Лекция 1. Терриконы. Проблемы и решения

Терриконы - места открытого складирования породы, извлечённой при добыче полезных ископаемых из шахт.

Терриконы занимают большие площади полезных земель, часто в черте населённых пунктов и создают серьёзные экологические проблемы.

Угольные терриконы способны гореть в результате окисления серы особыми бактериями и возгорания угля. Возникают очаги горения в глубине. Горение терриконов создаёт большие проблемы с выбросами вредных газов, пыли. Горение терриконов может продолжаться несколько лет, хороших способов тушения терриконов не существует.

Горящие терриконы способны взрываться с выбросом раскалённых камней, горячих газов и даже с вытеканием расплавленной породы. Для предотвращения взрывов верхушки терриконов срезают, что обеспечивает свободный выход газов.

Порода перегоревших терриконов относится к 3 или 4 классу опасности. Перегоревшие терриконы – источник пыли и объекты повышенной радиоактивности.

Утилизация породы потухших терриконов – в дорожном строительстве и для изготовления стройматериалов.

Озеленение потухших терриконов – на сегодняшний день является основным методом обезвреживания. Осуществляется в несколько этапов и занимает 5-7 лет, после чего терриконы становятся просто частью ландшафта. Специалисты по озеленению терриконов работают в Донецком Ботаническом саду.

Лекция 2. Доменные и сталеплавильные шлаки. Образование, складирование и утилизация.

В доменной печи из кокса и железной руды (или агломерата) выплавляют чугун. Расплавленный чугун в ковшах транспортируют в мартен, конвертер или электросталеплавильную печь, где из чугуна выплавляют сталь. В ходе плавки в доменной печи или в сталеплавильном агрегате образуется шлак – отход металлургического производства. Количество шлаков – около 50% от количества стали.

Шлаки – особая жидкая фаза, образующаяся в процессе доменной или сталеплавильной плавки. В момент образования шлаки имеют температуру 1300-1500 ⁰С, затем после выпуска они застывают и образуют пористую серую массу, которая является отходом 3-4 классов.

Ежегодно в чёрной металлургии Украины образуется около 20 млн. тонн шлаков, которые складируются открытым способом. Они занимают большие территории, причём обычно, в границах населённых пунктов вблизи металлургических заводов и являются крупными источниками выбросов пыли и вредных газов.

Шлак перерабатывают дроблением и сортировкой по крупности с извлечением металла методом магнитной сепарации. Дроблённый шлак используют в дорожном строительстве и для изготовления шлакоблоков. Из шлака также получают шлаковату и делают каменное литьё (плиты или панели).

Металлургические шлаки обычно относятся к 3 или 4 классу опасности. Основная проблема – огромное количество шлака. Утилизируется лишь 10-15% шлаков, остальное накапливается в отвалах.

Лекция 3. Железосодержащие шламы. Традиционные способы утилизации и переработка шламов методом восстановительного обжига и высокотемпературного пиролиза по способу УкрНТЭК

Шлам – густая суспензия из взвешенных в воде твёрдых частиц.

Шламы образуются в чёрной металлургии в установках мокрой очистки выбросов от пыли. Основной компонент металлургических шламов – окисленное железо.

Шлам собирают в отстойниках-шламонакопителях, где они оседают на дно, а осветлённая вода возвращается в технологический цикл газоочисток. Осаждённый (сгущённый) шлам вычерпывается и отправляется в отвал.

Незначительная часть шлама утилизируется – термически обезвоживается, окомковывается или брикетируется и подаётся в доменную печь. Однако, по технологическим причинам, доля окомкованных или брикетированных шламов в шихте не может быть большой. Поэтому, в основном, шламы накапливаются в отвалах, занимая территорию и создавая экологические проблемы..

Переработка сгущённых шламов может осуществляться в специально сконструированных шахтных печах.

Технологическая схема восстановительной плавки. Анализ преимуществ и недостатков метода.

Переработка шламов методом высокотемпературного пиролиза. Технология УкрНТЭК. Опыт эксплуатации установки на комбинате «Азовсталь».

Лекция 4. Утилизация графитсодержащих отходов чёрной металлургии

Графит является ценным материалом для многих отраслей промышленности. Из графита изготавливают не только стержни для карандашей, но и стержни для атомных реакторов. Из графита изготавливают сухие смазки, которые одинаково хорошо работают при сверхвысоких и сверхнизких температурах и применяются в авиационно-космической технике. Графит широко применяется в электротехнике для скользящих контактов в электродвигателях или для троллейного электротранспорта. Графит является ценным материалом в электронике, где егл используют в тиристорах и транзисторах.

В 2010 г. английские граждане русского происхождения А.Гейм и С.Новосёлов получили Нобелевскую премию за создание нового материала на основе графита – графена. Графен – это мономолекулярный слой кристаллов графита, который может быть свёрнут в нанотрубки, обладающие невероятной прочностью и целым рядом уникальных электромагнитных свойств.

