WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик - Реферат

Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик - Реферат

Отже, ми виконали схематичні розрахунки для теоретично обгрунтованих процесів і одержали дані щодо витрат сировини і відходів виробництва 1 t чавуну. Це мінімально необхідні витрати вихідної сировини і мінімально можливі (теоретично) відходи без урахування необхідних витрат коксу для нагріву домни і компенсації теплових втрат і доцільного надлишку СО за відновлення заліза та інтенсифікації всього процесу. У реальному доменному процесі витрати сировини, отже і відходи, значно більші. Наведена нарис. 59 схема матеріальних потоків наближається до показників реального процесу.

Рис. 59. Система технологій і матеріальні потоки "від руди до сталі"

Чавун доменного виробництва потребує дальшої переробки у сталь. З нього треба вилучити надлишок вуглецю (понад 3 %) і шкідливі домішки сірки й фосфору, що створює додаткові відходи. Сьогодні становище з відходами чорної металургії в Україні вкрай загрозливе. Так, наприклад, у деякі роки з кар'єрів Кривбасу щорічно вилучалось 380 млн t залізовміщуючих гірських порід, із яких одержували лише 60 млн tконцентрату Fe2O3 для доменного виробництва, а 320 млн t пустої породи викидали у відвали і шламосховища. Це призводило до щорічної втрати сільським господарством регіону майже 1000 гектарів земель. У цілому за роки експлуатації залізорудних кар'єрів Кривбасу у відвали пішло близько 4 млрд t розкривних порід і шлаку. Щоб зрозуміти, що це таке, спробуйте, наприклад, перевести цю величину в кубічні метри, а потім викласти ці "кубики" в одну лінію чи насипати з них "курган слави" тим, хто "розкидав" їх на родючих землях України.

Від руди до сталі без домни й коксу

Чи можна якось інакше відновлювати залізо із руд, без відходів — токсичних газів і шлаку, які утворюються в доменному процесі? Так. Цей новий спосіб сьогодні відомий як "пряме відновлення", або "бездоменний процес" відновлення. Утім він зовсім не новий. У технічних журналах ще на початку сторіччя не тільки друкувались принципові його схеми, а й наводилися практичні дані, одержані на дослідних установках.

Основну ідею тут запозичено з "технології" наших далеких предків, які відновлювали залізо з руд, не розплавляючи їх. Відновлення відбувалося у твердому стані. Річ у тім, що в оксидах заліза (Fe2O3 i Fe3O4) залізо здатне відновлюватися воднем (Н2), а також, як і в домні, монооксидом вуглецю (СО) за температур 750...800°С, що значно нижче від температури плавлення як руди, так і самого заліза (1540°С). Хімізм цього процесу простий:

Fe2O3 + 3 H2 = 2 Fe +3 H2O;

Fe2O3 + 3 CO = 2 Fe +3 CO2.

Як результат ми отримуємо залізну спечену губчасту масу — "губчасте залізо", водяну пару і діоксид вуглецю. Ідеально! Ніяких шкідливих речовин! Ясна річ, що у реальному технічному оформленні процес є значно складнішим, але принципова суть саме така (рис. 60). Така технологія була реалізована на Оскольському електрометалургійному комбінаті (недалеко від Харкова) ще у 80-х роках.

Руду для цього комбінату добувають на Лебединському родовищі залізної руди і після глибокого збагачення подають безпосередньо на металургійний комбінат закритим гідропроводом. Після відфільтровування концентрату (близько 100% оксиду заліза) його фор-

Рис. 60. Система технологій і матеріальних потоківпрямого відновлення заліза

мують у гранули — "окатиші", спікають і подають до шахтних печей, куди надходять також відновлювачі СО і Н2, які одержують конверсією на нікелевому каталізаторі природного газу метану:

У результаті процесів відновлення за наведеними вище схемами "окатиші" із оксиду заліза FenOm перетворюються на металізовані (Fe — до 95 %), які в електропечах переплавляються у високоякісну сталь.

Які ж економічні й особливо екологічні переваги цього процесу "прямого відновлення" перед доменним?

По-перше, виключається дороге й надзвичайно шкідливе виробництво коксу, майже відсутні характерні для коксового і доменного виробництва шкідливі викиди сполук сірки, азоту, канцерогенних органічних сполук, пилу і шлаку.

По-друге, нема потреби в енергомістких і шкідливих агломераційних і конвертерних цехах.

По-третє, транспортування сировини здійснюється гідротранспортом, конвейєрами і транспортерами, що значно зменшує забруднення навколишнього середовища пилом порівняно з традиційними видами транспорту, які потребують перевантажування матеріалів.

