- •Рециклинг черных металлов. (Технологии переработки и утилизации техногенных образований и отходов черной металлургии). Черноусов Павел Иванович.
- •Глава 1. Формирование современной методологии оценки эффективности технологий, процессов и продуктов черной металлургии с точки зрения концепции экологически чистого производства (эчп).
- •Глава 2. Глобальные элементопотоки металлов в техносфере.
- •Глава 3. Движение макро- и микроэлементов на современном интегрированном предприятии черной металлургии.
- •1. Формирование современной методологии оценки эффективности технологий, процессов и продуктов черной металлургии с точки зрения концепции экологически чистого производства (эчп)
- •1.1. Устойчивое развитие и экологически чистое производство
- •1.2. Выбросы в окружающую среду
- •1.3. Обращение с отходами, техногенные ресурсы и месторождения.
- •1.4. Концепция общества с оборотным использованием ресурсов
- •1.5. Интегрированная политика производства экопродукта
- •1.6. Экобаланс и анализ жизненного цикла изделия
- •1.7. «Инициатива 3r» и новая парадигма черной металлургии
- •1.8. Понятие и методология анализа техногенного элементопотока металлов.
- •1.9. Выводы.
- •Глава 2. Глобальные элементопотоки в техносфере.
- •2.1. Ноосфера: движение вещества, энергии, информации.
- •2.2. Металлизация биосферы.
- •2.3. Глобальный элементопоток железа.
- •2.4. Глобальный элементопоток хрома.
- •2.5. Глобальный элементопоток марганца.
- •2.6. Элементопоток ванадия в техносфере.
- •2.7. Движение галлия в техногенной среде.
- •2.8. Выводы.
- •Глава 3. Движение макро- и микроэлементов на современном интегрированном предприятии черной металлургии.
- •3.1. Современные схемы утилизации текущих и накопленных отходов на отечественных и зарубежных интегрированных предприятиях.
- •3.2. Макро- и микроэлементы в черной металлургии.
- •3.3. Методика определения параметров элементопотоков для предприятий черной металлургии. Элементопоток железа.
- •3.4. Элементопоток марганца.
- •3.5. Элементопоток галлия в металлургическом цикле интегрированного предприятия (на примере оао «нтмк»).
- •3.6. Баланс углерода и методология оценки энергоэффективности производства черных металлов и выбросов со2.
- •3.7. Оценка возможности энергосбережения при очистке металлургических газов от пыли (на примере доменного газа).
- •Глава 4. Микроэлементы в доменной плавке.
- •4.1. Методология комплексных исследований поведения микроэлементов в сложных металлургических системах на примере доменной плавки.
- •4.2. Принципиальная схема поведения микроэлементов в доменной плавке.
- •4.3. Галлий.
- •4.4. Стронций.
- •4.5. Свинец.
- •4.6. Мышьяк.
- •4.7. Фосфор.
- •4.8. Выводы.
- •Глава 5. Прогноз образования и оценка мощности техногенного месторождения для металлургического региона.
- •5.1. Прогноз образования техногенного месторождения на территории металлургического региона.
- •5.2. Оценка мощности техногенного месторождения для металлургического региона (на примере оао «Северсталь»).
- •Глава 6. Технологические схемы переработки техногенных образований на базе шахтных печей.
- •6.1. Техногенные материалы – перспективное сырьё металлургии ближайшего будущего.
- •6.2. Доменная печь – агрегат XXI века
- •6.3. Печи малого объёма – будущее доменного производства.
- •6.4. Ресурсосберегающая технология утилизации гальваношламов с использованием мдп.
- •6.5. Вагранки и решение проблемы утилизации цинксодержащих металлургических пылей
- •Глава 7. Пирометаллургические способы утилизации отходов энергетической промышленности.
- •7.1. Ванадий в продуктах нефтепереработки и золах тэс.
- •7.2. Технологии извлечения ванадия из техногенного сырья.
- •7.3. Экспериментальные исследования ванадийсодержащих зшо.
- •Глава 8. Вторичные ресурсы нового поколения.
- •8.1. Международный опыт организации авторециклинга.
- •8.2. Современная технологическая схема авторециклинга
- •8.3. Оценка ресурсов авторециклинга в России
- •Глава 9. Прогнозные сценарии развития черной металлургии и рециклинга железа в техносфере.
- •9.1 Развитие моделей, описывающих потребление металлолома в черной металлургии.
- •9.2. Проблема учета в экобалансе стадии рециклинга металлолома.
- •9.3. «Имитационная модель рециклинга» вторичных ресурсов черной металлургии в Обществе рециклинга.
- •9.4. Анализ влияния различных факторов на параметры рециклинга
- •Порядин, а.Ф. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды / а.Ф. Порядин, а.Д. Хованский. М. : Прибой, 1996. 350 с.
