Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МБОУ «СОШ №7»
Исследовательская работа
Влияние на окружающую среду производства Металлургии.
Выполнили:
Ученицы 10 «А» класса
Казанцева Светлана и Горбунова Анастасия
Руководитель:
Фаттахова Галина Петровна
Г.Лысьва 2013
Содержание
|
Список Литературы |
3 |
|
Цели |
4 |
|
Введение |
5 |
|
Промышленное производство и качество окружающей среды |
6 |
|
Производство, металлургия |
7 |
|
Металлургические базы России |
10 |
|
Экология металлургии |
12 |
|
Характеристика экологической опасности отходов |
14 |
|
Очистные сооружения |
17 |
|
Вывод |
20 |
|
Приложение 21 |
Список литературы
http://otherreferats.allbest.ru/ecology/00026176_0.html
http://www.referat.ru/referats/view/1890
http://www.bibliotekar.ru/economicheskaya-geografia/27.htm
Цель:
Выяснить ,как металлургия влияет на экологию города
Задачи:
1.Найти информацию о производстве.
2. Найти информацию об очистных сооружения.
Гипотеза:
Металлургия оказывает пагубное влияние на город.
Введение
Эколо́гия (от др.-греч. οἶκος — обиталище, жилище, дом, имущество и λόγος — понятие, учение, наука) — наука о взаимодействиях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов»
На всех стадиях своего развития человек был тесно связан с окружающим миром. Но с тех пор как появилось высокоиндустриальное общество, опасное вмешательство человека в природу резко усилилось, расширился объём этого вмешательства, оно стало многообразнее и сейчас грозит стать глобальной опасностью для человечества. Расход невозобновляемых видов сырья повышается, все больше пахотных земель выбывает из экономики, так как на них строятся города и заводы. Человеку приходится все больше вмешиваться в хозяйство биосферы – той части нашей планеты, в которой существует жизнь. Биосфера Земли в настоящее время подвергается нарастающему антропогенному воздействию. При этом можно выделить несколько наиболее существенных процессов, любой из которых не улучшает экологическую ситуацию на планете. Наиболее масштабным и значительным является химическое загрязнение среды несвойственными ей веществами химической природы. Среди них – газообразные и аэрозольные загрязнители промышленно-бытового происхождения. Прогрессирует и накопление углекислого газа в атмосфере. Дальнейшее развитие этого процесса будет усиливать нежелательную тенденцию в сторону повышения среднегодовой температуры на планете. Вызывает тревогу у экологов и продолжающееся загрязнение Мирового океана нефтью и нефтепродуктами, достигшее уже почти половину его общей поверхности. Нефтяное загрязнение таких размеров может вызвать существенные нарушения газо - и водообмена между гидросферой и атмосферой. Не вызывает сомнений и значение химического загрязнения почвы пестицидами и ее повышенная кислотность, ведущая к распаду экосистемы. В целом все рассмотренные факторы, которым можно приписать загрязняющий эффект, оказывают заметное влияние на процессы, происходящие в биосфере. Развиваясь, человечество начинает использовать все новые виды ресурсов (атомную и геотермальную энергию, солнечную, гидроэнергию приливов и отливов, ветряную и другие нетрадиционные источники).
Промышленное производство и качество окружающей среды
XX век принес человечеству немало благ, связанных с бурным развитием научно-технического прогресса, и в то же время поставил жизнь на Земле на грань экологической катастрофы. Рост населения, интенсификация добычи и выбросов, загрязняющих Землю, приводят к коренным изменениям в природе и отражаются на самом существовании человека. Часть из таких изменений чрезвычайно сильна и настолько широко распространена, что возникают глобальные экологические проблемы. Имеются серьезные проблемы загрязнения (атмосферы, вод, почв), кислотных дождей, радиационного поражения территории, а также утраты отдельных видов растений и живых организмов, оскудения биоресурсов, обезлесения и опустынивания территорий.
Проблемы возникают в результате такого взаимодействия природы и человека, при котором антропогенная нагрузка1на территорию превышает экологические возможности этой территории, обусловленные главным образом ее природно-ресурсным потенциалом и общей устойчивостью природных ландшафтов к антропогенным воздействиям. Значительно загрязняют атмосферу автомобильный транспорт, ТЭЦ, предприятия черной и цветной металлургии, нефтегазоперерабатывающей, химической и лесной промышленности. С ростом промышленного производства, его индустриализации, средозащитные мероприятия, базирующиеся на нормативах ПДК2 и их производных.
Производство любой отрасли должно заботиться не только о получении прибыли, но и том, чем грозят используемые на нем технологии, отходы от использования перерабатываемого сырья, работа самого оборудования окружающей природе.
1 Антропогенная нагрузка - степень прямого или косвенного воздействия человека и его хозяйствования на окружающую природу или на отдельные ее экологические компоненты и элементы.