Крім цих трьох переваг, є й четверта — реальні перспективи можливості вдосконалення процесу відновлення. За поліпшення енергетичної ситуації в народному господарстві цілком можливо, що буде економічно доцільним одержання відновника (Н2) з допомогою електролізу води. У процесі відновлювання водень, відбираючи кисень від оксиду, зв'язується у воду, яка знову вводиться в цикл (на електроліз). Отже, формується справді екологічно чисте, практичне маловідходне виробництво (див. рис. 60).

Дуже важливо, що цей процес передбачає значне зменшення витрат води і забруднення річок і водоймищ. Крім того, маємо приклад успішного використання на новому техніко-екологічному рівні старих (за науковою ідеєю) технологій.

Нагальною проблемою для металургії України є також заміна застарілого енергоємного й екологічно небезпечного мартенівського методу виплавки сталі на киснево-конвертерний.

Системи електрохімічних технологій і токсичність їхніх відходів

Процеси електролізу не є виключно технологічними, вони відбуваються у природі як в абіотичних, так і у біотичних системах. З цього погляду закономірності, які розглядатимемо далі, є спільними для природних і технологічних процесів. Особливо велике значення електроліз має для добування кольорових металів. Хоча масштаби кольорової металургії порівняно з чорною є набагато меншими, екологічні проблеми, які вона створює для народного господарства, дуже великі.

По-перше, це зв'язано з тим, що вміст більшості кольорових металів у руді на один і, навіть, на два порядки менший, ніж заліза, а відтак і відходи виробництва значно більші.

По-друге, багато руд кольорових металів — це сполуки металу із сіркою і галогенами, що зумовлює високу шкідливість відходів виробництва. Так, вихід шлаків на 1 tвиплавленої міді становить 10 ... 30 t, на 1tнікелю — майже 150 t. Величезна кількість відходів має місце за видобування свинцевих і цинкових руд. У відвалах залишаються десятки інших цінних металів — телур, кадмій, талій, без яких сьогодні не можуть обійтись деякі сучасні виробництва нової техніки. Вміст цих металів у шлаках є більшим, ніж у вихідних рудах, що небезпечно для навколишнього середовища. Усе це значно збільшує технічні й економічні проблеми виробництва кольорових металів.

У кольоровій металургії набув широкого застосування метод електрохімічного відновлення металів. Чим це пояснюється? Чому кольорові метали, такі як алюміній чи цинк, не відновлюються зі своїх оксидів або сульфідів як, наприклад, залізо вуглецем? По-перше, зв'язок кисню, скажімо, з алюмінієм в оксиді Al2O3 значно міцніший, ніж з залізом в оксиді Fe2O3 чи Fe3O4, і вуглець не здатний "відібрати" кисень від таких металів. По-друге, вимоги до рівня хімічної чистоти відновленого алюмінію чи цинку значно вищі, ніж до заліза, тобто їх може задовольнити тільки технологія електролізу.

Як приклад коротко розглянемо технологію електролітичного добування цинку із цинкових руд (сульфідів цинку — ZnS). Для електрохімічного виділення цинку потрібно спочатку приготувати його водорозчинну сіль, наприклад ZnSО4. Проте сульфід цинку погано розчиняється в сірчаній кислоті, тому спочатку руди (ZnS) піддають окисному випалюванню і отриманий оксид цинку ZnО розчиняють в Н2SО4. Розчин сірчанокислого цинку ZnSО4 у воді піддають електролізу у ваннах, де на алюмінієвих катодах виділяється цинк.

На рис. 61 наведено схему основних матеріальних потоків у виробництві цинку (за теоретичними виходами) з розрахунку на 1 тонну ZnS вихідної руди. Реальні маси матеріальних потоків від цинкової руди до електролітичного цинку в промисловому виробництві, особливо об'єми споживання повітря і відходів токсичних речовин (SО2, NO та ін.), набагато перевищують наведені в схемі розрахункові (мінімально можливі) за стехіометричними реакціями.

Рис. 61. Схема матеріальних потоків і відходів виробництва цинку

Більш складними і енергоємними є технології отримання металів так званої "нової техніки". Наприклад, технологічна схема отримання титану — металу авіакосмічного будування — включає такі основні стадії:

1) обробка хлором у спеціальних печах (за температури 850°С) шихти з оксиду титану і вуглецю:

TiO2 + 2C + 2Cl2 = 2CO + TiCl4 (газ);

2) відновлення титану в контакті пари TiCl4 з розплавом магнію під тиском в автоклаві:

TiCl4 +2Mg Ti + 2MgCl2.

Слід наголосити на важливій закономірності: що унікальніші властивості нових металів, то складніша технологія їх отримання

Література

  1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

Loading...

 
 

Цікаве