Dioxines dans metallurgie et methodes de leur decontamination
Doljenko E.G., Kliaguine G. S.
Les dioxines sont des hydrocarbures aromatiques polychlorés produits non-intentionnellement, dont la présence dans l'environnement est préoccupante en raison de leur persistance, de leur capacité à être bioaccumulés et de leurs propriétés toxiques. à présent la situation est telle, que la concentration des dioxines dans l'hydrosphère et la lithosphère peut atteindre les significations critiques et la contamination de la substance vivante peut prendre le caractère irréversible.Les dioxines sont libérées dans l'environnement au cours de processus naturels et, principalement aujourd'hui, au cours de procédés thermiques en rapport avec les activités industrielles d'incinération de déchets domestiques, de métallurgie et de sidérurgie.
Les dioxines sont les représentants des éthers cycliques chlorés, dont ont deux bagues de benzol avec le degré divers de la chloration liés par deux atomes de l'oxygène (PCDD) ou d'un atome de l'oxygène et du lien C-C (PCDF). La diversité structurale, c'est-à-dire la complexité isomère et homologique de la composition est caractéristique pour les dioxines. Dans ce groupe figurent des composés suivants: les dibenzo-p-dioxines polychlorées (dioxins PCDDs), dibenzofurannes polychlorées (furannes PCDFs) et certaines catégories de polychlorobiphenyles (les pyralènes PCBs). Il y a 75 isomères positionnais des PCDDs et 135 isomères des PCDFs. Les plus toxiques de ceux-ci sont les suivantes: 2,3,7,8-TCDD (tetrachlorodibenzo-n-dioxine C6H4Cl2-O-Î-Ñ6Í4Ñl2); 2,3,7,8-TCDF (tetrachlorodibenzo-n-furanne C6H4Cl2-O-C6H4Cl2).
Ces molécules sont très stables ; et elles sont d'autant plus stables que le nombre d'atomes de chlore. Cette stabilité explique la difficulté à les détruire.
En s'entrant des sources industrielles au nature minéral elles passent le plus souvent à la phase organique du sol ou de l'eau, se déplacent en manière des regroupements avec les substances organiques, entrent dans l'air, bassins d'eau, produits alimentaires et à partir de là dans l'organisme humaine. Dans les organismes vivants les dioxines sont accumulées essentiellement au tissu de graisse et puis elles modifient les processus biochimiques. Elles sont sorties très lentement des organismes vivants, par exemple de l'organisme de la souris, du rat au cours de 15-90 jours, et de l'organisme du singe et de l'homme conformément pendant 455 et 2120 jours.
Les dioxines représentent les dangers suivantes pour la santé : les effets cancérogènes, les effets hormonaux (la fonction thyroide, la fonction de reproduction), les effets immunitaires, les effets neurologiques (le développement psychomoteur), l'effet sur la fonction hépatique (le dégénérescence, le nécrose, le cirrhose, le cancer), les effets dermatologiques (le chloracné - la forme lourde des comédons professionnels, la photosensibilité), les oedèmes. Une exposition à court terme à des teneurs élevées en dioxine peut être à l'origine de lésions cutanées, chloracné et formation de taches sombres sur la peau. Une exposition prolongée peut endommager le système immunitaire, perturber le développement du système nerveux, être à la source des troubles du système endocrinien et de la fonction de reproduction.
La concentration des dioxines dans les gaz brulés des installations industrielles égale à 0,1 ng/m3 en compte de 2,3,7,8-TCDD législatively ratifié à l'Allemagne à 1990 - 17BImSchV par la décision du conseil Européen de 16.12.1994 est devenue la norme courante (94/67 EC). Cette norme est obligatoire pour tous les pays de la communauté Européenne.
Les entreprises métallurgiques sont les sources intenses des dioxines qui entrent à l'environnement. Le procédé électroaciérie est un des moyens les plus répandus de la fabrication de l'acier. Les ferrailles sont le deuxième matériel initial après la fonte pour la production aciérie selon les volumes de l'utilisation. La nécessité (y compris pour les raisons écologiques) de traitement des ferrailles pollués fortement par les restes des substances organiques provoque l'aggravation de la qualité des gaz brulés formés à refusion.