2 Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утверждённый в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив.
Производство
В экономическом смысле — процесс создания разных видов экономического продукта. Понятие производства характеризует процесс активного преобразования людьми природных ресурсов с целью создания необходимых материальных условий для своего существования.
Виды производства — это категоричность производства продукта или услуги по видам организации структуры производственных факторов в отношении технологической структуры производства или структуры добавочной стоимости.
Основные виды простых производств можно описать как:
1.линеарное производство
2.расходящееся производство
3.сходящееся производство
4.смешанное (из простых) производство
к сложным видам производствам можно отнести:
1.цикличное производство
2.смешанное (из простых и сложных) производство
Одним из экологически вредных производств, является производство черной и цветной металлургии.
Металлургия
Металлургия - область науки и техники, отрасль промышленности.
К металлургии относятся:
1.производство металлов из природного сырья и других металлосодержащих продуктов;
получение сплавов;
2.обработка металлов в горячем и холодном состоянии;
3.сварка;
4.нанесение покрытий из металлов;
5.область материаловедения, изучающая физическое и химическое поведение металлов.
Металлургия подразделяется на чёрную и цветную. (Рис. 3)
Чёрная металлургия включает добычу и обогащение руд чёрных металлов (к чёрным металлам относят железо, все остальные — цветные), производство чугуна, стали и ферросплавов. К чёрной металлургии относят также производство проката чёрных металлов, стальных, чугунных и других изделий из чёрных металлов.
К цветной металлургии относят добычу, обогащение руд цветных металлов, производство цветных металлов и их сплавов.
Цветная металлургия – отрасль тяжелой индустрии, производящая конструкционные материалы. Она включает в себя добычу, обогащение металлов, передел цветных, производство сплавов, проката, переработку вторичного сырья, а также добычу алмазов. В бывшем СССР производилось 7 млн. тонн цветных металлов.
Развитие НТП требует увеличение производства прочных, пластичных, стойких против коррозии, легких конструкционных материалов (сплавы на основе алюминия и титана). Они широко используются в авиационной, ракетной промышленности, в космических технологиях, в судостроении, в производстве оборудования для химической промышленности.
Медь широко используется в машиностроении и электрометаллургии, как в чистом виде, так и в виде сплавов – с оловом (бронза), с алюминием (дюралюминий), с цинком (латунь), с никелем (мельхиор).
Свинец используется в производстве аккумуляторов, кабелей, в атомной промышленности.
Цинк и никель используются в черной металлургии.
Олово используется при производстве белой жести и подшипников.
Благородные металлы обладают высокой пластичностью, а платина – тугоплавкостью. Поэтому они широко применяются при изготовлении ювелирных изделий и техники. Без солей серебра невозможно изготовить кино- и фотопленку. По физическим свойствам и назначению цветные металлы можно условно поделить на 4 группы.
Классификация цветных металлов:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
В отличие от др. полезных ископаемых содержание цветных и редких металлов в рудах крайне низко. Для получения 1 т цветного металла добывается и перерабатывается от сотен до десятков тысяч тонн сырья. Более 65% руд добывается наиболее экономичным открытым способом, обеспечивающим комплексное извлечение металлов из недр.
Чёрная металлургия служит основой развития машиностроения (одна треть отлитого металла из доменной печи идёт в машиностроение) и строительства (1/4 металла идёт в строительство). Основным исходным сырьем для получения черных металлов являются железная руда, марганец, коксующиеся угли и руды легирующих металлов
Черная металлургия в первую очередь служит базой для развития машиностроения и металлообработки. Продукция черной металлургии находит применение практически во всех сферах современной экономики. Эта отрасль тяжелой промышленности охватывает такие стадии технологического процесса, как добыча, обогащение и агломерация руд черных металлов, производство огнеупоров, добыча нерудного сырья для черной металлургии, коксование угля, производство чугуна, стали, проката, ферросплавов, вторичный передел черных металлов, добыча вспомогательных материалов, изготовление металлических изделий производственного назначения и др. Но основу черной металлургии составляет производство чугуна, стали и проката.
В ХХ в. черная металлургия была развита в небольшом числе стран.
Размещение черной металлургии изменяется со временем.
НТР оказала влияние на развитие черной металлургии, а в последние годы произошли существенные сдвиги в технологии производства черных металлов: используются новейшие методы плавки, качество чугуна и стали повышается, производственные потери сокращаются и др.
Исходным сырьем для получения черных металлов являются железная руда, марганец, коксующиеся угли, руды легирующих металлов. Технологический процесс производства черных металлов включает следующие этапы: добычу рудного сырья, обогащение руды, плавку, изготовление проката и ферросплавов. Большинство предприятий черной металлургии – это комбинаты.
На размещение предприятий черной металлургии оказывают влияние природно-ресурсные, экологический, транспортный и иные факторы.