В настоящее время графит или добывают из природной графитовой руды (Завальевское месторождение, Украина), или получают методом высокотемпературного пиролиза из кокса.

Чёрная металлургия обладает большим количеством отходов, содержащих графит.

Графит образуется в объёме расплава чугуна из свободного углерода при охлаждении, вследствие снижения растворимости углерода в металле. Частицы графита имеют плоскую форму и при осуществлении технологических операций переходят в шлак и в атмосферу в виде пыли. Содержание графита в шлаке около 5 %, а в пыли – около 10%. Содержание графита в природной графитовой руде Завальевского рудника – около 5%, таким образом, графитсодержащие отходы чёрной металлургии по качеству превосходят природную руду, а количество этих отходов таково, что если их собирать, то они полностью обеспечат потребность в графите всего СНГ.

В СССР проводились работы по использованию ГСП литейных дворов, миксерных отделений и отделений перелива чугуна в качестве сырья для графитовых заводов. Учитывая, что продукцией графитовых заводов являлись графитные стержни для атомных реакторов и высокотемпературные смазки для авиационной и ракетно-космической техники, ГСП в СССР считалась стратегическим сырьём, а графитовые заводы входили в систему Минсредмаша СССР.

В 1983 г. Минчермет СССР издал приказ №1223, обязывающий металлургические заводы организовать сбор и сдачу ГСП. Были установлены годовые плановые задания, и в год по Украине собиралось и утилизировалось более 4000 т графитсодержащих отходов.

Несмотря на тяжёлый экономический кризис, поразивший Украину, графитовые заводы продолжают выпуск продукции, основным потребителем которой является Россия. При этом, как с экономической, так и с экологической точки зрения, целесообразнее использовать графитсодержащие отходы металлургии, чем добывать графитовую руду в рудниках или открытым способом в карьерах.

В связи с этим практический интерес представляет вопрос о влиянии подачи азота на количество и качество ГСП.

Подача в ковш газообразного азота приводит к изменению химического состава графитсодержащей пыли. В таблице 1 приведены средние значения содержания различных компонентов в пыли, отобранной из бункеров циклонов ЦН-15 в миксерном отделении конвертерного цеха «Азовстали».

Таблица 1

Химический состав графитсодержащей пыли, уловленной

циклонами ЦН-15 при сливе чугуна из миксера в ковш в

миксерном отделении ККЦ меткомбината «Азовсталь»

Содержание компонентов, % по массе	Feмет	FeO	Fe2O3	CaO	SiO2	C	Другие компоненты
При сливах без пылеподавления	3,3	8,4	73	1,7	2,2		0,4
При подаче азота через 2 сопла диаметром 200 мм	5,0	10,2	53,1	2,0	2,1	27,5	0,1

Как видно из таблицы применение пылеподавления азотом приводит к значительному повышению содержания углерода в ГСП за счёт снижения доли оксидов железа. Графитовые заводы принимают на переработку ГСП с содержанием углерода в пыли не ниже 20%. Таким образом, улавливаемая циклонами графитсодержащая пыль, при подаче азота становится товарным продуктом, пригодным для утилизации.

Цена на ГСП дифференцирована в зависимости от содержания углерода. В таблице 2 приведены цены на графитсодержащую пыль, которые сложились на Украине на январь 1996 г.

Таблица 2

Цены на графитсодержащую пыль в зависимости от содержания углерода

Марка ГСП	ГСП-20	ГСП-30	ГСП-40	ГСП-50	ГСП-60	ГСП-70
Содержание углерода, %	20-29	30-39	40-49	50-59	60-69	70-79
Цена, $ США за 1 т

Учитывая, что крупнодисперсная фракция пыли, улавливаемая циклонами ЦН-15, содержит кроме графитной спели значительное количество застывших брызг чугуна, можно обогатить ГСП методом магнитной сепарации. В таблице 3 приведен химический состав немагнитной фракции пыли, отделённой от пыли, уловленной циклонами в миксерном отделении ККЦ меткомбината «Азовсталь», и содержавшей первоначально 25,3% углерода.

Таблица 3

Химический состав немагнитной фракции ГСП

Компонент	Feмет	FeO	Fe2O3	SiO2	C	Остальные компоненты
Содержание, % по массе	8,58	0,8	4,51	15,5	57,7	12,91

Таким образом, применением магнитной сепарации можно более чем вдвое увеличить содержание углерода, резко повысив качество ГСП.

Применяя при переливах чугуна пылеподавление азотом, и обогащая уловленную крупнодисперсную пыль, можно превратить её в товарный продукт пригодный к продаже.

Дата добавления: 2015-08-13