации на отдельных предприятиях отраслей народного хозяйства ;
разработка соответствующих систем транспортировки, сбора и подготовки к утилизации отходов от сухих и мокрых газоочисток ;
разработка технологии комплексной утилизации пылей и шламов от сухих и мокрых газоочисток совместно с другими железосодержащими отходами на предприятиях черной металлургии ;
разработка технологии полной переработки отходов текущего производства, обеспечивающей безотвальную работу предприятий ;
совершенствование технологических процессов аглодоменного, сталеплавильного и прокатного производств с целью сокращения образования газовых и пылевых отходов соответствующего производства и их обезвреживания ;
оценка технологических и экологических мероприятий для организации малоотходного производства в черной металлургии;
разработка предложений и рекомендаций по широкому использованию разработок на предприятиях базовых отраслей промышленности.