Au traitement thermique des ferrailles avec les restes de la peinture, des huiles ou d'autres substances organiques dans les gaz brulés les dioxines et les furannes se forment et ils sortent à l'atmosphère par le système de tirage du four. Nombreuses mesures montrent que les rejets des fours électriques à arc peuvent contenir les compositions polychlorures - dibenzodioxines (PCDD) et dibenzofurannes (PCDF) dans les concentrations 0,02-9,2 ng/m3. Avec cela les rejets avec le teneur maximal en dioxines et furannes (9,2 ng/m3) se passent des fours électriques à arc avec le chauffage préliminaire des ferrailles. Les températures peu élevées, conditionnées par le procédé technologique dans la zone du chauffage des ferrailles provoquent seulement la vapeur des huiles et les graisses se trouvant dans les ferrailles mais non leur décomposition thermique. Cela provoque la formation des compositions volantes intermédiaires pour la synthèse des dioxines et furannes.
L'utilisation pour le captage des dioxines seulement les systèmes du filtrage "propre" (par exemple, avec les filtres à manche) sans utilisation des adsorbants provoque le passage des PCDD et PCDF à l'atmosphère avec les gaz brulés, puisque seulement 20-30 % de dioxines sont concentrés sur les particules des cendres mais 70-80 % se trouvent dans la phase gazeuse.
Les nombreuses études montrent que l'intervalle très court de temps du contact est nécessaire pour l'adsorption des dioxines et furannes par le sorbant. Sur l'utilisation de ce principe on fonde le processus de l'adsorption dans le flux.
à cette méthode de l'épuration le sorbant contient du charbon (particulièrement la lignite activée) est insufflée en manière pulvérulent au flux du gaz initial avant l'installation de l'époussetage. Une circonstance importante pour l'acquisition du niveau optimal de l'épuration est la présence du mélange homogène et simultanément turbulent déjà dans la zone d'addition de l'adsorbant ou passe le premier stade du processus de la sédimentation des substances nuisibles.
Le facteur principal au cours du choix de l'adsorbant est la distribution des rayons des pores optimale pour l'adsorption de la substance nuisible. Le lignite activé possède cette propriété et en outre (en comparaison des charbons actifs) a le prix plus compétitif. L'activation du carbone du charbon obtenu de la carrière se passe à la suite du processus soi-disant à puddler pendant qui le lignite activé se formera.
à l'intégration de la méthode de l'épuration d'adsorption au système de l'époussetage la précipitation des sorbants se passe avec la poussière technologique. Il est évident que l'efficacité de la précipitation dépend de la probabilité de la collision du sorbant avec la molécule de la substance nuisible. La distribution de l'adsorbant dans le flux du gaz brulé a aussi une grande importance. Le caractère de la distribution peut être beaucoup amélioré par le changement du degré du concassage du lignite activé.
1 – four électrique à arc ; 2 – tirage de l'air d'atelier ; 3 – tirage directe ; 4 – postcombustion ; 5 – refroidissement ; 6 – précipitant de tourbillon ; 7 – chambre de mélange ; 8 – silo avec le lignite activé ; 9 – dosage du lignite activé ; 10 – injection du lignite activé; 11 – filtre en tissu ; 12 – transporteur à chaine ; 13 – silo pour la poussière ; 14 – pour l'utilisation suivante ; 15 – zone de l'interaction du lignite activé et de la poussiere; 16 – gazoduc; 17 – exhauster
Sur figure on présente le schéma principal du four électrique à arc avec l'équipement correspondant pour la réduction des rejets des dioxines par la méthode de l'adsorption dans le flux. Les gaz brulés formés pendant la coulée se trouvent directement au canal de tirage du four et après la postcombustion entrent par gazoduc du refroidissement d'eau à l'installation du refroidissement d'evaporation. Après le refroidissement des gaz brulés jusqu'à la température environ 250°C les grandes particules sont assiégées dans le séparateur du courant de tourbillon dans soi-disant le précipitant d'étincelle. Au stade suivant le gaz nettoyé entre à la chambre du mélange des gaz ou il mélange avec l'air d'atelier. Dans le filtre en tissu est réalisé l'époussetage du flux des gaz brulés chauffé jusqu'à la température 80-100°C. La poussière captée par le filtre sorti à l'extérieur sans arrêt et est stocké dans le silo ðîur l'utilisation suivante. Les cendres captées dans le filtre avec un grand teneur en dioxines doivent être traitées et neutralisées, par exemple par la technologie de la décontamination à haute température au four électrique à arc ou au réacteur à fondre de feu.