Подавляющее большинство производства черных металлов в мировом хозяйстве сосредоточено в развитых странах, таких как Китай, Япония, США, Россия и др.
На долю предприятий черной металлургии приходится 20-25% выбросов пыли, 25-30% окиси углерода, более половины окислов серы от их общего объема в стране. Эти выбросы содержат сероводород, фториды, углеводороды, соединения марганца, ванадия, хрома и др. (более 60 ингредиентов). Предприятия черной металлургии, кроме того, забирают до 20-25% воды общего ее потребления в промышленности и сильно загрязняют поверхностные воды.
Учет экологического фактора при размещении металлургического производства – объективная необходимость в развитии общества.
В процессе обоснования размещения металлургических предприятий необходимо учитывать весь комплекс факторов, способствующих организации более эффективного производства на той или иной территории, т.е. их совокупное взаимодействие на процессы производства и жизнь населения в регионах.
.
.
.
Металлургические базы России
На территории России выделяют три металлургические базы – Центральная, Уральская и Сибирская. Эти металлургические базы имеют существенные различия по сырьевым и топливным ресурсам, структуре и специализации производства, мощности его и организации, по характеру внутри- и межотраслевых, а также территориальных связей, уровню формирования и развития, роли в общероссийском территориальном разделении труда, в экономических связях с ближним и дальним зарубежьем. Отличаются эти базы и масштабами производства, технико-экономическими показателями производства металла и целым рядом других признаков.
Уральская металлургическая база является самой крупной в России и уступает по объемам производства черных металлов лишь Южной металлургической базе Украины в рамках СНГ. В масштабах же России она занимает первое место и по производству цветных металлов. На долю Уральской металлургии приходится 52% чугуна, 56% стали и более 52% проката черных металлов от объемов, производимых в масштабах бывшего СССР. Она является старейшей в России. Урал пользуется привозным кузнецким углем. Собственная железорудная база истощена, значительная часть сырья ввозится из Казахстана (Соколовско-Сарбайское месторождение), с Курской магнитной аномалии и Карелии. Развитие собственной железорудной базы было связано с освоением Качканарского месторождения титаномагнетитов (Свердловская область) и Бакальского месторождения сидеритов, на которые приходится более половины запасов железных руд региона. Крупнейшими предприятиями по их добыче являются Качканарский горно-обрабатывающий комбинат (ГОК) и Бакальское рудоуправление.
На Урале сформировались крупнейшие центры черной металлургии: Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Новотроицк, Екатеринбург, Серов, Златоуст и др. В настоящее время 2/3 выплавки чугуна и стали приходится на Челябинскую и Оренбургскую области. При значительном развитии передельной металлургии (выплавка стали превышает производство чугуна) главную роль играют предприятия с полным циклом. Они расположены вдоль Восточных склонов Уральских гор. На Западных склонах в большей мере размещена передельная металлургия. Металлургия Урала характеризуется высоким уровнем концентрации производства. Особое место занимает Магнитогорский металлургический комбинат. Он является самым крупным по выплавке чугуна и стали не только в России, но и в Европе.
Урал является одним из главных регионов производства стальных труб для нефте- и газопроводов. Крупнейшие его предприятия размещены в Челябинске, Первоуральске и Каменск-Уральске. В настоящее время металлургия Урала реконструируется.
Центральная металлургическая база - район раннего развития черной металлургии, где сосредоточены крупнейшие запасы железных руд. Развитие черной металлургии в этом районе базируется на использовании крупнейших месторождений железных руд Курской магнитной аномалии (КМА), а также металлургического лома и на привозных коксующихся углях = донецком, печорском и кузнецком.
Интенсивное развитие металлургии центра связано с добычей железных руд. Почти вся руда добывается открытым способом. Основные запасы железных руд КМА по категории А+В+С составляют около 32 млрд.т. Общегеологические запасы руд, в основном железистых кварцитов с содержанием железа 32-37%, достигают миллиона тонн. Крупные разведанные и эксплуатируемые месторождения КМА расположены на территории Курской и Белгородской областей (Михайловское, Лебединское, Стойленское, Яковлевское и др.). Руды залегают на глубине от 50 до 700 м. Затраты на 1 тонну железа в товарной руде наполовину ниже, чем в криворожской руде и ниже, чем в карельской и казахстанской рудах. КМА – крупнейший район по добыче железных руд открытым способом. В целом добыча сырой руды около 39% российской добычи (на 1992 г.)