- •Никаноров, а.М. Экология / а.М. Никаноров, т.А. Хоружая. М. : Приор, 1999. 304 с.
- •1. Материалы, поступающие со стороны
- •2. Полуфабрикаты (прямое направление технологичного процесса)
- •3. Готовая продукция (на сторону)
- •4. Рециклинг внутрицеховой (в пределах производства или передела)
- •5. Рециклинг внутренний
- •6. Техногенные материалы, подвергаемые рециклингу и «отложенному» рециклингу
- •7. Выбросы в воздушный бассейн
- •Молибден
- •Лантаноиды
- •Бериллий
2.5. Глобальный элементопоток марганца.
Фактов причинения вреда окружающей среде присутствием в ней марганца на настоящий момент не установлено. Тем не менее, марганец и его химические соединения входят в список веществ, о выбросах которых в окружающую среду необходимо уведомлять соответствующие органы экологического мониторинга (в США это Агентство по защите окружающей среды - ЕРА). Марганец является одним из жизненно важных элементов для людей, животных и растений. Основные параметры природной миграции марганца в биосфере приведены в таблицах 28 и 29 /230, 233…235/.
Рисунок 6. Движение хрома в техносфере, млн. т / год.
Рисунок 7. Основные направления элементопотока хрома в природной и техногенной среде.
Таблица 28. Основные параметры природной миграции марганца в биосфере, тыс. тонн.
Процесс |
Диапазон значений |
Среднее значение |
Выветривание частиц почвы |
42-430 |
226 |
Выбросы вулканической пыли |
- |
120 |
Осаждение пыли на поверхность континентов |
- |
148 |
Эоловый вынос в океан |
4-80 |
42 |
Выбросы подводных вулканов |
8-60 |
34 |
Растворение в гидросфере (образование морской соли) |
0,2-1,9 |
1 |
Осаждение на дно океанов |
- |
145 |
Таблица 29. Основные параметры биологической миграции марганца, тыс. тонн.
Процесс |
Диапазон значений |
Среднее значение |
Растения и бактерии |
5-95 |
50 |
Животный мир |
0,1-3,0 |
1,5 |
Морские и океанские растения и животные |
0,2-3,0 |
1,5 |
Итого биологический круговорот |
5,3-101 |
53 |
В мировом потреблении металлов в последние десятилетия марганец делит с цинком четвертое-пятое места после железа, алюминия и меди. Главным потребителем марганцевых руд является черная металлургия, в которой используется свыше 90% товарного марганца. Кроме того, марганец широко используется в цветной металлургии, электротехнической и химической промышленности, в медицине и сельском хозяйстве.
Таблица 30. Области применения марганца и его соединений.
Вещество |
Область применения |
Металлический марганец |
Сплавы на основе цветных металлов. |
Диоксид марганца |
Производство химических источников тока, стекла, глазури, ванили; окрашивание кирпича и кафеля; получение концентрата диоксида урана. |
Перманганат калия |
Очистка питьевой воды, обработка сточных вод, деодоризация выбросов красильных и рыбозаготовительных фабрик; окислитель. |
Фосфат марганца |
Защита стальной оболочки контейнеров с нефтью и воском; покрытие для движущихся деталей. |
Феррит марганца |
Производство телевизионных монтажных плат. |
Циклопентадиенилтрикарбонил марганца |
Изготовление экологически чистой анти-детонационной присадки к моторному топливу. |
Оксид и сульфат марганца |
Удобрения. |
Сульфат марганца |
Пищевые добавки к корму домашних животных. |
Содержание марганца в стальной продукции общего назначения колеблется от 0,25 до 0,8%. Некоторые сорта стали с повышенным (до 1,8%) содержанием марганца, обладающие особой прочностью и устойчивостью к истиранию, используются для изготовления деталей, подвергающихся высоким нагрузкам: карданных и коленчатых валов, поршней, шестерен, дисков, осей, арматурных конструкций. Вследствие значительной степени использования марганца в черной металлургии между потреблением этого металла и производством стали долгое время существовала ярко выраженная корреляция.
Техногенные выбросы марганца в значительной степени локализованы в районах, занимаемых горно-обогатительными предприятиями. По данным USGS «Mineral Commodity Summaries» около 19 миллионов тонн марганца в год приходит в движение вследствие работы горнорудной промышленности. Это примерно вдвое превышает нынешний годовой объем производства марганцевой руды (выход продукта из руды может варьироваться от 50% до 60%). В результате добычи свыше одного миллиарда тонн железной руды, (если принять выход продукта за 75% и содержание марганца в 0,1%) в круговорот дополнительно вовлекается около одного миллиона тонн марганца ежегодно. Около 700-800 тыс. т марганца потребляется в цветной металлургии, электротехнической, химической, керамической промышленности, производстве стекла и сельском хозяйстве. Мировое производство электролитического металлического марганца составляет 100 тыс. т в год /231, 232, 237, 238/.