Les dioxines se formeront à 200-550 °C en raison de cela les limites de température du processus thermique acquièrent l'importance décidant pour la concentration des dioxines dégagés. Cela signifie que quand les gaz brulés chauds des procédés métallurgiques se refroidissent pour l'épuration la période du temps demandé pour le passage de l'intervalle de température dans qui se passe une nouvelle synthèse (entre 250 et 550°C) doit être le moins possible. Ainsi, les technologies assurant le refroidissement plus rapide du gaz brulé chaud jusqu'à la température plus basse que 250°C sont nécessaires pour l'acquisition du teneur minimal en dioxines dans les gaz brulés.
L'utilisation des pulvérisateurs refroidissant s'est montrée comme la méthode efficace. A leur aide on peut diminuer la température des gaz brulés des fours de 650 à 200°C moins que de 1 s.
Le lignite activé à cause du caractère réactionnaire peut être appliquée aussi aux températures élevées des gaz brulés. La condition nécessaire de cela (comme pour tous les sorbants contients le carbone) est le respect des demandes de la sécurité explosive et d'incendie. Pour le procédé technologique de la production d'acier la sécurité explosive et d'incendie est assuré par l'application de la combinaison des activités préventives (par exemple, l'inertisation de la lignite activée par la poussière des filtres, l'exception des sources de l'inflammation à l'aide de la décharge d'étincelle ou autonome ainsi que par la restriction de la part de la lignite dans la poussière).
Le teneur bas en dioxines et furannes atteint au gaz nettoyé à la dépense du lignite activé pas plus 30 ng/m3 confirme une haute efficacité de ce procès de l'épuration des gaz brulés. Même avec très petites quantités d'adsorbant on assure les vitesses considérables de la précipitation et le degré de la pollution des dioxines et furannes du gaz nettoyé n'excède pas 0,1 ng/m3.
La technologie de l'adsorption dans le flux intégrée au procédé technologique représente le moyen sur et simultanément le moyen de petits dépenses de la réduction des rejets des dioxines et furannes dans les conditions de la production d'acier électrique.
Donc l'augmentation de la part des ferrailles des automobiles, pollués par les matières plastiques dans le lit de fusion des fours électriques à arc a posé devant les électrométallurgistes le problème de la mise en garde de l'environnement de gaz brulés, contenant les compositions toxiques des halogènes avec des hydrocarbures (dioxines et furannes). à l'étranger sur les regroupements modernes d'aciérie électrique (en Allemagne, en Suisse) on réalise les systèmes modernes d'épuration des gaz avec les trappes des dioxines. Pour les entreprises du notre pays ce problème devient aussi dans l'ordre du jour.
Pour l'épuration effective des gaz brulés des fours électriques à arc la combinaison du traitement thermique, l'insufflation de l'adsorbant et le refroidissement vite assure la possibilité de diminuer le teneur en PCDD et PCDF aux valeurs moins que la concentration maximale admissible.
Donc les dioxines comme les matières toxiques présentent un grand danger pour l'homme ainsi que pour l'environnement. On peut diminuer ce danger jusqu'au minimum si tous les pays du monde se joindront à la lutte pour la sauvegarde de la vie sur la Terre.