Центральная металлургическая база включает крупные предприятия полного металлургического цикла: Новолипецкий металлургический комбинат (г. Липецк), и Новотульский завод (г. Тула), металлургический завод “Свободный сокол” (г. Липецк), “Электросталь” под Москвой (передельная качественная металлургия). Развита малая металлургия на крупных машиностроительных предприятиях. Введен в действие Оскольский электрометаллургический комбинат по прямому восстановлению железа (Белгородская обл.). Сооружение этого комбината – самый большой в мире опыт внедрения бездоменного металлургического процесса. Преимущества этого процесса: высокая концентрация взаимосвязанных производств – от окомкования сырья до выпуска конечного продукта; высокое качество металлопродукции; непрерывность технологического процесса, что способствует соединению всех технологических участков металлургического производства в одну высокомеханизированную линию; значительно большая мощность предприятия, не требующего кокса для выплавки стали.
В зону влияния и территориальных связей Центра входит и металлургия Севера европейской част России, на который приходится более 5% балансовых запасов железных руд Российской Федерации и свыше 21% добычи сырой руды. Здесь действуют достаточно крупные предприятия – Череповецкий металлургический комбинат, Оленегорский и Костомукшский горно-обогатительные комбинаты (Карелия). Руды Севера при невысоком содержании железа (28-32%) хорошо обогащаются, почти не имеют вредных примесей, что позволяет получать высококачественный металл.
Металлургическая база Сибири находится в процессе формирования. На долю Сибири Дальнего Востока приходится примерно пятая часть производимых в России чугуна и готового проката и 15% стали. Эта металлургическая база характеризуется сравнительно крупными балансовыми запасами (по категории А+В+С) железных руд. По состоянию на 1992 г. они оценены в 12 млрд.т. Это составляет примерно 21% общероссийских запасов, в том числе около 13% приходится на долю Сибири и 8% - на Дальний Восток.
Основой формирования Сибирской металлургической базы являются железные руды Горной Шории, Хакасии и Ангаро-Илимского железорудного бассейна, а топливной базой – Кузнецкий каменноугольный бассейн. Современное производство здесь представлено двумя крупными предприятиями: Кузнецким металлургическим комбинатом (с производством полного цикла) и Западно-Сибирским заводом, а также ферросплавным заводом (г. Новокузнецк). Получила развитие и передельная металлургия, представленная несколькими передельными заводами (Новосибирск, Красноярск, Гурьевск, Петровск-Забайкальский, Комсомольск-на-Амуре). Добывающая промышленность осуществляется несколькими горно-обогатительными предприятиями, находящимися на территории Кузбасса, в Горной Шории и Хакасии (Западная Сибирь) и Коршуновским ГОК в Восточной Сибири.
Черная металлургия Сибири и Дальнего Востока еще не завершила своего формирования. Поэтому на основе эффективных сырьевых и топливных ресурсов возможно в перспективе создание новых центров.
.
Экология металлургии
Особенностью отечественного металлургического производства является негативное воздействие на все составляющие окружающей среды. Это загрязнение почв по причине массового складирования отходов, сброс недостаточно обработанных производственных вод в естественные водоемы, а также выбросы в атмосферу большого количества вредных веществ.
Так, например, для металлургических предприятий актуальна проблема переработки техногенных образований. Известно, что для выработки одной тонны стали традиционным способом, в производство вовлекается более трех тонн первичных природных сырьевых ресурсов. Образующиеся после выплавки стали доменные шлаки, накапливаются в отвалах, отнимая при этом городские и сельскохозяйственные земли и создавая дополнительную нагрузку на территорию (так, только на территории металлургических предприятий Уральского региона скопилось свыше 6 млрд. тонн подобных отходов).
Металлургия использует 25% от всей потребляемой российской промышленностью воды. При этом в большинстве случаев, после промышленного использования эта вода не обрабатывается должным образом и загрязненная попадает в поверхностные и грунтовые воды. Тяжелые металлы, нефтеотходы, фенолы и ряд других элементов, присутствующие в сбрасываемой воде, делают ее непригодной для дальнейшего использования, а порой становятся причиной массовой гибели биоресурсов в близлежащих водоемах. Очевидно, что важнейшими пунктами экологических программ металлургических предприятий должно стать сокращение объема забора свежей технической воды и снижение объема сброса производственных вод.
Установлено, что предприятия черной металлургии выбрасывают в атмосферу до 25% металлосодержащей пыли и окиси углерода от общего количества этих веществ, попадающих в атмосферу в результате промышленных процессов. На металлургию приходится распространение в атмосфере почти 50% неутилизируемых промышленностью окислов серы (только предприятиями Заполярного филиала «Норильского никеля» выбрасывается в атмосферу 979 тыс. тонн серы в год). Кроме того, технологический цикл подразумевает выбросы в атмосферу целого спектра токсичных для человеческого организма веществ, включая бензопирен, фториды, соединения марганца, ванадия и хрома. Подобное загрязнение воздуха крайне негативно сказывается на здоровье населения, проживающего в непосредственной близости от металлургических предприятий, многие из которых имеют статус градообразующих.