Таблица 31. Макробаланс марганца потребленного в США в XX веке (1901-2000 год).
Статья баланса |
Количество металлического марганца |
% от общего потребления |
Общее потребление, итого |
89,7 |
100 |
Перешло в шлаки, шламы и пыли металлургической промышленности (черной, цветной, ферросплавной) |
57,7 |
64,3 |
Диссипация в ОС в процессе эксплуатации металлических изделий (коррозия, истирание и т.п.) |
9,2 |
10,3 |
Диссипация в ОС продукции химической промышленности, сельского хозяйства, аккумуляторных батарей, и т.п. |
8,6 |
9,6 |
Накоплено в виде запаса национальной обороны и текущих запасов потребителей и производителей |
2,5 |
2,8 |
Накоплено в действующем металлофонде страны |
11,7 |
13,0 |
Расчеты параметров движения марганца в техносфере выполнены с использованием источников /197…203, 230…232, 237…240/, их результаты приведены на рисунках 8, 9, 10 и в таблицах 32 и 33.
Рисунок 8. Движение марганца в техносфере (кроме металлургии), тыс. т / год.
Рис. 9. Движение марганца в технологическом цикле черной металлургии, тыс. т/год.
Рис. 10. Основные направления элементопотока марганца в природной и техногенной среде.
Таблица 32. Основные параметры движения марганца в техносфере, тыс. тонн:
Процесс |
Диапазон оценочных значений |
Среднее значение |
1. Выбросы в атмосферу |
1,6-19,0 |
10,8 |
1.1. Сжигание угля |
0,4-2,4 |
1,4 |
1.2. Сжигание нефти |
0,4-0,8 |
0,6 |
1.3. Пыление и выветривание при добыче и обогащении: -угля -руд цветных металлов -руд черных металлов |
0,4-0,8 0,8-4,2 1,0-1,3 |
0,6 2,5 14,7 |
1.4. Переработка и сжигание ТБО |
0,3-1,3 |
0,8 |
1.5. Неуловленная пыль металлургического производства |
н.д. |
18,0 |
Итого выбросы в атмосферу |
|
48,8 |
2. Выбросы на поверхность земли: |
|
|
2.1. Шлаки и шламы черной металлургии и металлообработки |
|
4425 |
2.2. Шлаки и шламы цветной металлургии |
12,0-25,0 |
18,0 |
2.3. Истирание в процессе эксплуатации металлических изделий (0,5% от объема металлофонда, 10 млрд. тонн.) |
|
25 |
2.4. Коррозия металлических изделий (0,6 % от металлофонда) |
30 |
|
Поступает из металлофонда с ломом |
|
1500 |
Накапливается в металлофонде |
5400 |
|
2.5. Отходы сельского хозяйства и животноводства |
65-252 |
158,5 |
2.6. Отходы лесной промышленности |
18-104 |
61,0 |
2.7. Размещение ТБО на полигонах и свалках |
7-42 |
24,5 |
2.8. Осадки сточных вод канализационных систем |
4,4-11 |
7,7 |
2.9. Зола от сжигания углей и нефтепродуктов |
498-1655 |
1076 |
2.10. Атмосферные осадки |
7,4-46 |
26,5 |
Итого выбросы на поверхность земли |
|
1354,2 |
3. Выбросы в гидросферу |
|
|
3.1. Сточные воды: металлургии химической промышленности сельского хозяйства |
12-20 3-15 2-15 |
16 9 8,5 |
2.2. Муниципальные сточные воды |
5-10 |
7,5 |
2.3. Атмосферные осадки |
9,6-35 |
22,3 |
Итого выбросы в гидросферу |
|
63,3 |
Таблица 33. Баланс марганца в техносфере, тыс. тонн.
Статья баланса |
Количество марганца |
Массовая доля % от прихода |
Приход в техносферу, всего |
17714 |
100 |
в том числе: марганцевые руды железные руды угли и нефть |
11444 4419 1851 |
64,6 24,9 10,5 |
Расход |
|
|
1 Накопление в сфере потребления, в том числе в металлофонде |
3309 3091 |
18,7 |
2 Накопление в горнодобывающих комплексах (вскрышные и отвальные породы, шламы) |
5923 |
33,4 |
3 Накопление в техногенных месторождениях в местах производства продукции и энергии (шламы, шлаки, ЗШО ТЭС) |
6868 |
38,8 |
4 Накопление в виде ТБО на свалках и полигонах |
227 |
1,3 |
5 Выбросы
|
1387 711 252 424 |
7,8 4,0 1,4 2,4 |
Рециклинг, всего в том числе: производственный глобальный |
7941 5176 2765 |
44,9 29,3 15,6 |