В настоящее время вопросы экологии находятся в центре внимания руководства и общественных организаций металлургического комплекса, однако на устранение проблем, копившихся десятилетиями, потребуется определенный период времени.
Ухудшение экологической обстановки металлургией небезосновательно связано с загрязнением атмосферы, но его не следует и преувеличивать. В выбросах оксида серы мировой вклад металлургии составляет 15% (более половины из них дает цветная металлургия), столько же - химия, а лидирует энергетика (70%). Аналогичное соотношение характерно и для оксидов азота. Методы очистки газов хорошо разработаны и одинаковы для всех отраслей промышленности, поэтому мы не затрагиваем эти вопросы. Однако металлургия является источником и огромной массы твердых отходов (рис. 1).
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 металлургии. На каждой операции образуются отходы. Их можно разделить на предшествующие металлургическому переделу и сопутствующие ему.
Обогащение руд приводит к образованию хвостов - дисперсной фракции с низким содержанием основного компонента. Другой пример - красные шламы, отходы переработки бокситов на глинозем Al2O3 . Они содержат до 50-60% Fe3O3 , а их запасы превышают 150 млн. т. Отходы, сопутствующие металлургическим переделам, включают несколько видов. При выплавке металлов формируются шлаки, основу которых составляют оксиды. Это наиболее массовый вид отходов. Работа металлургических агрегатов сопровождается выносом пыли с отходящими газами. При мокрой газоочистке эта пыль в отстойниках превращается в кашеобразную массу (шлам). При последующих переделах (разливка стали, прокатка) образуются окалина и обрезь (скрап). Основным полезным компонентом отходов металлургии, включая цветную, является железо, и решение ресурсоэкологической задачи их утилизации может быть получено в черной металлургии.
ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОПАСНОСТИ ОТХОДОВ
Техногенные отходы металлургии часто содержат элементы, опасные для человека и экосистемы. Это мышьяк, сера, фосфор, тяжелые цветные металлы - цинк, свинец, кадмий. Экологическая опасность таких отходов резко возрастает из-за их дисперсности.
Наибольшую угрозу представляют пыли и шламы, которые рассеиваются ветром при хранении.
Малые размеры частиц способствуют переходу элементов в водорастворимые соединения, так называемому выщелачиванию. Вредные вещества и ионы тяжелых металлов попадают в воду и почву. Очень токсичны пыли электросталеплавильных печей, в которых также содержатся хлор и фтор (в США плата за их хранение составляет десятки долларов за 1 т). Концентрация вредных компонентов в пылях и шламах в десятки и сотни раз больше, чем в шлаках, что связано с летучестью многих примесей. Поэтому уже простой перевод пыли в компактное состояние (спекание, сплавление) дает значительный экологический эффект. Вредные примеси содержатся и в шлаках цветной металлургии, однако здесь они находятся в компактном состоянии шлакового монолита, что существенно снижает экологическую опасность. Еще инертнее шлаки черной металлургии.
Таким образом, отходы металлургии включают и высокотоксичные материалы (пыли), и относительно инертные (доменные шлаки). Но даже складирование сотен миллионов тонн отходов требует отторжения больших площадей.
Главными факторами, определяющими возможность экологически безопасной утилизации отходов, вновь становятся их физическое состояние и химический состав. На это накладываются технические возможности существующих технологий и экономическая целесообразность с учетом экологической перспективы. Можно выделить три подхода к утилизации отходов: прямое использование, переработка с извлечением полезных компонентов, уничтожение. Наиболее рациональны первые два, но не все отходы можно переработать. Несмотря на наличие полезных компонентов, на настоящем этапе может не существовать эффективных технологий их извлечения. Такие отходы дешевле и безопаснее уничтожить. Рассмотрим направления утилизации отходов в черной металлургии, которая становится их потребителем
Прямое использование отходов. Прямое использование - наиболее простой и эффективный путь утилизации отходов, предполагающий минимальные затраты на их переработку. Оно возможно и рационально, если отходы экологически безопасны и не содержат извлекаемых компонентов. Или, наоборот, в них преобладает полезный компонент, как в скрапе. Без какой-либо подготовки, кроме сортировки по составу, его используют при выплавке стали. Аналогично утилизируют отходы машиностроения, армейскую технику и любой металлолом, то есть перерабатывают несобственные отходы металлургии. Другим примером прямого использования является окалина (добавка при выплавке стали, производстве агломерата).
Типичный пример отходов первого типа - доменный шлак. Он не содержит извлекаемых компонентов и экологически безопасен. Его выход составляет более 150 млн. т в год. Однако существующие технологии переработки позволяют утверждать, что доменный шлак - это не отход, а промышленное сырье, которое в индустриально развитых странах используется практически полностью. Его наиболее крупными потребителями являются цементная промышленность (в Японии - 70% доменного шлака, в ФРГ - 55%) и дорожное строительство (в Японии - 20%, в ФРГ - 40%). Применение шлака при производстве цемента дает дополнительный ресурсоэкологический эффект, так как снижает энергозатраты на 40% и уменьшает выбросы CO2 .
Основу шлака составляют CaO и SiO2 . При кристаллизации расплава образуется двухкальциевый силикат 2CaO*SiO2 , который при охлаждении претерпевает полиморфное превращение, сопровождающееся увеличением объема. Это вызывает саморассыпаемость шлака. Предотвращение саморассыпаемости достигается увеличением скорости охлаждения расплава при его грануляции, например распылением в воду. Гранулированный шлак имеет много преимуществ, и его производство непрерывно увеличивается (в странах ЕС гранулируют 70% шлака). При определенных составах и большой скорости охлаждения шлак затвердевает без кристаллизации и приобретает стекловидную аморфную структуру. Из шлака делают отливки (каменное литье), производят техническое стекло и стекловату. Большое содержание железа в сталеплавильных шлаках (до 20%) затрудняет их использование в цементной промышленности. Основное применение - изготовление щебня для дорог. Шлак надо стабилизировать, чтобы связать избыток CaO и перевести железо в трехвалентное состояние. Кто повышает химическую стойкость и уменьшает выщелачивание. Шлаки с высоким содержанием фосфора и CaO используют как удобрение и при известковании почв. Но при большом содержании железа это неэффективно, и часть шлака подвергают вторичной металлургической переработке (в Японии и ФРГ до 20%).
Переработка отходов с извлечением полезных компонентов. Переработке с извлечением полезных компонентов могут подвергнуться различные отходы, но их состав, дисперсность, влажность затрудняют применение существующих технологий. Рассмотрим отходы, которые постоянно накапливаются и требуют новых площадей для хранения. Это хвосты обогащения, пыли и шламы, шлаки цветной металлургии. Концентрация железа в этих шлаках достигает 25% и более, а в пылях и шламах черной металлургии до 60%, что превышает показатели необогащенных руд. Но все они содержат примеси летучих металлов, прежде всего Zn (3Р7% в шлаках медных заводов, 6-10% в свинцовых). В отвалах цветной металлургии содержатся Cu, Co, Ni, Ag. Огромные запасы отходов привели к возникновению своеобразных техногенных месторождений .
Возникает закономерный вопрос: почему бы не использовать отходы, заменяя уменьшающиеся запасы руд? Так решались бы и задачи ресурсосбережения и экологии. Ответ прост: нет промышленных технологий переработки отходов. Их использование затруднено дисперсностью и присутствием летучих металлов. Хвосты обогащения дисперсны, но не содержат летучих примесей. Шлаки – компактный продукт, но содержат много примесей. Пылям и шламам присущи оба недостатка.
Окисленная форма железа в отходах определяет необходимость их переработки восстановительными процессами, например доменным. Однако дисперсные материалы нарушают газодинамику печи и увеличивают пылевынос. Применение агломерации не решает проблемы, так как процесс связан с интенсивным прососом газов через слой шихтовых материалов. Поэтому такие отходы должны быть предварительно окомкованы (получаемый продукт называют окатышами). Но этим не исчерпываются трудности переработки отходов с летучими примесями.
Рассмотрим влияние цинка и щелочных металлов на ход доменной плавки. Эти элементы не только летучи (имеют высокое давление насыщенного пара), но и легко восстанавливаются уже на средних горизонтах печи в виде паров. Поднимаясь с газовым потоком, пары окисляются и конденсируются на поверхности шихтовых материалов. Со столбом шихты оксиды опускаются, опять попадают в зону высоких температур, восстанавливаются, и возникает круговорот металлов (рис. 2). Причина циркуляции лежит в самом принципе шахтной печи, где всегда существуют градиенты окислительно-восстановительных условий и температуры по ее высоте. Циркуляция увеличивает расход кокса - дефицитного и дорогого топлива. Кроме того, примеси конденсируются на стенках доменной печи.
Щелочные металлы растворяются в огнеупорной футеровке, подвергая ее химической эрозии. Цинк и его оксид образуют наросты (настыли), которые механически разрушают футеровку.
Таким образом, даже при использовании окатышей из высокожелезистых окомкованных пылей и шламов происходит перерасход кокса и возникает взаимодействие примесей с футеровкой. При переработке отходов цветной металлургии это усугубляется дополнительным расходом кокса из-за более низкого содержания железа. Окатыши из чистых по примесям хвостов обогащения приводят к перерасходу кокса по этой же причине. Поэтому переработка указанных материалов очень ограниченна.
Шламовые отвалы пытались ликвидировать, используя их для засыпки отработанных карьеров и оврагов с последующей рекультивацией плодородной землей. Однако полученные “плоды” содержали токсичные вещества, и эта практика была прекращена. Аналогичный пример: отсыпка искусственных островов из шламов приводила к появлению токсинов в морепродуктах. Помимо неэкологичности таких решений они сводятся к закапыванию железа в землю, из которой его извлекали.
Ромелт - новый способ переработки отходов. Процесс Ромелт является непрерывным способом получения чугуна из железосодержащего сырья и отходов с применением недефицитных и дешевых марок некоксующихся углей [3]. Принципиальная схема печи Ромелт представлена на рис. 3. ‚ 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 свер-
ху на поверхность шлакового расплава с температурой 1400Р1500 °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.
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. Из них извлекали главный полезный компонент (железо) и получали чугун, который использовали для производства стали.
Остальные компоненты переходят в безопасное компактное состояние - шлак, который по составу и свойствам близок к доменному и может быть использован аналогично ему. 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.
Для такого использования пыли важно знать, в какие соединения связываются элементы, и уметь управлять этим процессом. Теоретическое решение задачи можно получить расчетом сложных химических равновесий, а практическая реализация достигается изменением степени дожигания.
Очистные сооружения
Ещё одним способом снижения негативного влияния производства металлургии на гидросферу , может стать установка очистных сооружений. ( Рис. 4, 5, 6)
Современное очистное сооружение - установка полной заводской готовности, предназначено для глубокой биологической очистки бытовых сточных вод отдельно стоящих жилых зданий.
Принцип работы очистного сооружения:
1 ступень: септик - отстаивание; первичное осветление стока и удаление взвешенных веществ.
2 ступень: анаэробный биореактор - сбраживание стока при помощи анаэробных бактерий в виде биопленки на загрузке из полимерных материалов без подачи воздуха; преобразование трудноокисляемых веществ в легкоокесляемые.
3 ступень: аэротенк - окисление стока с подачей воздуха от компрессора через аэраторы; осветление стока при помощи аэробных бактерий, в виде биопленки на загрузке из пористого материала совместно с активным илом.
4 ступень: аэробный биореатор - биологическая очистка стока при помощи биопленки на загрузке из полимерных материалов; сорбация и окисление загрязнений с подачей воздуха от компрессора; удаление фосфатов, за счет их связывания с ионами кальция и магния при растворении доломитовой загрузки.
Современное очистное сооружение полностью удовлетворяет правилам расчета объема установок глубокой биологической очистки. Полезный объем с учетом всех ступеней технологического процесса, должен быть равен не менее чем троекратному суточному притоку сточных вод. При не соблюдении данного правила, согласно обновленным СНиП, невозможно достижение высоких показателей очистки (более 95%) в цельноемкостной конструкции.
Основной технологической особенностью комплектного современного очистного сооружения является существенно увеличенный объем приемной камеры - септика, что позволяет более эффективно производить осветление стока и значительно реже осуществлять откачку накапливаемого осадка.
Конструктивное преимущество комплектного очистного сооружения (септика) - легкий доступ к эксплуатационным частям установки.
Современные решения автономных канализаций позволяют очищать сточные воды до 95%,путем их биологической очистки, используя, бактерии разлагающие органические вещества, анаэробным (без воздуха) и аэробным (с помощью воздуха) способами, подачу воздуха осуществляет компрессор. Автономная канализация на основе биологической очистки конструктивно выполнена в виде емкости разделенной на несколько частей, в первом сточные воды отстаиваются от тяжелых фракций, в последующих производится биологическая очистка. Последним этапом очистки является фильтрация и доставка в окружающую среду. Последним звеном автономной канализации является способ доставки чистой воды в окружающую среду, например: с применением насосов или дренажных колодцев. Такие автономные канализации так же требуют технического обслуживания: удаление неразлагающихся осадков, замена биологических веществ, промывка отстойника.
Автономная канализация устанавливается из расчета количества людей.
Материалы, из которых выполнены емкости, долговечны и устойчивы к действиям природной среды обычно это пластик, оцинкованные металлы, битумно-каучуковое покрытие. Монтаж должен производиться квалифицированными специалистами для обеспечения строительных норм и правил организации автономной канализации.
В качестве установок по очистке стоков наибольшее распространение получили три типа:
Станции глубокой очистки;
Септики с биофильтрами;
Септики с устройствами естественной биологической очистки.
Станция глубокой биологической очистки.
Назначение станций глубокой очистки - очистка сточных вод до концентрации загрязняющих веществ не выше допустимых норм на сброс стоков в рыбохозяйственные водоёмы. Здесь сразу нужно отметить, что степень очистки стоков такими станциями не постоянна и зависит от таких факторов как состав сточных вод, режим эксплуатации, температура окружающей среды. Компактность, к которой стремятся их производители становится их слабым местом. В результате, осложняется доступ к отдельным узлам и работа вторичных отстойников. Чем проще конструкция, тем обычно надёжней установка в работе.
Состав станций глубокой очистки.
Станция состоит из блока выполненного из металлического или пластмассового листа разделённого перегородками на несколько секций имеющих определённое функциональное назначение.
- Первая камера выполняет роль отстойника снижающего загрязнение сточной воды по минеральным и взвешенным веществам. В некоторых типах установок камера выполняет роль усреднительного резервуара для регулирования подачи стоков на следующие ступени очистки.
- Вторая камера выполняет роль аэротенка, в котором вода аэрируется воздухом насыщая её кислородом для стимуляции жизнедеятельности бактерий участвующих в очистке воды.
- Третья камера выполняет роль отстойника для сбора избытка активного ила (колонии бактерий), откуда тот принудительно удаляется различными способами с целью дальнейшей утилизации.
Остальные камеры выполняют вспомогательные функции усиливающие эффект очистки.
Изменение режима работы аэраторов и эрлифтов очистных установок стимулирует процессы направленные на извлечение из сточной воды азота (процессы нитрификации и денитрификации).
Все станции глубокой очистки комплектуются аэрационными устройствами различных типов (эжекторами при использовании насосов, аэрационными трубами при использовании компрессоров) т.к. колонии бактерий (активный ил) осуществляют окисление сточных вод с потреблением растворённого в воде кислорода.
К достоинствам станций глубокой очистки можно отнести быстрое окисление загрязнений (6-8 часов на полное окисление) и сравнительная компактность. К недостаткам - критичность к концентрации токсичных загрязнений и к длительным перерывам в поступлении стоков, особенно в холодное время года.
У многих станций глубокой очистки в гигиеническом заключении указывается условие сброса стоков на рельеф - только после дополнительной очистки на фильтрующей траншее. Это связанно именно с нестабильной работой некоторых станций, связанной с их компактностью.
Вывод:
Вредными веществами являются оксиды углерода, серы и азота. Ежегодное поступление в атмосферу сернистого газа оценивается специалистами-экологами в объеме 100–150 млн т. С его выбросами связано образование так называемых кислотных осадков, которые наносят большой вред растительному и животному миру, разрушают различные сооружения, памятники архитектуры. Загрязнение окружающей среды металлургическими производствами происходит из-за сточных вод, в которые попадают различные химические соединения, образующиеся в процессе выплавки металлов. Воду металлургическое производство потребляет в больших количествах, поэтому его предприятия всегда сооружают в непосредственной близости от рек и озер или создают специальные гидротехнические сооружения, в которых она накапливается.
В результате такого загрязнения окружающей среды происходит ухудшение здоровья населения, снижается продолжительность жизни, увеличивается смертность. По существующим оценкам, 20–50 % продуктов питания содержат ядохимикаты, нитраты, тяжелые металлы в концентрациях, опасных для здоровья. В зоне работы металлургических производств загрязнены источники питьевой воды как поверхностные, так и подземные, особенно после выпадения кислотных дождей. Специалисты– экологи ожидали значительное улучшение экологической обстановки в районах деятельности металлургических производств благодаря конверсии и сокращению объемов выплавки металлов. Однако результаты оказались менее значительными, чем ожидалось, из-за сильной изношенности и оборудования металлургического комплекса и их очистных сооружений. Экологи стали фиксировать массу аварийных выбросов в атмосферу и в водоемы с металлургических производств.
Поддержание экологической безопасности является одной из важнейших проблем современной России. В 1996 г. была опубликована Концепция перехода Российской Федерации к устойчивому развитию, разработанная на основе Указа Президента РФ от 4 февраля 1994 г. «О государственной стратегии Российской Федерации по охране окружающей среды и обеспечению устойчивого развития». Концепция была рекомендована регионам страны для конкретизации и исполнения.
В настоящее время в России применяются штрафы за загрязнение окружающей среды, платежи за природные ресурсы, экологическое страхование, создаются специальные экологические банки, стал формироваться рынок экологических работ и услуг. К злостным загрязнителям окружающей среды применяются административные санкции вплоть до закрытия предприятий или отдельных производств металлургического комплекса. Решение экологических проблем в металлургическом комплексе, конечно, во многом зависит от инвестиций, позволяющих заменить устаревшее оборудование основных производств и вспомогательных, включая фильтры и очистные сооружения. Потребность России в инвестициях в экологию, по оценкам западных экспертов, составляет до 2005 г. 350 млрд долларов. Эти данные были приведены на конференции «Экология и инвестиции», состоявшейся в Торгово-промышленной палате весной 1997 г. Если эту сумму разделить на 8 (лет), то получится, что Россия должна тратить только на экологию по 43 млрд долларов, а это больше, чем весь годовой бюджет России.
Приложение
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3 Черная металлургия
Рис. 4
Рис. 5
Рис. 6
Рис. 3а
PAGE \* MERGEFORMAT 1